地板輻射供暖與供冷系統(tǒng)換熱能力的研究

1、地板輻射供暖與供冷系統(tǒng)換熱能力的研究HoUSINGsclENcE雹斜地板輻射供暖與供冷系統(tǒng)換熱能力的研究0一|黲參鬈.霧謄霧爹萋黢0j黲萼秀譬l耱張長興ZhangChangxing胡松濤HuSongtao張瑜ZhangYu【接要】供水溫度,室內(nèi)設計溫度,埋管間距,埋管管徑和地面層材料是影響冷暖輻射地板系統(tǒng)的幾個重要因素.文章通過試驗,定性分析了在一定條件下各因素與地板表面平均溫度及平均熱流密度之間的關系,并總結(jié)了各影響因素間的相互關系,【關鍵詞】地板管徑埋管間距熱流密度溫度Abstract習Theseveralimportantfactorsofinfluencingchangesinradi

2、ationfloorsystemarethesupplyingwatertemperature,theindoordesigntemperature,thepipeinstallationtubedistance,thepipeinstallationcaliberandthegroundfloormateria1.Inthisarticle,thevariousfactorsinfluencingfloorsurfaceaveragetemperaturesandaverageheatflowdensitiesareanalyzedqualitativelyoncertainconditio

3、nrelationsbyexperiments,andtherelationsoftheinfluencingfactorsaresummarized.Keywordspipediameter;pipeinstallationtubedistance;heatflowdensity;temperature1引言冷暖輻射地板系統(tǒng)是以高溫冷水作為冷媒,以低溫熱水作為熱媒,通過埋設于地面樓板上部的碎石混凝土或水泥砂漿層內(nèi)的盤管把地板降溫或加熱,并以地板表面作為輻射換熱面,從而實現(xiàn)供冷或供熱的空調(diào)方式.本文通過實驗實測數(shù)據(jù),并利用數(shù)值模擬對影響冷暖輻射地板系統(tǒng)換熱能力的幾個重要因素進行定性分析,為該系

4、統(tǒng)的設計和施工提供重要的技術數(shù)據(jù)和理論依據(jù),并為其推廣應用奠定一定的技術基礎.目前,工程上一般采用的地板板體結(jié)構(gòu)如圖1所示.2不同室內(nèi)溫度下水溫與地板表面平均溫度和平均熱流密度之間的關系為了便于直觀的分析,將數(shù)值仿真數(shù)圖2a,圖2c分別是管間距100mm.管徑16mm,地面層為瓷磚時,不同室內(nèi)溫度下冷輻射地板系統(tǒng)達到穩(wěn)定時供水溫度與冷地板表面平均溫度關系圖和供水溫度與冷地板表面平均熱流密度關系圖:圖2b,圖2d是該工況下的供水溫度與暖地板表面平均溫度關系圖和供水溫度與暖地板表面平均熱流密度關系圖.:IL1III【IL_I./一廠廠/L/I=#=I,/JJ.廠L_L,/.':./?.申#

5、審/j_.'/_=.':'一._L廠L廠L廠L廣【辮薜=I=L_j_T=rL_L圖1地板結(jié)構(gòu)剖面圖1一基礎層:2一保溫層;3一固定管卡;4一填充層;5一找平層6一地面層:7一交聯(lián)鋁塑復合管;8一邊部保溫帶:9一墻體斜HoUsINGsclENcEl7l8l9202122供水溫度()(a)不同室溫下水溫與冷地表溫度.羹.垂30彗0十tn=24+tn:25l7l8l9202122供水溫度()(c)不同室溫下水溫與冷地表熱流密度童44襄40甜_磊36蟮簧32280,苧稍蠕疽霜陶舞3540455055供水溫度()(b)不同室溫下水溫與暖地表溫度十tn=15C_I-tn=18354

6、O455055供水溫度(.C)(d)不同室溫下水溫與暖地表熱流密度圖2不同室溫下水溫與冷,暖地表溫度與地表熱流密度的關系由圖2分析可知:(1)在室內(nèi)設計溫度,埋管間距,埋管管徑和地面層材料一定情況下,冷暖地板表面平均溫度是隨供水溫度的升高而升高:冷地板表面平均熱流密度隨供水溫度的升高而減小,暖地板表面平均熱流密度隨供水溫度的升高而增大.(2)在供水溫度,埋管問距,埋管管徑和地面層材料一定的情況下,冷暖地板表面平均溫度隨室內(nèi)設計溫度的升高而升高:冷地板表面平均熱流密度隨室溫的升高而增大,暖地板表面平均熱流密度隨室溫的升高而減內(nèi)溫度低,所以當埋管進水溫度升高或室內(nèi)設計溫度下降時,地板表面輻射換熱和

