低温地板辐射采暖常见的设计问题
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低温地板辐射采暖常见的设计问题
甘润武
建筑设计,理工论文,高级工程师职称评审
1前言
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，λ tp tn
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=g d s h λ t p，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。
(4)低温地板辐射采暖系统设计应认真计算，不应简单按经验套用，否则一方面将造成室内不舒适，另一方面造成能源的浪费。
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