低温地板辐射采暖常见的设计问题

        低温地板辐射采暖系统以室内温度均匀性好、舒适性好、温度梯度小、符合人体生理要求和不影晌室内使用面积等优点,受到人们的普遍欢迎,被广泛的应用于住宅、别墅、宾馆和办公大楼等场所。地板辐射采暖同传统散热器或空调送暖在传热原理上有所不同,前者辐射所占比例大,后者以对流方式为主。

  2常见的问题

  通过对一些低温地板辐射采暖工程的实际观察,我发现了许多问题,而且还相当普遍,如室内偏热、地面温度偏高和地面温度分布不均匀等,经分析可以确定这是设计上的问题。

  2.1室内温度偏高

  主要原因是:

  (1)负荷确定时未考虑辐射采暖与对流采暖的区别,直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算。相同条件下,辐射采暖时壁面温度比对流采暖时高,减少了墙壁对人体的冷辐射,而人对室内热环境的感受常以实感温度来衡量,实感温度可比室内环境温度高2—3℃,因此在保持相同舒适感的情况下,辐射采暖室内空气温度可比对流采暖时低2—3℃或在负荷计算时取对流采暖热负荷的0.9—0.95(对于全面辐射供暖来说)。

  (2)在计算采暖热负荷时没有考虑上层地扳向下的传热量,也是造成室内温度升高导致室内环境偏热的原因。

  (3)是有的设计人员按参考资料提供的地板散热量直接查取管间距,甚至根据经验确定管间距,而忽略了适用条件。加热管确定,公称外径、填充层厚度和供吸水温差确定,不同加热管间距与不同平均水温地板有不同的散热量。当填充层厚度改变时,地面层热阻减小,地板散热量加大,从而使室内温度升高,室内偏热;供回水温差改变,管间距增减,管内平均水温的变化,也将影响地板散热量的大小。

  例如某工程设计时,供回水温度为50℃/40℃,室内温度为18℃,管间距为250㎜,地面层为木地板,地板散热量约89w/㎡。由于某种原因供回水温度改为55℃/45℃,供回水温差没有变,施工时未做变更,结果实际运行时,室内温度却高达23—24℃,温升约5—6℃,地表温度也升高了5℃左右。

  因此设计时应进行细致的计算,否则不仅偏离设计要求,而且也将浪费能源。

  2.2地面温度偏高

  地面温度过高,长久之后人体也会感到不适,而且对地面覆盖物也有一定影响,因此根据卫生要求、人体热舒适性条件和房间用途,对地面温度做了一些规定。

  地板辐射采暖时地板表面平均温度(tb)与加热管的管径(d)管间距(s)、加热管埋深(h)、地板导热系数(λ)、供回水平均温度(tp)和室内温度(tn)有关,即:

  tb=fd,s,h,λtptn

  由于地板单位面积散热量q与单位面积埋管的散热量(d、s、h、λ、tp)有关,则有

  q=gdshλtp,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响地面温度的因素,在工程中引起地面温度偏高的直接原因主要有以下几个力而:

  (1)负荷偏大:由于室内热负荷偏大,地板单位面积散热量q增加,地板表面平均温度tb增大。

  (2)供回水平均温度偏大:当供回水平均温度tp升高时,室内温度升高,地表温度也升高。

  (3)埋管深度不够:有些房地产开发商为了降低房屋造价,将层高减小,用户为了保证室内足够的净高,有的采用减小加热管埋深的做法。由于埋深h减小,使地板热阻减小,单位面积地板散热量q增加,从而使得地面温度tp偏高。

  2.3地面温度不匀

  地面温度分布均匀程度主要受埋管深度h、管间距s大小和布管方式等影响。

  2.3.1埋管深度

  根据有关理论,填充层的热阻是变化的,这样就使辐射板表面呈不等温面,管顶所对应的地面温度最高,当相邻两加热管中的热水温度相等时,两管中间处的地面温度最低,埋深越小,地面温度越高和分布越不均匀。

  2.3.2埋管间距

  根据有关理论,当管间距增大时,两管间叠加强度减小,管顶所对应的地面温度增高,两管中间处的地面温度降低,地面温度分布更加不均匀。为了保证地面温度分布均匀性,工程中一般限定管间距不宜大于300mm,但当地面散热量大时,即使300mm的管间距也显得过密,此时可通过调整加热管水流量和水温等来适应要求。

  2.3.3布管方式

  沿加热管水流方向,水温逐渐降低。常用的布管方式有平行排管式、蛇形排管式和回字形盘管式,平行排管式地板表面平均温度沿水的流程方向逐步均匀降低,蛇形排管式地板表面温度在小面积上波动大但平均温度分布较均匀,回字形盘管式地板表面平均温度也是沿水的流程波动很小,温度分布更均匀。

  3局部情况

  由于沿外窗外墙热损失较大,一般将高温管段优先布置在该处,或在沿外窗外墙一定范围内布管加密,但不能过密,外窗外墙地面温度偏高会加大热量损失;

  4建议

  上述问题多是由于设计中没考虑辐射采暖的特点而造成的。地板辐射采暖设计看似简单,实际设计中需综合考虑室内温度、地面温度、地面温度的分布等要求,以及相互之间的关系。室内温度与地面温度和地板散热量有很强的耦合性,某一者的变化将引起其他量的连锁变化,因此设计中应遵循以下步骤:

  (1)计算热负荷,根据辐射采暖特点,确定出房间实际需热量;

  (2)根据己知条件,如建筑面积、地面结构和室内温度等要求,确定地板散热量;

  (3)根据散热量,室内温度,供回水温度,地板热阻,假定加热管管径,确定管间距;

  (4)根据房间布置情况,在保证单管长L≤120m的条件下,确定支管数;

  (5)根据房间用途及热工特性,遵循温度均匀分布的原则进行布管,布管时应注意尽量使各并联管路平衡。

  (6)计算各支管水量,校核系统阻力是否平衡,注意管内的流速不应低于0.25m/s。

  5.小结

  (1)低温地板辐射采暖是以辐射传热为主的采暖方式,因此热负荷计算时应与对流采暖方式加以区别。

  (2)室内温度、地面温度和地表面散热量有很强的耦合关系,注意某个量的变化将引起其他量的相应变化。

  (3)管路布置时应注意保证地面温度分布均匀。