低溫地板熱水輻射供暖方式的應(yīng)用已有10多年時間,由于這種供熱方式具有較多的優(yōu)點,現(xiàn)在的住宅工程大量采用發(fā)展極快。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。
一、地板輻射供暖節(jié)能的優(yōu)勢
1、減小室內(nèi)設(shè)計溫度節(jié)省能耗。輻射供熱不同于對流供熱的一點就是并非直接加熱室內(nèi)的空氣,而是通過輻射換熱加熱各圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面,及室內(nèi)各物體表面,提高表面的溫度,從而達(dá)到室內(nèi)溫度均衡的舒服度。據(jù)介紹當(dāng)室內(nèi)風(fēng)速小于0.05m/s時,平均輻射溫度變化1℃對人體熱感覺的影響與空氣溫度變化1℃時基本相同。但地板供熱所產(chǎn)生的平均輻射溫度的提高將使人體受到的輻射熱減少,在這種情況下要建立同樣舒適條件的需要,輻射供熱方式比對流供熱方式的熱效率高,所以室內(nèi)設(shè)計溫度可以比其它供暖形式降低2～3℃。
利用低溫?zé)崴孛孑椛涔岱绞焦┡瘯r,熱量主要以輻射形式傳送,輻射散熱量占總散熱量50～60%,這種傳送方式直接迅速,熱量不需要通過任何介質(zhì)便可傳給供熱對象,提高了熱效率。因此地板供熱可以用較低的室內(nèi)設(shè)計溫度得到散熱器較高室內(nèi)設(shè)計溫度相同的供暖效果。室內(nèi)設(shè)計溫度的降低,意味著室內(nèi)供暖熱負(fù)荷的降低,也即是節(jié)省了能耗及資源。
2、為了節(jié)省能耗及資源,地板供暖容易使單戶自成系統(tǒng),只需在水分器旁加裝熱計量裝置,即可實現(xiàn)分戶熱計量,適應(yīng)了熱供應(yīng)方式的變革,達(dá)到按需供給,實現(xiàn)行為上節(jié)能。地面輻射供暖的分室溫度控制,要求環(huán)路設(shè)計,按房間單獨布置,分集水器上每個支路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥,使每個房間都能達(dá)到設(shè)計要求流量,從而避免了管長一致,流量一致及超出設(shè)計流量造成的過熱浪費現(xiàn)象。
采用自動分室溫度控制之后,溫控系統(tǒng)能自動關(guān)閉環(huán)路,減少熱量損失,可能會節(jié)省能耗10%左右。地板供暖智能化,分戶計量,自動調(diào)溫可以實現(xiàn)行為節(jié)能。但是該節(jié)能方式隨著傳統(tǒng)散熱器供暖系統(tǒng)形式的改變,行為節(jié)能的效果也會得到實現(xiàn)。因此該種節(jié)能方式并不能看作是低溫?zé)崴椛涔┡绞奖壬崞鞴┡?jié)能。
3、可以避免安裝散熱器的局部無效熱損失:通常是散熱器沿外墻布置在窗臺下,在墻內(nèi)壁面附近有限局域形成的上升熱氣流,會影響從窗戶滲入室內(nèi)下降的涼空氣,并使窗表面的溫度有一定提高。但這種供暖方式往往使散熱器背面的墻體溫度明顯升高。這部分熱量往往會通過外墻無味的損失浪費掉。據(jù)實驗和計算分析,對于不采取保溫措施的紅磚外墻,散熱器背面局部溫度升高,導(dǎo)致的無功熱損失約占散熱器散熱量的10%左右。因地板輻射供熱不存在這樣大的損失。
4、高度附加熱損失要小:根據(jù)現(xiàn)行的“地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程”JGJ142-2004中規(guī)定的設(shè)計要求,人長期停留房間地表面溫度下不得高于28℃,采取地面輻射供暖時室溫在室內(nèi)垂直方向的變化規(guī)律,地表面溫度接近30℃,垂直溫度開始降低,在人的呼吸地帶達(dá)到室內(nèi)設(shè)計溫度。在距離地面30cm垂直方向的溫度變化不大,采取地面輻射供暖時,輻射供暖地面的溫度高于空間溫度,由于上部空間溫度偏低,因而大大降低了上部空間向外的無功熱損失。對于一般的建筑工程,這部分的損失不是很明顯,一般不作為考慮。但是對于層高大的建筑空間,差別顯得十分明顯,應(yīng)該引起一定注意。
5、地板材料的蓄熱使得熱穩(wěn)定性較好:地扳供熱管的上部一般有30～50mm厚度填充保護層,大多數(shù)采用C20左右的細(xì)石砼,熱容量大,樓板也比散熱器供暖系統(tǒng)的蓄熱量大,因此這種供熱方式具有熱穩(wěn)定性較好的優(yōu)勢,尤其是間歇供熱情況下室溫變化很緩慢,即使關(guān)閉熱水閥門降低供水溫度,填充層的材料蓄熱量可使室溫保持5～6h。相比較看出對流暖氣片供暖一旦關(guān)閉暖氣閥門,或者停止供熱1～2h后,室溫會很快降低。應(yīng)用實踐表明,地板輻射供熱的蓄熱也是具有一定的節(jié)能效果,有利于蓄熱節(jié)能。另外還可以利用低溫?zé)崴?低溫?zé)崴匕遢椛涔崴杷疁氐?可利用熱泵技術(shù),廣泛用于地?zé)?空氣,污水熱量,太陽能等可再生能源和低品位能源。
二、地板供熱節(jié)能的不利因素
