低溫地板輻射供暖室內(nèi)溫度參數(shù)分析

1、低溫地板輻射供暖室內(nèi)溫度參數(shù)分析 摘要 分析了低溫地板輻射供暖房間熱負荷計算、設(shè)備散熱量計算和熱環(huán)境評價中涉及的室內(nèi)溫度參數(shù)，分別建立了這三種計算中涉及的室內(nèi)溫度參數(shù)與室內(nèi)空氣溫度的聯(lián)系。關(guān)鍵詞 輻射換熱 室內(nèi)空氣溫度 平均輻射溫度中圖分類碼：TU832.02 文獻標識碼：A0 供暖工程設(shè)計的目的在于通過供暖系統(tǒng)提供與熱負荷對應(yīng)的散熱量，達到室內(nèi)熱環(huán)境要求。對流供暖房間熱負荷計算、設(shè)備散熱量計算和熱環(huán)境評價的室內(nèi)溫度參數(shù)都可近似地統(tǒng)一為室內(nèi)空氣溫度。而在低溫輻射地板供暖中，這三種計算都涉及房間各內(nèi)表面溫度，不能簡單地以室內(nèi)空氣溫度作為計算依據(jù)。其中地板散熱量計算涉及地板以外的其他內(nèi)表面溫度；外

2、圍護結(jié)構(gòu)傳熱量計算涉及外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度和地板溫度；室內(nèi)溫度評價涉及室內(nèi)所有內(nèi)表面的輻射溫度。若要在計算中全面地考慮輻射和對流兩種熱作用，不但計算復(fù)雜，還存在三種計算表面輻射溫度不統(tǒng)一的問題。為了便于低溫地板輻射供暖設(shè)計計算，需要建立三種計算中涉及的室內(nèi)溫度參數(shù)之間的聯(lián)系，使設(shè)計計算過程參數(shù)與室內(nèi)熱環(huán)境控制目標參數(shù)統(tǒng)一起來。1 供暖建筑室內(nèi)熱環(huán)境評價溫度指標影響室內(nèi)熱環(huán)境的主要因素包括六個：室內(nèi)空氣平均溫度、氣流速度、空氣濕度、平均輻射溫度、人體活動水平和衣著因素，其中前四個為環(huán)境因素，后兩個為人體因素。目前能將此六項全部考慮入內(nèi)的熱舒適指標是標準有效溫度。若只考慮四個環(huán)境因素，則一般采用新

3、有效溫度。在住宅供暖房間室內(nèi)氣流速度和空氣濕度相對穩(wěn)定，其對人體熱舒適的影響可認為相對恒定，因此影響熱舒適的主要環(huán)境因素為空氣平均溫度和平均輻射溫度。這兩個因素可以綜合成一個溫度指標，即操作溫度to，定義如下： （1）式中，、：分別為平均輻射溫度和空氣溫度，；、：人體與周圍表面的輻射換熱系數(shù)和對流換熱系數(shù)，根據(jù)文獻1提供的計算式， 3.9W/(m2·)，3.8W/(m2·)。其中，平均輻射溫度的計算涉及各內(nèi)表面溫度和人體與室內(nèi)各表面的角系數(shù)。 （2） 式2可簡化為： （3）式中：室內(nèi)各表面溫度，；：人體與室內(nèi)各表面的角系數(shù)。2的研究，式2對工程應(yīng)用已有足夠的精度。以上計算中

4、的值與人體表面積、人在室內(nèi)的位置、各可見內(nèi)表面的面積等有關(guān)，3給出了對應(yīng)的計算圖表，但計算仍很復(fù)雜。為進一步簡化，有人也用所有內(nèi)表面的面積加權(quán)平均溫度代替平均輻射溫度。 （4）式中，F(xiàn)i：室內(nèi)各可見內(nèi)表面面積，m2。在對流散熱供暖建筑中，散熱設(shè)備主要影響室內(nèi)空氣溫度，人體熱舒適主要受室內(nèi)空氣與人體對流換熱影響，操作溫度的變化主要由室內(nèi)空氣溫度決定。因此在對流供暖系統(tǒng)設(shè)計中采用室內(nèi)空氣溫度為設(shè)計參數(shù)和評價參數(shù)是可行的。在輻射供暖建筑中，對流、輻射兩種作用都存在，應(yīng)采用操作溫度作為熱環(huán)境評價指標，因此需要確定室內(nèi)空氣溫度和平均輻射溫度兩個參數(shù)。2 供暖設(shè)計中的室內(nèi)溫度參數(shù)2.1 熱負荷計算中的室內(nèi)

