一、项目概述

在冬季采暖的房间,由于冷热空气密度的差异,容易出现热空气集中在房间的上部空间,而位于房间下部空间的人员活动区温度却相对较低的情况,即房间内会存在垂直温差。该问题在我国长江中下游地区广泛使用壁挂式空调机进行采暖的建筑中尤为突出。一些人体热舒适领域的研究表明,对人体的手、脚、腿等肢端部位进行局部加热可以有效地提高人体的热舒适水平,这就为室内采暖温度的降低提供了可能。降低室内采暖温度可以减小室内外传热温差,进而减少冬季建筑的采暖能耗。有学者通过建筑能耗模拟计算出室内采暖温度每下降1℃,采暖能耗大约可以下降10%,节能潜力十分可观。

计算机运行期间,消耗的电能最终几乎全部会转化为热能,因此主机运行时的耗电功率与散热功率大小基本相同。计算机在办公、数据计算、游戏、播放视频等工况下的散热功率均在100W以上。通过相关的人体热舒适调节模型可以计算出为满足热舒适需求,人的双手、双脚所需补充的热量分别为10.0W和15.6W,远小于计算机的散热功率。因此如果能够有效地利用计算机的散热,将其用于对人体的局部身体部位加热,而不是直接将其排放到环境中,则既可以降低建筑的采暖能耗,又可以提高人体的热舒适。

本项成果设计的装置采用水冷方式从机箱内散热量较大的部件处(CPU、北桥、显卡)吸收热量,以水为载体,将热量输送到连接有半导体制冷片的水冷换热器处。半导体制冷片的冷端吸收水所携带的热量,将水降温,降温后的水被输送回机箱内继续取热。同时,半导体制冷片的热端放出热量,加热取暖垫,以导热方式将热量送到人体手脚等肢端部位,以满足人体局部加热需求,显著提升人体热舒适性。其余热量被输送至纯铜导流热管处,经由翅片式换热器分散均匀后,以对流形式加热人体周围微环境内的空气,由装置末端的风扇吹出。

二、应用范围

本项成果适应于冬季室内局部环境加热,例如加热人体手脚等肢端部位。有助于降低冬季房间内采暖温度,减小室内外传热温差进而降低采暖能耗,达到节能的效果。

三、是否有知识产权/专利

本项成果涉及1项授权专利。

四、团队介绍

项目团队研究方向为绿色建筑与人体动态热舒适理论。团队负责人现任清华大学建筑学院副院长、生态规划与绿色建筑教育部重点实验室副主任、教育部建筑环境与能源应用工程专业教学指导分委员会主任、住建部高等教育建筑环境与设备工程专业评估委员会副主任。团队主持国家自然科学基金项目6项、十三五国家重点研发计划课题2项、十二五和十一五国家科技支撑计划课题各1项,参加国家科技支撑计划,自然科学基金、公益性行业专项等各类科研项目50余项,主要负责人发表学术论文200余篇,申请国家发明专利及软件著作权10余项。

五、合作方式

技术许可。

六、联系方式

清华海峡研究院科技创新部  电话0592-5776165