7、自然對流換熱的溫差減小,因此地板表面單位面積換熱量減小.而相反冬季地板表面溫度比室內(nèi)溫度高,當進水溫度升高或室內(nèi)設計溫度減小時,地板表面輻射換熱和自然對流換熱的溫差增大,地板表面平均熱流密度增大.(3)由圖2曲線斜率可以判斷供水溫度對冷暖地板板體表面溫度,熱流定時,冷地板表面溫度曲線斜率的平均值為0.70,地板表面熱流密度曲線斜率的平均值為一4.60,而暖地板表面溫度曲線斜率的平均值為O53,地板表面熱流密度曲線斜率的平均值為板板體表面溫度的影響較對暖地板的影響要大,若想保證人體舒適同時控制冷地板表面結(jié)露,控制暖地板最高溫度,必須嚴格控地板表面熱流密度曲線的斜率較小,因此供水溫度對冷地板表面熱

8、流密度的影響相對較小.3不同管間距下水溫與地板表面水溫平均溫度和平均熱流密度之間的關系J團p越贈露舊17181g202122供水溫度()(a)不同管間距下水溫與冷地表溫度供水溫度()(c)不同管間距下水溫與冷地表熱流密度圖3不同管間距下水溫與冷,§.馘蛩23國鬟22鲴供水溫度()(a)不同管徑下水溫與冷地表溫度量3833藿28霜害23萋坶13供水溫度()(c)不同管徑下水溫與冷地表熱流密度至42嬰39覆s.3330270世瑚壤霜舊3540455o55供水溫度()(b)不同管間距下水溫與暖地表溫度甘s=1OOmm且一s一125mms=l50si75mm3540455055供水溫度()(

9、d)不同管間距下水溫與曖地表熱流密度暖地表溫度與地表熱流密度的關系e韜埔露瞄懈蟛3540455()55供求溫度()(b)不同管徑下水溫與暖地表溫度l003540455055供水溫度()(d)不同管徑下水溫與暖地表熱流密度圖4不同管徑下水溫與冷,暖地表溫度與地表熱流密度的關系HOUSINGSCIENCE雹斜挺圖3a,圖3c對應的是室內(nèi)設計溫度為260(=,管徑16mm,地面層為瓷磚時,不同埋管間距下的系統(tǒng)達到穩(wěn)定時供水溫度與冷地板表面平均溫度曲線圖,供水溫度與冷地板表面平均熱流密度關系曲線圖:圖3b,圖3d是室內(nèi)設計溫度20,管徑16mm,地面層為瓷磚時,不同埋管間距下的供水溫度與暖地板表面平均

10、溫度曲線圖和供水溫度與暖地板表面平均熱流密度曲線圖.由圖3分析可知:(1)冷地板表面平均溫度隨管間距的增大而升高,暖地板表面平均溫度隨管間距的增大而降低;冷暖地板表面平均熱流密度隨管間距的增大而減小.(2)從圖3可以看出不同管間距的各曲線斜率各不相同,管間距越小其斜率越大,因此供水溫度對冷暖地板表面溫度,熱流密度的影響越大:而在同一管間距的情況下供水溫度對冷地板表面溫度的影響較暖地板要大,對冷地板表面熱流密度的影響較暖地板要小.這是由于地板鋪管成"雙回"形,管與管之間以水泥砂漿填充,管間必然有一定的熱量疊加作用,布管越密,管間的熱量疊加作用越大;同時由于正對管中心線上方的地

11、板表面溫度與處于管間距中心線上的表面溫度存在一定的差異,布管越密,這個溫差越小,因此管間距還決定著地板表面溫度的均勻性.此外,由于管間距的減小會帶來熱流密度的增加,而管間距的減小同時會使系統(tǒng)施工難度加大,而且隨著用管量的增加,成本也會隨之增加,因此在選取管問距時要充分考慮房間的冷熱負荷以及冷熱源的溫度.4不同管徑下水溫與地板表面平均溫度和平均熱流密度之間的關系494949一一蜷士T懈蛇船弘一避贈霜聞懈雹斜HoUSINGscIENcE室內(nèi)設計溫度為26,管間距1OOmm,地面層為瓷磚時,不同埋管管徑下的系統(tǒng)達到穩(wěn)定時供水溫度與冷地板表面平均溫度,平均熱流密度關系見圖4a,圖4c:供水溫度與暖地板