1、小溫差大流量增加了運行的能耗:現(xiàn)行的“地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程”JGJ142-2004中對于無坡度的加熱管內(nèi)熱媒流速規(guī)定不應(yīng)小于0.25m/s。低溫地面輻射供暖水溫一般為50～60℃,要保證與房間較好的地面溫度均勻,回水溫度不宜過低。在房間的熱負(fù)荷基本相同的情況下,與散熱器95/70℃的回水溫度相比,地面輻射供暖溫差一般只有10℃左右的小溫差,如果人為加大回水溫差,必然引起流速降低達(dá)不到設(shè)計要求,因此,對于水溫差運行必然引起流速加快。流量G的計算公式:G=0.86Q/(tg-th)
在房間的熱負(fù)荷基本相同的情況下,散熱器的供回水溫差25℃,地面輻射供暖供回水溫差10℃,這就意味著地面輻射熱要比散熱器的供暖提高1倍。在熱力系統(tǒng)入口處的循環(huán)泵電耗將會大大增加,而且消耗的是無污染的電能。
以某生活區(qū)域為例,供熱面積近50萬m2,單位面積熱指標(biāo)65W/m2,采用散熱器供回水溫度95/70℃,如果改變?yōu)榈蜏責(zé)崴孛孑椛錈峁┧疁囟?5℃,供回水溫差10℃,計算比較二者水泵電耗:
（1）散熱器供暖:
供暖總負(fù)荷Q=ɡ.F×50000=3.25×106J;設(shè)計流量為:G=0.86Q/(tg-th)=0.68×3.25×106/(95-70)=112t/h;揚程大概為30mH2O,選擇的循環(huán)水泵為IS型單級單吸離心泵125-100-315,流量120t/h;揚程為30mH2O,配置的電機功率為15kW。
（2）地板輻射供暖:
供暖總負(fù)荷Q=95%ɡ.F=0.95×65×50000=3.09×106J;設(shè)計流量為:G=0.86Q/(tg-th)=0.58×3.09×106/10=265.5t/h;揚程變化不大也考慮取30mH2O,選擇的循環(huán)水泵為Sh型雙吸離心泵8Sh—13A,流量270t/h;揚程為36mH2O,配置的電機功率為37kW,而耗電量增加了1.5倍。
2、室內(nèi)外墻內(nèi)表面溫度增高,加大了傳熱耗能。輻射供暖并非直接加熱室內(nèi)空氣,而是通過輻射換熱加熱各圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面,及室內(nèi)各物體表面,從而提高了室內(nèi)的平均輻射溫度。在輻射供溫過程中55%以上的熱量是通過輻射方式進(jìn)行的。這樣就導(dǎo)致室內(nèi)物體以及外墻內(nèi)表面的溫度要比室內(nèi)平均溫度要高。同樣室內(nèi)溫度,散熱器供暖的外墻內(nèi)表面溫度要比輻射供暖的外墻內(nèi)表面溫度低,室內(nèi)外的傳熱量與室外的溫度,外墻內(nèi)表面溫度有直接關(guān)系,而與室內(nèi)空氣平均溫度無關(guān)。試驗分析表明,當(dāng)室內(nèi)平均溫度為18℃,散熱器供暖的外墻內(nèi)表面溫度一般為14℃,地板輻射供暖的外墻內(nèi)表面的溫度為15.9℃,溫差接近2℃,會導(dǎo)致熱量損失的增加。在相同溫度時和散熱器供暖的系統(tǒng)相比,地板輻射供暖與室外傳熱引起的熱量損失要大。
3、雙向傳熱加大底層地面?zhèn)鳠崃?現(xiàn)在設(shè)計應(yīng)用溈的輻射供暖,基本上是在地板加熱管下敷設(shè)一層30～40mm厚度的聚苯乙烯板,這樣可以減小標(biāo)準(zhǔn)層地板下表面向下樓層的傳熱,有利于分戶控制和分戶計量。即使在管下墊了保溫板,還是有一些熱量損失。整個建筑都設(shè)計為地面輻射供暖時,由于向下傳熱與來自上層地板的散熱基本相當(dāng),標(biāo)準(zhǔn)層的熱損失可以不考慮,但是底層用戶向土壤的散熱損失要大于散熱器供暖的地面熱損失。
4、樓板熱橋加大局部傳熱量:在結(jié)構(gòu)層中由于加熱管表面溫度一般在50～60℃,會造成樓板層及構(gòu)造層與外部的連接處出現(xiàn)局部的較高溫度,形成為熱橋,加大了熱損失。盡管標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程有要求,第一根加熱管與外墻的距離不得小于300mm,使得熱損失略微減少,但仍存在熱橋現(xiàn)象(效應(yīng)),增加了局部的傳熱損失。
三、堅強和完善低溫地板輻射供暖系統(tǒng)設(shè)計
綜上淺述,通過低溫地板輻射供暖與散熱器供暖的簡單比較,存在不利節(jié)能的因素問題,所以低溫地板供暖的節(jié)能效果與行為節(jié)能,分戶控制,計量有很大的關(guān)系。但是在舒適性方面而言,低溫地板供暖有著散熱器供暖無法比擬的優(yōu)勢,推廣應(yīng)用前景看好。鑒于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。出現(xiàn)這樣那樣的問題的更本原因多是由于設(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的耦合性，某一者的變化將引起其他量的連鎖變化。
（1) 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。
（2) 室內(nèi)溫度、地面溫度及地表面散熱量有很強的耦合關(guān)系，注意某個量的變化將引起其他量的相應(yīng)變化。
（3) 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
3亢燕銘等地板輻射供暖的節(jié)能效益分析[J].暖通空調(diào),2001;31(4)