導(dǎo)語：冷暖地板管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：建立了冷暖地板換熱的數(shù)理模型，分析了盤管內(nèi)水與管壁、盤管管壁與地板表面、地板表面與房間的換熱過程，形成了地板表面換熱能力與表面溫度的計(jì)算方法。綜述地板供暖的節(jié)能性、舒適性、適用場(chǎng)合以及用于夏季的地板供冷系統(tǒng)的主要特性。

關(guān)鍵詞：地板供暖傳熱過程舒適地板供冷

1引言

現(xiàn)代的建筑節(jié)能技術(shù)已從單純地抑制需求，降低熱舒適性，發(fā)展成為提高能量利用率，用最少的能量最大限度地滿足人們迅速增長的健康和舒適的需求；并提出了能源需求側(cè)管理技術(shù)（DSM），即以日益增長的需求為目標(biāo)，用最小的能源消費(fèi)代價(jià)來取得最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，使建筑節(jié)能技術(shù)步入可持續(xù)發(fā)展的軌道。冷暖地板輻射式采暖系統(tǒng)就是屬于DSM技術(shù)中的一種[1]。冷暖地板可提高供冷時(shí)的冷水溫度，降低供熱時(shí)的熱水溫度，因而有利于利用天然的低品位的冷熱源供冷供熱。用它作為地下蓄能系統(tǒng)冷熱聯(lián)供的室內(nèi)換熱裝置，能提高系統(tǒng)的能效比。

為了進(jìn)一步推廣這一技術(shù)，有關(guān)研究部門對(duì)于地板供暖的節(jié)能性、舒適性和適用建筑類型等進(jìn)行了深入的理論研究。近年來，又開始研究、推廣地板供暖系統(tǒng)用于夏季降溫，并取得了一定成效。

2冷暖地板換熱模型

冷暖地板換熱過程可分解為3個(gè)階段。第1階段，盤管內(nèi)水與管壁的換熱;第2階段，盤管壁通過覆蓋找平層、表面裝飾層與地板表面的換熱；第3階段，地板表面與房間的換熱[3]。

2.1盤管內(nèi)水與管壁的換熱

盤管內(nèi)水與管壁的換熱屬于管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱，為簡化。按常壁溫處理。換熱量Q用下式計(jì)算：

Q1=αF△tm（1）

式中α為管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，W/（m2·℃）；Fd為管壁面積，㎡；△tm為對(duì)數(shù)平均換熱溫差，℃，

△tm=（tf2-tf1）/ln[（tb-tf1）/（tb-tf2）]（2）

式中tb為管壁溫度，℃；tf2，tf1分別為進(jìn)出水溫度，℃。取水的特性溫度tma為

tma=tb±△tm（正為通熱水、負(fù)為通冷水）（3）

按tma確定水的物性參數(shù)運(yùn)動(dòng)粘度ν、導(dǎo)熱系數(shù)λ、普朗特?cái)?shù)Pr、密度ρ、比熱容c等，計(jì)算雷諾數(shù)Re、管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)αd，

Re=ud/ν（4）

ad=Nuλ/d（5）

式中u為管內(nèi)水流速度，m/s；d為管徑，m，Nu為努謝爾特?cái)?shù)，按下式計(jì)算：

式中L為盤管長度，m：Prb為按管壁溫度查取的水的普朗特?cái)?shù)。

水經(jīng)過盤管后自身熱焓變化量為

Q1′=cm（tf2-tf1）（7）

式中m為管內(nèi)水的質(zhì)量流量，kg/s。

由能量守恒有：

Q1=Q1′（8）

2.2管壁與地板表面的換熱

管壁經(jīng)覆蓋找平層、裝飾層與地板表面的換熱屬于導(dǎo)熱換熱。可用下列二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程求解換熱量Q2：

(9)