5、溫度參數(shù)供暖房間熱負荷包括通過圍護結(jié)構(gòu)本體的傳熱和通過洞口、縫隙的換熱。其中，無論是對流供暖還是輻射供暖，影響通過洞口、縫隙的換熱的室內(nèi)溫度因素都是室內(nèi)空氣溫度，可采用室內(nèi)空氣溫度作為供暖熱負荷計算室內(nèi)熱環(huán)境指標。通過外圍護結(jié)構(gòu)本體的傳熱量與外圍護結(jié)構(gòu)面積、外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)和室內(nèi)、外供暖計算溫度有關(guān)。在對流供暖設(shè)計中，一般把外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上的對流換熱和輻射換熱都綜合到內(nèi)表面換熱系數(shù)中，因外圍護結(jié)構(gòu)按穩(wěn)定傳熱考慮，各內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)表面溫度與室內(nèi)空氣溫度相等，室內(nèi)供暖計算溫度可統(tǒng)一取室內(nèi)空氣溫度。文獻4指出：在同等舒適條件下，地板輻射供暖熱負荷計算時室內(nèi)計算溫度應(yīng)比對流供暖低2，熱負荷仍可按對流供

6、暖計算；或取對流供暖熱設(shè)計負荷的90%95%。此處提到的室內(nèi)計算溫度為室內(nèi)空氣溫度。實際上，地板輻射供暖的地板溫度明顯高于其他內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)，而熱負荷仍室內(nèi)空氣溫度按計算，將少計入地板與外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的附加輻射換熱增量： （5）式中，Td、 Twn：地板平均溫度和外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度，；：地板對外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的輻射角系數(shù)。2.2 地板散熱量計算中的室內(nèi)溫度參數(shù)對流供暖散熱設(shè)備面積較小且多有遮擋，其向室內(nèi)散熱以對流換熱為主，其室內(nèi)溫度計算參數(shù)可采用室內(nèi)空氣溫度，即室內(nèi)供暖計算溫度。在低溫地板輻射供暖中，地板向室內(nèi)散熱包括對流和輻射兩部分。文獻4指出：對流換熱部分室內(nèi)溫度參數(shù)采用室內(nèi)供暖計算溫度；

7、輻射換熱部分按下式計算： （6）式中，Tr：非加熱表面的面積加權(quán)平均溫度，K，可按下式計算： （7）式中，F(xiàn) j、 Tj：室內(nèi)各非加熱表面面積和溫度，m2 、K。在有些研究中也稱Tr為平均輻射溫度。但應(yīng)指出，此處的Tr與不同，前者是室內(nèi)非加熱表面的面積對地板的平均輻射溫度，后者為包括地板在內(nèi)的所有表面對人體的平均輻射溫度?？梢姡梦墨I4的計算方法計算地板散熱量，必須有兩個室內(nèi)溫度計算參數(shù)，而這兩個計算參數(shù)與室內(nèi)熱環(huán)境評價參數(shù)并不一致。3 幾種室內(nèi)溫度參數(shù)的關(guān)系分析綜上所述，在低溫地板輻射供暖建筑室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計與評價中除了要考慮室內(nèi)空氣溫度以外，還分別涉及了地板溫度、外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度，以及

