低溫地板輻射采暖設計常見問題探析

1、低溫地板輻射采暖設計常見問題探析             簡介： 作者通過調研，了解到低溫地板輻射采暖系統(tǒng)中存在室內(nèi)實感溫度偏高，地板表面溫度也偏高和地表溫度分布不均勻等問題，于是分別從供回水溫度，室溫選取和地面散熱量等方面分析了原因，建議設計時應注意的問題和應遵循的步驟。關鍵字：低溫地板輻射 散熱量 熱負荷計算 0 引言 低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，以其室內(nèi)溫度均勻性好，舒適性好，溫度梯度小，符合人體生理要求及不影響室內(nèi)使用面積等優(yōu)點，受到人們普遍歡迎，廣泛應用于別墅、住宅、賓館

2、大堂、游泳池館等場所，尤其別墅和住宅使用更為普遍。 地板輻射采暖與傳統(tǒng)散熱器或空調送風采暖在傳熱原理上有所不同，前者輻射所占比例大，而后者則以對流方式為主，因此兩種方式房間得熱有所不同，系統(tǒng)設計也有諸多不同之處。 筆者調研了一些低溫地板輻射采暖工程，發(fā)現(xiàn)存在許多問題，以下幾種情況比較普遍：（1）室內(nèi)偏熱；（2）地面溫度偏高；（3）地面溫度分布不均勻等。經(jīng)過了解發(fā)現(xiàn)設計中存在一些問題，下面對這些情況做一分析。 1 室內(nèi)溫感偏高 出現(xiàn)這種情況主要由以下原因引起。一是負荷確定時未考慮輻射采暖與對流采暖的區(qū)別，直接將對流采暖負荷作為輻射采暖負荷進行計算。相同條件下，輻射采暖時壁面溫度比對流采暖時高，減

3、少了墻壁對人體的冷輻射，而人對室內(nèi)熱環(huán)境的感受常以實感溫度來衡量，實感溫度可比室內(nèi)環(huán)境溫度高23，因此在保持相同舒適感的情況下，輻射采暖室內(nèi)空氣溫度可比對流采暖時低23或在負荷計算時取對流采暖熱負荷的0.90.95（對于全面輻射供暖來說）。 在計算采暖熱負荷時沒有考慮上層地板向下的傳熱量，也是造成室內(nèi)溫度升高室內(nèi)環(huán)境偏熱的原因。 二是有的設計人員按參考資料提供的地板散熱量直接查取管間距，甚至根據(jù)經(jīng)驗確定管間距，而忽略了其適用條件。如文獻1中給出了加熱管為鋁塑復合管或塑料管，公稱外徑為20mm，填充層厚度為60mm，供回水溫差為10時，不同加熱管間距和不同平均水溫時的地板散熱量。當填充層厚度改變

4、時，如改為55mm，地面層熱阻減小，地板散熱量加大，從而使室內(nèi)溫度升高，室內(nèi)偏熱。同理，供回水溫差的改變，管間距的增減，管內(nèi)平均水溫的變化，也將影響地板散熱量的大小。如某工程設計時供回水溫度為50/40，室內(nèi)溫度為18，管間距為250mm，地面層為木地板，地板散熱量約89w/m2。由于某種原因供回水溫度改為55/45,供回水溫差沒有變，施工時未做變更，結果實際運行時，室內(nèi)溫度卻高達2324，溫升約56，地表溫度也升高了5左右。 因此設計時應進行細致的計算，否則不僅偏離設計要求，而且也將浪費能源。 2 地面溫度偏高 地面溫度過高，長久之后人體也會感到不適，而且對地面覆蓋物也有一定影響，因此根據(jù)衛(wèi)

5、生要求、人體熱舒適性條件和房間用途，對地面溫度做了一些規(guī)定。地板輻射采暖時地板表面平均溫度tb與加熱管的管徑d、管間距s、加熱管埋深h、地板導熱系數(shù)、供回水平均溫度和室內(nèi)溫度有關，即 ， 由于地板單位面積散熱量與單位面積埋管的散熱量有關，即與、有關，則有 因此得出近似公式 （/） 由上述公式可以知道影響地面溫度的因素。在工程中引起地面溫度偏高的直接原因主要有以下幾個方面。 負荷偏大 如中所述，由于多種原因，造成設計熱負荷偏大。由于室內(nèi)熱負荷偏大，將使地板單位面積散熱量增加，根據(jù)式（）可知，地板表面平均溫度也增大。 供回水平均溫度偏大 由中的例子可知，當供回水平均溫度升高時，室內(nèi)溫度升高，地表溫

