用冷管辐射冷却冷却

北美人习惯通过流动的空气加热或冷却。这就是为什么它们被称为HVAC系统:它们将供暖、通风和空调结合在一个方便的系统中。除了在疫情时期，把V型、H型和AC型组合起来并不方便。相反，你想打开窗户或引入新鲜空气，而不是循环和试图过滤相同的空气。

这就是为什么这种被称为“冷管”的“膜辅助辐射冷却”系统如此有趣的原因。项目副主管亚当Rysanek英属哥伦比亚大学(UBC)建筑与景观学院环境系统助beplay体育官网电脑理教授，在UBC的一份新闻稿中解释道:

空调的工作原理是给我们周围的空气降温和除湿——这是一项昂贵且并不特别环保的提议。beplay体育官网电脑冷管的工作原理是直接吸收人体辐射释放的热量，而不需要冷却经过皮肤的空气。这样可以节省大量的能源。

在我们解释这个装置的工作原理之前，我们必须稍微解释一下平均辐射温度，这在北美是一个鲜为人知的课题。正如健康供暖的罗伯特·宾所解释的那样在美国，这一切都是关于我们的皮肤和我们的大脑。他引用安德鲁·马什博士的话:

一平方英寸的皮肤含有4.5米长的血管，其中的内容物在回流之前经过加热或冷却，以影响身体深处的温度。由此可见辐射能与热舒适之间的密切关系。

我们的皮肤可以通过蒸发冷却，蒸发可以通过空气流动(这就是风扇工作的原因)或辐射(红外能量从温暖的表面直接转移到寒冷的表面)来增加温度。马什博士又说:

即使不与身体直接接触，冷或热的物体仍然会极大地影响我们对温度的感知。这是因为它们发射和吸收辐射能，激活与传导热或对流热相同的感觉器官。

来自不列颠哥伦比亚大学、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校和新加坡eth中心的研究人员构建了一个面板，在这个面板上，冷冻水通过管道和毛细垫泵入，以最大限度地扩大表面积。这没有什么新鲜的;我们展示了光彩照人的天花板用来冷却的。只要面板保持在露点以上，就不会有凝结和被雨水淋到的问题。“在恒定压力下，空气需要冷却到的温度(在恒定压力下)，以达到100%的相对湿度(RH)”，在这个温度下，空气中的水会冷凝出来。然而，在像新加坡这样湿热的气候中，露点和环境温度非常接近。

研究人员所做的不同之处在于，他们在面板前面6英寸处放了一层对红外辐射基本透明的塑料，在底部放了干燥剂，以保持盒子内的空气干燥，并消除面板上的凝结。这可能是前所未有的，因为这是违反直觉的;在大多数空调系统中，你想要的是凝结和除湿，这会增加皮肤的蒸发，让你更凉爽。但是凝结水需要大量的能量，这被称为蒸发潜热。通过将辐射冷却和蒸发冷却分开，他们节省了冷凝水所吸收的所有能量，创造了一些有趣的机会。研究人员在发表在《美国国家科学院院刊》上的研究中指出:

我们的目标是证明，如果辐射冷却与舒适冷却分离，它可以独立地作为提供舒适的传热机制....我们的目标是证明它作为一种冷却机制的潜力，可以独立于对流限制的空气条件，不需要对空气进行任何机械处理。

一般的北美暖通人员会说这太荒谬了，你不能改变空气的温度或湿度，他们可以用仪器测量。但正如罗伯特·宾一直告诉我们的，一切都在我们的头脑中，在我们的感知中。所以你问人们他们的想法和感受。

为了证明我们的系统在非传统舒适模式下运行时仍能提供舒适，我们进行了一项热舒适研究，调查参与者对热环境的感知。beplay体育官网电脑

他们在新加坡开了一个房间，那里的湿度和温度都很高。它在墙壁和天花板上安装了辐射板，让55人在室外阴凉处坐15分钟，以适应正常的环境条件，然后在室内坐10分钟。当面板关闭时，小组中的18名成员坐在室内，因此他们得到的阴影条件与室外相同。

结果清楚地表明，它是有效的，那些坐在房间里打开面板的人满意度要高得多。“开和关之间有明显的分割，这表明这种类型的系统有潜力在没有空调的自然通风空间中增加舒适度。”

尽管冷冻水温度较低，但冷管内的空气温度基本不受影响，从31°C到30°C，在冷管内测量。这些数据证明，冷管面板对流隔离了辐射冷却与对流冷却，由于辐射损失到冷冻水，居住者冷却的大量增加，而不是对流冷却。

热成像还显示了热传递，“当水温降低时，从人到面板的热流增加，尽管空气温度几乎恒定(接近皮肤温度)，这证实了热量主要通过辐射流失到面板。”

这不是空调，这是人的空调。

这是一件大事，特别是对于大房间，礼堂，甚至是户外。

如果新鲜空气可以以任意的速度供应，而很少或没有能源或舒适度损失，从根本上说，气候调节范式就会改变。此外，正如Cold Tube的数据初步证明的那样，严格的除湿也是不必要的，这可以减少全球潮湿气候地区的大量除湿负荷。

这不是空调；室内温湿度不受影响。这是人条件直接将热量从空间中的人身上移走。它不会像冷却整个空间那样有效，但它消耗的能源要少得多，注意这个房间没有门，它们是无关紧要的。与你调节空气时相比，而不是调节人。

这项研究是在新冠肺炎大流行之前完成的，但他们很快就意识到其影响。亚当Rysanek新闻稿中引述:

COVID-19大流行让公众意识到我们的健康对我们在室内呼吸的空气质量有多敏感。具体来说，我们知道在这种‘新常态’中，一些最安全的空间是户外空间。”“随着气候变化，空调越来越成为全球的必需品，而不是奢侈品，我们需要准备好替代方案，不仅对环境更好，而且对我们的健康也更好。”beplay体育官网电脑如今，开着窗户保持凉爽的想法比六个月前感觉更有价值。

大流行已经改变了空调的模式;北美工程师的共识正在转向更像欧洲(和被动屋)的方法，在那里，新鲜空气和通风与供暖或制冷是一个独立的系统。如果北美人最终把他们的大脑围绕在平均辐射温度的概念和辐射传热的重要性，这将改变建筑设计范式。