求解的邊界條件是管壁溫度tb和地板表面溫度tw1。

2.3地板表面與房間的換熱

地板表面與房間的換熱包括輻射與對(duì)流兩部分。為了計(jì)算地板表面與房間的輻射換熱，建立“地板環(huán)境平均輻射溫度”的概念。地板環(huán)境平均輻射溫度tr′是與地板進(jìn)行輻射換熱的各表面溫度的加權(quán)平均值，即

tr′=（10）

式中Fi為除地板面積F1以外的室內(nèi)表面i的面積，m2；twi為表面i溫度。

地板F1與其它所有表面F2構(gòu)成封閉的輻射換熱空間，輻射換熱Qr可用下式計(jì)算：

Qr=（11）

式中σb為斯蒂芬一波耳茲曼常數(shù)，又稱黑體輻射常數(shù)，σb=5.67×108W/(m2·K4)；Tw1,ε1分別是地板表面熱力學(xué)溫度和表面發(fā)射率；Tr，ε2分別是室內(nèi)其它表面的熱力學(xué)溫度和表面發(fā)射率。

地板與室內(nèi)空氣的換熱，若忽略人員設(shè)備對(duì)空氣的擾動(dòng)，可視為自然對(duì)流換熱。夏季為冷面朝上的冷地板；冬季是熱面朝上的熱地板。計(jì)算自然對(duì)流換熱，先確定努謝爾特?cái)?shù)Nu，

Nu=C（Gr·Pr）n（12）

式中Gr是格拉曉夫數(shù)；C，n為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，

對(duì)于冷地板，C=0.58，n=1/5（Gr·Pr=105~1011）

對(duì)于熱地板，C=0.54，n=1/4（Gr·Pr=2×104~8×106）

C=0.15，n=1/3（Gr·Pr=8×106~1011）

地板表面對(duì)流換熱系數(shù)αL，

αL=Nuλ/L（13）

式中λ為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；L為特征尺寸，m。對(duì)冷地板，L為地板兩鄰邊邊長的平均值；對(duì)熱地板，L為面積與周長之比。地板表面與房間空氣的對(duì)流換熱量Qc為：

Qc=αL（tf1-ta）F1（14）

式中ta為室內(nèi)氣溫，℃。

地板表面與房間空氣的對(duì)流換熱熱量Q3為：

Q3=Qr+Qc（15）

通過上述公式的計(jì)算顯示，在各因素中，地板環(huán)境平均輻射溫度Tr對(duì)房間冷（熱）負(fù)荷影響最大，在常溫下Tr降低或升高1℃，冷（熱）負(fù)荷將增加或減少5﹪以上，人體表面也是以復(fù)合換熱的方式散熱的，在這樣的環(huán)境下工作，當(dāng)為同一室溫時(shí)，冬季tw﹥ta使人獲得比較多的輻射熱量，而夏季tw﹤ta使人獲得比較多的輻射冷量，增強(qiáng)人體舒適感[5]

上述計(jì)算過程編成程序，即可在計(jì)算機(jī)上分析管徑、管間距、覆蓋層厚度等冷暖地板構(gòu)造參數(shù)，以及水溫、水量等遠(yuǎn)行參數(shù)對(duì)冷暖地板換熱量和表面溫度的影響，幫助冷暖地板設(shè)計(jì)和運(yùn)行的優(yōu)化。

通過水量和進(jìn)出水溫度，可將冷暖地板與地下蓄熱系統(tǒng)耦合起來，分析研究地下蓄熱系統(tǒng)冷熱聯(lián)供的動(dòng)態(tài)特性，優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。

3地板供暖的節(jié)能

地板供暖舒適性分析地板供暖除了節(jié)省房間有效面積、便于房屋裝修布置等優(yōu)點(diǎn)以外，最突出的特點(diǎn)就是其舒適性和節(jié)能性。

