表面辐射换热系数

表面辐射换热系数是指建筑中表征某围护结构表而与其他相对应的固体表面(别的结构表面、人体表面等)辐射换热性能的参数。即当围护结构表面与其他相对应表而的温差为1K(1℃)时，单位时间在单位面积通过辐射所交换的热量。单位为W/(m²K)。其值与进行辐射热交换表面的黑度、表面热力学温度及平均角系数等有关。近似计算可用周围环境温度代表对应表面的平均温度。

简介根据热舒适理论，采用直接作用于人体的辐射换热方式时，即使在冬季室内空气温度相对较低，或夏季室内空气温度相对较高的条件下，仍可以使人处于舒适状态。并且通过实验证明辐射换热创造的室内环境条件比较符合人体热舒适时所习惯的辐射散热与对流散热的比例关系。与传统的对流换热方式相比，辐射换热方式具有相对明显的舒适性和节能性，近年来辐射供冷（暖）成为人们研究的热点之一。通过对房间内各表面的对流换热及其间的辐射换热状况进行分析，有助于深入了解辐射供冷（暖）房间内的热力工况，并且通过分析可 知，此时辐射换热是决定房间热力工况的主要换热方式。首先，从要分析的对象出发，任意房间可看作由所有围护结构表面组成的封闭空间，围护结构表面均可看成灰体，假设房间各围护结构表面温度分布均匀，则根据辐射换热理论，房间内任一围护结构内表面的净辐射换热量可用下式计算1。

辐射冷表面对流换热系数研究结合相关理论知识与计算流体动力学模拟软件，对不同复合式空调系统房间室内热环境气流组织进行数值模拟，主要内容包括物理模型的建立、网格的划分、边界条件的设置、不同工况下的辐射冷板与室内空气的对流换热系数的计算，并拟合了对流换热系数关于风速的经验关联式。建立了简化几何模型后要生成合适的网格进行模拟。CFD 模拟软件的计算结果的精度将很大程度取决于网格生成的质量。网格主要分为结构化网格，非结构化网格和混合网格。结构化网格主要分为四边形网格和六面体网格。这种网格区域中，所有内部节点的毗邻单元相同，网格节点排列有序，在计算流体表面应力集中的情况时较为适用，采用参化或样条插值达到曲面及空间的拟合，生成的网格质量好，与实际模型相比差异更小。当内部节点的毗邻单元不同时，便生成的是非结构化网格，网格节点分布具有随意性，没有规律。此时，不同节点的相邻网格数是不同的。三角形网格（二维）、四面体网格以及五面体网格（三维）都属于常用的非结构化网格。结构化网格与非结构化网格各有劣势，因此，便产生了结构化/非结构化混合网格和自适应直角网格，可以避免前者的不足2。

风速对流换热系数的影响相同冷板位置下不同送风形式时的对流换热系数（距离冷板 0.1m 处）

hca-地板送风系统对流换热系数，W/m²·K；

hcx-下送风系统对流换热系数，W/m²·K；

hcc-侧送风系统对流换热系数，W/m²·K；

hcd-顶送风系统对流换热系数，W/m²·K。

当辐射冷板分别位于房间顶板、侧墙及地板时，在距离冷板 0.1m 处，不同送风形式下冷板与房间空气间的对流换热系数随送风速度的增加均呈逐渐增大的趋势，当送风速度在 0.2m/s~2.0m/s 范围内变化时，若采用顶板供冷，顶送风时对流换热系数可最大达到3.97W/m²·K，下送风时达到 4.47W/m²·K；侧送风时达到 4.08W/m²·K，三种送风形式的差别不大，顶送风与下送风时有波动，侧送风时的变化趋势较稳定；若采用地板供冷，可知，地板送风时对流换热系数可达到1.25W/m²·K，顶送风时对流换热系数可达到 1.17W/m²·K，下送风时达到 1.04W/m²·K，侧送风时达到1.21W/m²·K；若采用侧墙供冷，顶送风时对流换热系数最大可达到2.53W/m²·K，下送风时达到 2.43W/m²·K，侧送风时达到 2.56W/m²·K，其中采用侧送风形式时能得到更好的换热效果。可见在距离辐射冷板最近处对流换热效果最好，顶板供冷的效果优于地板供冷与侧墙供冷2。

温差对流换热系数的影响各种辐射冷板位置下对流换热系数与室内空气温差的关系。风速为0.2~2.0m/s 时，若采用下送风系统，地板供冷时冷板的对流换热系数在 ΔT=1~4℃的范围内变化，并且变化不大，但是增加风速会较大地影响室内空气与辐射冷板间的温差，而温差对其对流换热系数影响不大；顶板供冷与侧墙供冷时冷板的对流换热系数在 ΔT=0.5~2.0℃的范围内变化，对流换热系数在不同温差时的波动较大；若采用顶送风系统，地板供冷时冷板的对流换热系数在ΔT=0.95~1.6℃的范围内变化，波动范围较小；侧墙供冷时冷板的对流换热系数在温差范围为 ΔT=0.95~1.8℃内浮动，并且随温差变化幅度较大，顶板供冷时的温差变化范围是 1.5~1.9℃，并且此时对流换热系数受之影响变化较大；若采用侧送风系统，地板供冷时冷板的对流换热系数在 ΔT=1.8~3.1℃的范围内变化，但整体受温差影响不大；顶板供冷与侧墙供冷时冷板的对流换热系数则在 1.5~1.8℃范围内有较大起伏，与温差变化的关系更大2。

本词条内容贡献者为:

黄头生 - 副教授 - 华北电力大学