8、和Tr兩種平均輻射溫度。這兩個平均輻射溫度的計算涉及的內(nèi)表面各不相同；且除了地板表面溫度外，其他表面溫度在工程設(shè)計中一般不予計算，造成其應(yīng)用困難。3.1 地板溫度在低溫地板輻射供暖地板散熱量計算和熱環(huán)境評價中，地板溫度已知。在房間熱負荷中地板溫度尚為未知，但因居住建筑低溫地板輻射供暖要求地板表面溫度必須在某一范圍內(nèi)，可在此范圍選一個代表值估算。文獻4規(guī)定：在人員經(jīng)常停留區(qū)低溫輻射地板平均溫度范圍為2426，住宅建筑中室內(nèi)各處一般都為人員經(jīng)常停留區(qū)，所以在熱負荷計算時近似地取地板平均溫度為25。3.2 外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度供暖建筑圍護結(jié)構(gòu)按穩(wěn)定傳熱計算，可近似認為內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)表面溫度等于室內(nèi)空氣溫

9、度。外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度可利用材料層熱阻由室內(nèi)外溫差估算： （8）式中，Rn、 R0：外圍護結(jié)構(gòu)總熱阻和內(nèi)表面熱阻，m2·/W；tn：室內(nèi)溫度，有tnta，所以： （9）利用9式對各地建筑大量計算，各外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度與室內(nèi)空氣溫度的關(guān)系總結(jié)于表1。表1 各外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度與室內(nèi)空氣溫度的關(guān)系外圍護結(jié)構(gòu)外墻外窗屋頂外墻帶窗溫度/ta (23)ta (78)ta (11.5)ta (34)注：帶外窗的外墻溫度是根據(jù)文獻5對窗墻面積比的規(guī)定，按面積加權(quán)求平均溫度后得出根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，當確定了室內(nèi)空氣溫度計算指標后，可利用式5計算熱負荷計算中的附加輻射換熱增量。根據(jù)文獻6研究，因低溫

10、輻射地板存在向下傳熱，其下表面溫度一般為2022。3.3 平均輻射溫度利用以上估算值，對進深3.6m，開間3.0m，層高2.7m的典型房間在幾種布置方式下，分別用式4、式7計算、 Tr。計算值與空氣溫度比較見表2。表2 兩種平均輻射溫度與空氣溫度比較 位置溫度 /開間一面帶窗外墻開間一面帶窗外墻+進深一面外墻開間、進深各一面帶窗外墻ta=18- ta0.6/1.40.2/1.00/0.8Tr- ta-0.9/0.1-1.4/-0.4-1.6/-0.6ta=16- ta1.0/2.30.6/2.00.4/1.8Tr- ta-0.9/0.1-1.4/-0.4-1.6/-0.6注：/前為頂樓層數(shù)據(jù)，

11、/后為中間樓層數(shù)據(jù)。 房間各表面對地板的平均輻射溫度由計算可知：在典型低溫地板輻射供暖房間內(nèi)，房間各表面對地板的平均輻射溫度Tr比空氣溫度低01.5，并隨外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)減少而降低，外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)對Tr的影響見表3：表3 Tr與外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)近似關(guān)系外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)123Tr- ta /0-0.5-1.5 房間各表面對人體的平均輻射溫度由表2還可總結(jié)得出：在典型低溫地板輻射供暖房間內(nèi)，房間各表面對人體的平均輻射溫度比空氣溫度高02.3，當外圍護結(jié)構(gòu)少時平均輻射溫度高。外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)對的影響如表4所示：表4 與外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)近似關(guān)系外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)123- ta /2.02.50.82.000.83.

12、4 房間操作溫度將表2中的數(shù)據(jù)代入式1計算房間操作溫度，結(jié)果見表5。表5 房間操作溫度與室內(nèi)空氣溫度的關(guān)系位置溫度/開間一面帶窗外墻開間一面帶窗外墻+進深一面外墻開間、進深各一面帶窗外墻ta=1818.3/18.718.1/18.518.0/18.4ta=1616.5/17.216.3/17.016.2/16.9注：/前為頂樓層數(shù)據(jù)，/后為中間樓層數(shù)據(jù)。由表5可見，由于低溫地板輻射供暖房間各表面對人體的平均輻射溫度比空氣溫度高，房間操作溫度也比空氣溫度高01，其值隨外圍護結(jié)構(gòu)減少而操作溫度溫度增大。4 結(jié)論在低溫地板輻射供暖設(shè)計和熱環(huán)境評價中，可以室內(nèi)空氣溫度為設(shè)計依據(jù)；但在計算中應(yīng)充分考慮由

