低溫地板輻射采暖設(shè)計常見問題探析

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低溫地板輻射采暖設(shè)計常見問題探析

摘要： 作者通過調(diào)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(shè)計時應(yīng)注意的問題和應(yīng)遵循的步驟

關(guān)鍵詞： 低溫地板輻射 散熱量 熱負(fù)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(yīng)用于別墅、住宅、賓館大堂、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(diào)送風(fēng)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(shè)計也有諸多不同之處。 

筆者調(diào)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(shè)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(fù)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(fù)荷作為輻射采暖負(fù)荷進(jìn)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2~3℃，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2~3℃或在負(fù)荷計算時取對流采暖熱負(fù)荷的0.9~0.95（對于全面輻射供暖來說）。 

在計算采暖熱負(fù)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(shè)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(xiàn)[1]中給出了加熱管為鋁塑復(fù)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(dāng)填充層厚度改變時，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(shè)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(jié)果實際運行時，室內(nèi)溫度卻高達(dá)23~24℃，溫升約5~6℃，地表溫度也升高了5℃左右。 

因此設(shè)計時應(yīng)進(jìn)行細(xì)致的計算，否則不僅偏離設(shè)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)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(dǎo)熱系數(shù)λ、供回水平均溫度ｔｐ和室內(nèi)溫度ｔｎ有關(guān)，即 

ｔｂ＝ｆｄ，ｓ，ｈ，λ?ｔｐ?ｔｎ 

由于地板單位面積散熱量ｑ與單位面積埋管的散熱量有關(guān)，即與ｄ、ｓ、ｈ、λ、ｔｐ有關(guān)，則有 

ｑ＝ｇ ｄ ｓ ｈ λ?ｔｐ? 

因此得出近似公式 

ｔｂ＝ｔｎ＋９（ｑ/１００）０．９０９ 

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。 

ａ?負(fù)荷偏大 

如１中所述，由于多種原因，造成設(shè)計熱負(fù)荷偏大。由于室內(nèi)熱負(fù)荷偏大，將使地板單位面積散熱量ｑ增加，根據(jù)式（３）可知，地板表面平均溫度ｔｂ也增大。 

ｂ?供回水平均溫度偏大 

由１中的例子可知，當(dāng)供回水平均溫度ｔｐ升高時，室內(nèi)溫度升高，地表溫度也升高。 

ｃ?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ｈ減小，使地板熱阻減小，而且單位面積地板散熱量ｑ增加了，從而使得地面溫度ｔｐ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?zé)崃骶€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面，管頂所對應(yīng)的地面溫度tb最高，當(dāng)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(dǎo)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(dāng)管間距s增大時，兩管間疊加強(qiáng)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(dāng)?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(diào)整加熱管水流量，水溫等來適應(yīng)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(shè)計時應(yīng)注意這一點。 

3.2 布管方式 

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(dāng)兩管內(nèi)水溫不等時，如t1>t2，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(cè)。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(yīng)根據(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(cè)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(shè)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(cè)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(dāng)對該處地面溫度有要求時，應(yīng)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80~100mm，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(shè)計中應(yīng)注意。 

4 建議 

綜合以上諸多問題，多是由于設(shè)計中沒考慮輻射采暖的特點而造成的。地板輻射采暖設(shè)計看似簡單，實際設(shè)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(guān)系。室內(nèi)溫度與地面溫度以及地板散熱量有很強(qiáng)的耦合性，某一者的變化將引起其他量的連鎖變化。 

假設(shè)：已知地板做法；加熱管選用鋁塑復(fù)合管（XPAP）、交聯(lián)聚乙烯管（PEX）或三型聚丙烯管（PP-C）。 

設(shè)計中可遵循以下步驟: 

a) 計算熱負(fù)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(jié)構(gòu)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s≤300mm，則進(jìn)行下一步；若不滿足，首先調(diào)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L≤120m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(jìn)行布管。布管時應(yīng)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(yīng)低于0.25m/s。 

5 小結(jié) 

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(fù)荷計算時應(yīng)與對流采暖方式加以區(qū)別。 

b) 室內(nèi)溫度、地面溫度及地表面散熱量有很強(qiáng)的耦合關(guān)系，注意某個量的變化將引起其他量的相應(yīng)變化。 

c) 管路布置時應(yīng)注意保證地面溫度分布均勻。 

總之，低溫地板輻射采暖系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)認(rèn)真計算，不應(yīng)簡單按經(jīng)驗套用，否則一方面將造成室內(nèi)不舒適，另一方面造成能源的浪費。 

參考文獻(xiàn) 

1 低溫?zé)崴匕遢椛洳膳こ碳夹g(shù)規(guī)程.河北省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DB13/T（J）28-2000 

2 陸亞俊、馬最良、鄒嚴(yán)華.暖通空調(diào).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002