地热地板辐射供热
的有关信息介绍如下：
1.地热地板辐射供热的特点
广义上讲,通过在建筑物的地板内、墙体内或顶棚内铺设热水或热风管线的供热方法皆称为地板辐射采暖。这种采热方式已有很久的历史,在我国东北的很多农村地区,目前仍然采用烟气通过墙体和炕体的采暖方式,在日本和韩国也使用地板辐射方式为“榻榻米”(地板)加热。由于这种供热方式有其独特的优点,为了适应现代化建筑的需要,20世纪70年代,西德、苏联等一些欧洲国家开发了一些地板辐射供暖用的新型输水管材料,这使得地板辐射供热方式逐渐向现代化建筑普及起来,一些供热专家也开始推荐该供热方式。
地板辐射供热方式主要有以下几个特点:
(1)舒适性好
人体感知辐射式热量的传递方式要比热对流方式舒适,因为人体足部的血液循环要比头部差,脚底部温度的升高有益于血液循环。相反,热对流方式传热主要靠室内气流的流动来提升室内温度,要想组织起室内的空气流动,上升空气气流和回流的温度差会较大,这会使处于室内不同位置的人体感知室内的温度不同,影响供热效果。
(2)节能效果好
这主要有两方面原因,其一:由于低温辐射热的舒适性感觉,因此不需要暖气那么高的入口水温,对热源的温度要求条件下降。一般适合地板辐射供暖的供水温度范围较宽,在30～55℃内皆可以用于地板辐射供暖。其二:地板辐射供暖相当于是一个以地板为传热表面的换热器系统,尽管地板表面的温度不高,但传热面积比空气散热器的传热面积大得多。因此,可以实现小温差传热以保证供热负荷的目的。
(3)节约室内空间
由于在室内省去了散热器布置的空间,相应地增加了人们在室内的活动面积,使室内空间更美观和更安全。在一些动物越冬场馆的采暖设计中,采用地板辐射供暖更多的是出于安全性考虑。
(4)单户热计量更方便
为了提高地板辐射供暖的安全性,防止地板辐射铺设管线的泄漏,一般都采用热用户与主供回水管线并联方式连接。这样也方便了一户一热计量表的管理模式。
尽管地板辐射供暖有以上优点,但也有缺点,比如盘管材料的安全性要求较高,一旦发生泄漏及堵塞维修不便等缺点,因此,在高层建筑上采用时应特别引起注意。
2.地热地板辐射供热的传热计算
由于低温地板辐射供暖可以使室内空间温度更趋于均匀一致,起到节能的效果。因此,室内设计温度或供热设计负荷可以考虑比普通的空气散热器式设计指标低一些。室内有效设计温度可以低1～3℃,或室内热负荷低6%～20%。地板向室内空间的散热主要有通过低温辐射传热和自然对流两种方式,以下简单叙述每种方式传热量的计算方法。
(1)地板辐射热量的计算
对一个封闭的内空间,一个表面绝对温度为Tp的地板向其他绝对温度为Ti的第i表面辐射的热流为
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:εp,εi分别为地板和某一墙壁的辐射率或灰度;Ap,Ai分别表示地板面积和某一墙壁的面积;Fpi为地板对该面墙的辐射角系数;σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数(5.67×10-8W/m2K4)。
角系数Fpi可以根据具体的房型结构查表或计算出来。对有n个面的封闭空间满足
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
在实际应用中,通过以上公式计算辐射热量比较麻烦,而且墙体表面也不一定是几何完全规则的,辐射率也不一定完全一致,在有些工程计算中采用一些形式如下的经验公式。
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:C为与墙体几何结构和墙体材料等有关的经验系数(一般C≈0.84～0.90);
(2)自然对流传热
无论是有水平结构的地板辐射采暖还是有垂直被加热的墙体,都会存在自然对流传热。靠近被加热墙体表面的空气温度高,密度下降,周围的密度高的冷空气就会推动热空气上升,从而形成自然对流。理论上讲,自然对流也是一个复杂系统,其换热强度也和空间的几何结构、墙体温度分布等有很大关系。一般自然对流的传热准则式为
Nu=f(Pr)Ram 8-27
式中:f(Pr)为和空气普朗特数有关的系数;Nu,Ra分别为努谢尔特数和瑞利数;m为经验常数。
在等壁温条件下,层流范围内m取值在1/4左右,而在湍流范围内m取值约为1/3。因此,通过对流方式的散热热流为
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:L为计算Nu,Ra的定性尺寸(如地板辐射时房间的高度,墙体辐射采暖时为被加热墙体高度);λf为空气的导热系数。
由于Ra内也有温差项的一次方存在,因此可以把上式简化为
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:C为空间的几何结构、空气热物性等有关的经验系数(地板辐射的自然对流约为2.1,墙体辐射的自然对流约为1.7)。
3.低温地热地板辐射的设计步骤
式8 26的辐射热流和式8 29和对流热流计算的关键是如何确定地板表面的温度Tp,为了计算方便,可以近似地认为室内空气温度Ta和墙壁表面的平均温度
Tp=Ta+0.137q0.909 8-30
在确定了加热地板表面温度之后,可以通过如何布置地板内的埋管和进水温度达到这一设计要求。而这一部分主要与地板内埋管的导热设计有关,包括盘管方式、盘管密度和深度、进水温度、盘管下部的保温、地面覆盖物的影响等。图8-19示出了地板辐射采暖的热流流向图。采用地板辐射供暖,地板表面温度不宜过高。一般不超过30℃,在有人员经常停留时可以取24～26℃。
图8-19 地板辐射采暖的热流分布
图8-19 地板辐射采暖的热流分布
低温地板辐射采暖设计的大致步骤:
1)选定铺设盘管的地板面积;
2)确定加热地板表面的热流密度q;
3)计算加热地板表面温度;
4)选定地板铺设的结构形式、盘管尺寸和布置、盘管背面的保温;
5)求给定进水温度条件下的散热量、出水温度
6)比较5)计算得到的热流和设计要求的热流密度2);
7)提出进水温度要求或改变结构设计4)。
4.地热地板辐射供热的系统设计
地热地板辐射供暖的供水系统可如图8-20式设计,分水干管和集水干管上并联连接不同的地板盘管,在入水管上必须安装水过滤器,地板内盘管可以采用不同方式排列,如图8-21所示。
选择加热盘管的材料应遵循安全可靠性、功能性、经济性和易维护性为原则。为了提高盘管的安全性,材料应具有耐腐蚀、易于弯曲、耐温耐压,在功能性上应具有导热系数较高、低热膨胀系数,同时要求价格合理、寿命长。由于地热水通常有腐蚀性,地板辐射盘管可以采用合成塑料管,但系统内水的压力不宜过高,一般试验压力不超过0.6MPa。
图8-20 地板辐射采暖的供水系统
图8-20 地板辐射采暖的供水系统
图8-21 地板辐射采暖盘管排列方式
图8-21 地板辐射采暖盘管排列方式