13、于輻射換熱作用，輻射換熱涉及的其他室內(nèi)參數(shù)與空氣溫度的關(guān)系可總結(jié)如下：（1）在熱輻射計算中應(yīng)考慮地板與外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的附加輻射換熱增量，可按式5計算，其中涉及的外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面參數(shù)與室內(nèi)空氣溫度的關(guān)系可參考表2。（2）在地板散熱量計算中，房間各表面對地板的平均輻射溫度隨外圍護結(jié)構(gòu)面數(shù)減少而降低，其與室內(nèi)空氣溫度的關(guān)系可參考表4。（3）低溫地板輻射供暖房間各表面對人體的平均輻射溫度比空氣溫度高，因此，操作溫度也比空氣溫度高，其值隨外圍護結(jié)構(gòu)減少而操作溫度隨之增大。參考資料：1 BjØrn kavisgaardOperative Temperature Measured by Elli

14、psoid-shaped SensorMeasuring equipment and techniques(No.3)2002B. 2 B.W.Olesen etc.Heat Exchange Coefficient Between Floor Surface and Space bay Flooring Cooling-Theory of a Question DefinitionASHREA Trans. 2000，DA-00-8-2：684-6943 L.N.Kalisperis , ect.AUTOMATED DESIGN OF RADIANT HEATING SYSTEMS BASE

15、D ON MRASHREA Trans. 1990，AT-90-20-4：1288-12954 JGJ142-2004 地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程5 JGJ26-95 民用建筑節(jié)能設(shè)計標準（采暖居住建筑部分）6 劉艷峰地板供暖設(shè)計與運行基礎(chǔ)理論研究： 博士學(xué)位論文 西安建筑科技大學(xué)，2004低溫地板輻射供暖室內(nèi)溫度參數(shù)分析西安建筑科技大學(xué) 劉艷峰 魚亞麗關(guān)鍵詞 輻射換熱 室內(nèi)空氣溫度 平均輻射溫度本文考慮在對流供暖房間熱負荷計算、設(shè)備散熱量計算和熱環(huán)境評價時其室內(nèi)溫度參數(shù)都可近似地統(tǒng)一為室內(nèi)空氣溫度，但在低溫輻射地板供暖中，這三種計算都涉及房間各內(nèi)表面溫度(其中地板散熱量計算涉及地板以外的其他內(nèi)表面

16、溫度；外圍護結(jié)構(gòu)傳熱量計算涉及外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度和地板溫度；室內(nèi)溫度評價涉及室內(nèi)所有內(nèi)表面的輻射溫度)，不能簡單地以室內(nèi)空氣溫度作為計算依據(jù)。鑒于若要在計算中全面地考慮輻射和對流兩種熱作用，不但計算復(fù)雜，還存在三種計算表面輻射溫度不統(tǒng)一的問題，本文通過對各地建筑大量計算，得出了各外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度與室內(nèi)空氣溫度的關(guān)系；進而通過對典型建筑的計算，得出兩種輻射溫度與室內(nèi)空氣溫度的關(guān)系，并總結(jié)出平均輻射溫度與空氣溫度之差隨建筑不同形式的變化值，從而建立了三種計算中涉及的室內(nèi)溫度參數(shù)之間的聯(lián)系，使設(shè)計計算過程參數(shù)與室內(nèi)熱環(huán)境控制目標參數(shù)統(tǒng)一起來。工程人員及研究人員可將本文所得結(jié)論作為設(shè)計及理論研究時低溫輻射地板供暖中各種室內(nèi)溫度計算的參考。本文的結(jié)論以各地建筑大量的計算為基礎(chǔ)，并利用典型建筑為背景計算。所做的主要工作及得出結(jié)論有：利用各外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度與室內(nèi)空氣溫度間關(guān)系的估算值，確定室內(nèi)空氣溫度計算指標后，對進深3.6m，開間3.0m，層高2.7m的典型房間在幾種布置方式(開間一面帶窗外墻；開間一面帶窗外墻+進深一面外墻；開間、進深各一面帶窗外墻)下，計算、 。計算值與空氣溫度比較可知房間各表面對地板的平均輻射溫度Tr比空氣溫