6、度也升高。 埋管深度不夠 有些房地產(chǎn)開發(fā)商為了降低房屋造價，將層高減小，用戶為了保證室內(nèi)足夠的凈高，有的采用減小加熱管埋深的做法。由于埋深減小，使地板熱阻減小，而且單位面積地板散熱量增加了，從而使得地面溫度偏高。如圖1所示，圖中實線為等溫線，虛線為熱流線。由圖可知，埋深h越小，地面溫度tb越接近加熱管溫度。 3 地面溫度分布不均勻 地面溫度分布均勻程度主要受埋管深度h、管間距s大小、布管方式等影響。          3.1 埋管深度與管間距 如圖1所示，沿熱流線方向填充層的熱阻是變化的，這樣使得輻射板表面是不等溫

7、面，管頂所對應的地面溫度tb最高，當相鄰兩加熱管中的熱水溫度相等（t1=t2）時，兩管中間處的地面溫度tS/2最低。埋深h越小，tb-tS/2越大，地面溫度分布越不均勻。因此埋深減小不僅導致地面溫度偏高，而且使地面溫度分布也不均勻。 在圖1中，當管間距s增大時，兩管間疊加強度減小，tS/2減小，tb-tS/2將增大，地面溫度分布更加不均勻。為了保證地面溫度分布均勻性，工程中一般限定管間距不宜大于300mm。當?shù)孛嫔崃看髸r，即使管間距為300mm也顯得過密，此時可通過調整加熱管水流量，水溫等來適應要求。 總之，管間距越小，埋深越大，地板表面溫度越均勻，因此設計時應注意這一點。 3.2 布管方式

8、 沿加熱管水流方向，水溫逐漸降低。圖1表示了兩管內(nèi)水溫相等的情況，當兩管內(nèi)水溫不等時，如t1t2，則等溫線和熱流線分布如圖2所示， 溫度最低值不在s/2處，而是偏向溫度較低的一側。地板輻射采暖常用的布管方式有平行排管式，蛇形排管式及回字形盤管式，如圖3所示。圖中表示了各種布管方式地板表面溫度變化情況。第一種方式地板表面平均溫度沿水的流程方向逐步均勻降低；第二種方式地板表面溫度在小面積上波動大，但平均溫度分布較均勻。第三種方式輻射板表面平均溫度也是沿水的流程波動，如果布置合理，輻射板表面平均溫度波動將很小，溫度分布更均勻。 三種布管方式地面溫度分布與波動情況是不一樣的，房間內(nèi)具體采用何種方式應根

9、據(jù)房間用途，房間熱工熱性，遵循溫度均勻分布原則而定。 3.3 其他情況 由于沿外窗或外墻側熱損失較大，一般將高溫管段優(yōu)先布置在該處，或在沿外窗外墻一定范圍內(nèi)布管密些，即縮小管間距。這一點工程設計中基本注意了，但個別工程在這些地方布管過密，沿外窗外墻側地面溫度偏高，加大了熱損失。 對于局部區(qū)域溫度過高的情況（如加熱管出口處溫度較高，而且布管較密），當對該處地面溫度有要求時，應在加熱管上方加裝隔熱板。這是工程中常出現(xiàn)的問題，由于布水器有多個分支管，且出口間距一般為80100mm，因此出口處地面溫度往往偏高，有的甚至超過規(guī)定溫度，對地面材料產(chǎn)生了一定破壞，因此設計中應注意。 4 建議 綜合以上諸多問

10、題，多是由于設計中沒考慮輻射采暖的特點而造成的。地板輻射采暖設計看似簡單，實際設計中需綜合考慮室內(nèi)溫度、地面溫度高低、地面溫度分布均勻性等的要求，以及相互之間的關系。室內(nèi)溫度與地面溫度以及地板散熱量有很強的耦合性，某一者的變化將引起其他量的連鎖變化。 假設：已知地板做法；加熱管選用鋁塑復合管（XPAP）、交聯(lián)聚乙烯管（PEX）或三型聚丙烯管（PP-C）。 設計中可遵循以下步驟: a) 計算熱負荷，根據(jù)輻射采暖特點，確定出房間實際需熱量； b) 根據(jù)已知條件，如建筑面積、地面結構及材料、室內(nèi)溫度要求以及房間要求的地面溫度范圍，確定地板散熱量q。 c) 根據(jù)散熱量q、室內(nèi)溫度tn、供回水溫度tg/th、地板熱阻R，并假定加熱管管徑d，初步確定管間距s。 若管間距s300mm，則進行下一步；若不滿足，首先調整供回水溫度（在溫差不變的前提下），重新計算管間距s，直至合適為止。 d) 根據(jù)房間布置情況，并在保證單管長L120m的條件下，確定支管數(shù)，根據(jù)房間用途及熱工特性，遵循溫度均勻分布的原則進行布管。布管時應注意盡量使各并聯(lián)管路平衡。 e)計算各支管水量G，校核系統(tǒng)阻力是否平衡，注意管內(nèi)的流速V不應低于0.25m/s。 5 小結 a) 低溫地板輻射采暖是以輻射傳熱為主的采暖方式，因此熱負荷計算時應與對流采暖方式加以區(qū)別。 b) 室內(nèi)溫度