地板供暖系統(tǒng)采用的熱媒可用熱水、蒸汽、空氣和電，為了保證節(jié)能的需求，應(yīng)首選熱水，與建筑結(jié)構(gòu)結(jié)合的地板供暖系統(tǒng)，用熱水加熱時(shí)溫升慢，混凝土板不易出現(xiàn)裂縫，可采用集中質(zhì)調(diào)節(jié)；用蒸汽作熱媒時(shí)，溫升快，混凝土板易出現(xiàn)裂縫；用空氣作熱媒時(shí)，要將樓板內(nèi)的空腔作風(fēng)道，使建筑結(jié)構(gòu)厚度增加；用電加熱的輻射板，板面溫度容易控制，調(diào)節(jié)方便，但要消耗高品位電能，這將不符合可持續(xù)發(fā)展的思想。我國的節(jié)約能源法中指出，節(jié)能應(yīng)包括可再生能源和新能源的開發(fā)和利用。

在新疆地區(qū)的地板供暖系統(tǒng)中，多采用建設(shè)部推薦的無規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）管，采用這種管材最高供水溫度不宜高于55℃，故為其提供的熱源可以是廢熱和可再生能源的低品位熱能，我們將對(duì)地下水、太陽能、土壤熱量及熱泵進(jìn)行開發(fā)利用。又由于地板表面溫度低，落到地板的灰塵被烤糊升華而污染環(huán)境的可能性減少，室內(nèi)的潔凈度增高，環(huán)境衛(wèi)生條件優(yōu)越。

4地板供冷的應(yīng)用

地板供暖系統(tǒng)用于夏季降溫是容易想到的。50年代末，有關(guān)的概念已提出，主要是認(rèn)為，地板供冷采用輻射降溫為主，可以減少人體輻射散熱，提高對(duì)流和蒸發(fā)散熱以增強(qiáng)舒適感。

地板供冷技術(shù)一般認(rèn)為，地板供冷的冷水溫度應(yīng)控制在16~18℃，水溫太低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地面結(jié)露，同時(shí)會(huì)使腳部感覺不舒適。此時(shí)，依環(huán)境溫度的不同可使室溫降低3~5℃。在干燥的新疆地區(qū)，d=7g/kg干，tL=8.5℃，故水溫降低到13℃而不至于結(jié)露，此時(shí)降溫效果大大增強(qiáng)。無需配置其他空調(diào)手段，單用地板供冷就能滿足夏季舒適性的要求。由于地板溫度較低，使用這種系統(tǒng)需要對(duì)腳部保暖，經(jīng)測(cè)試對(duì)穿鞋者影響很小。

常用冷源有以下幾種：①新疆地區(qū)地下水約為12-18℃，可以用井水或地下水作為冷水，價(jià)格特別低廉。②熱泵，由于可制冷/熱，特別適合地板冷/暖系統(tǒng)，且使用可靠，80%以上的系統(tǒng)采用熱泵作冷源。大多用空氣/水熱泵，有時(shí)也使用水/水或制冷劑/水熱泵。③工藝過程中產(chǎn)生的溫度適合的水。[4]

5結(jié)論

本文建立的冷暖地板換熱數(shù)理模型，將冷暖地板換熱過程分解為3個(gè)階段。在此基礎(chǔ)上形成了冷暖地板換熱性能的分析方法。這一分析方法是按室內(nèi)空氣處于自然流動(dòng)狀態(tài)，與冷暖地板間的換熱為自然對(duì)流換熱處理的。還可以用于分析冷地板的舒適與衛(wèi)生、表面防結(jié)露、設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化等問題。[2]

地板供暖具有舒適、節(jié)能、維護(hù)使用簡便、壽命長、不占室內(nèi)面積等優(yōu)點(diǎn)，隨著建筑保溫程度的提高和管材質(zhì)量及施工水平的提高，使用日益廣泛。由于地板供暖系統(tǒng)與生活熱水往往使用同一熱源，可節(jié)省設(shè)備投資，有利于系統(tǒng)布置。對(duì)于新疆夏季不太炎熱、較為干燥的地區(qū)或僅要求一定程度降溫的場(chǎng)合，使用夏季地板供冷是適宜的。

參考文獻(xiàn)

1[匈]L.巴赫基，傅忠誠，等譯.房間的熱微氣候.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

2GB50176-93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)程1993.

3陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

4JGJ26-95民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）1996.

5章熙民.等.傳熱學(xué).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.