12、表面平均溫度,平均熱流密度關系見圖4b,圖4d.由圖4分析可知:(1)當采用較大管徑時,冷地板表面平均溫度較低,暖地板表面平均溫由于在供水溫度以及供水管中的水流速基本保持不變的情況下,供水管徑越大,供水管中的水流量也就越大,系統(tǒng)的供冷量,供熱量就越大;另外,由于管徑的增大,使Re數(shù)增大,從而使管中水流同管壁的對流換熱系數(shù)增大,綜合上述兩種原因必然會使冷暖地板表面平均熱流密度隨著管徑的增大而增大.(2)在實際工程中必須考慮增大管§2越罌z.凄zz鞲21供水溫度()(a)不同面層距下水溫與冷地表溫度l71819202l22供水溫度(C)(c)不同面層下水溫與冷地表熱流密度圖5不同面層下水

13、溫與冷徑對室內(nèi)有效層高及建筑物承重的影響,同時對管材的質(zhì)量要求相應提高,這樣就無形中對旋工技術提出了更高的要求.5不同面層下水溫與地板表面平均溫度和平均熱流密度之間的豆們憾嬰.鼴35霎.273540455055供水溫度()(b)不同面層距下水溫與曖地表溫度3540455O55供水溫度(.C)(d)不同面層距下水溫與曖地表熱流密度暖地表溫度與地表熱流密度的關系關系室內(nèi)設計溫度為26,管間距1OOmm,管徑16mm時,不同面層下的系統(tǒng)達到穩(wěn)定時供水溫度與冷地板表面平均溫度,平均熱流密度關系見圖5a,圖5c:供水溫度與暖地板表面平均溫度,平均熱流密度關系見圖5b,圖5d.由圖5分析可知:(1)當供水

14、溫度相同時,采用瓷磚比用木地板時冷地板表面溫度要低,而暖地板表面溫度要高,冷暖地板表地板表面換熱能力主要是地面裝飾材料的發(fā)射率E和面層的熱阻這兩個物性,而瓷磚表面發(fā)射率E比木地板熱量大,地板換熱能力也相應提高;另一方面,瓷磚熱阻比木地板小,在面層厚度相差不多時,其導熱系數(shù)較大,因此采用瓷磚比采用木地板時冷暖輻射地板系統(tǒng)的熱流密度明顯增大.(2)從圖5可以看出各曲線并不呈直線的關系,也就是說對表面飾物的分析是較為復雜的問題,英國研究者對熱地板做過不同表面覆蓋物對換熱J豳;瑚娜懈啪g;能一郴鐾曩舊憾鞲簧缽囂8/占越街螗崧霹舊懈表1各因素對冷暖地板換熱能力的影響HoUSlNGsclENcE雹斜注:,

15、db表示輻射地板的表面溫度(),q表示通過表面的熱流密度值(W/m).的影響實驗,結(jié)果表明,當對流換熱比例能占約一半時,地毯雖有較小的導熱性,但其表面眾多的紗線結(jié)構(gòu)能加強氣流擾動,提高對流換熱,在某些場合能完全補償弱導熱性,而與飾面磚相媲美.(3)房問內(nèi)的家具布置對于房問舒適程度的影響也很大,必須給予充分考慮.被貼地家具覆蓋的地板表面,其上部熱阻似乎無窮大,該面積基本板采暖設計時無法預知各家各戶覆蓋率為多少,覆蓋的位置在那兒,當不可預知的家具覆蓋率有較大差別時,勢必引起室溫不一致.(4)在實際應用時,應根據(jù)不同的面層材料對系統(tǒng)的運行提出不同的要求.一般住宅均用木地板裝修地面,為防止系統(tǒng)供熱時地

16、板產(chǎn)生龜裂,要求地板的含水率在8%12%范圍內(nèi),室內(nèi)供暖溫度控制在21以內(nèi)為修地面時,每40m2采暖面積應設地面膨脹縫,其地面膨脹縫應與輻射地面的膨脹縫垂直對應,縫隙尺寸為58mm,縫中填充彈性膨脹膏.6小結(jié)通過對實驗數(shù)據(jù)的整理比較和以上各因素問關系在圖表上的直觀體現(xiàn),可以為設計人員提供一些定性的數(shù)據(jù),從而能夠在設計工作中做到有的放矢的開展設計工作:為現(xiàn)場施工人員在施工時提供一定的技術上的支持,從而確保冷暖輻射地板系統(tǒng)的舒適性和達到節(jié)能的目的.現(xiàn)將冷暖輻射地板運行時各可調(diào)參數(shù)的影響歸納如表1.由表1分析得出,無論是夏季冷地板還是冬季暖地板運行時,若保持室內(nèi)溫度狀況不變,采用小管間距,小管徑,表面熱阻小的材料等措施可以達到較好的效果.冷地板構(gòu)造確定后,在運行中可視進水溫度而改變流量,而達到同樣時,要達到相同的換熱能力,流量應減