低温地板辐射供暖室内温度参数分析

1、低温地板辐射供暖室内温度参数分析 摘要 分析了低温地板辐射供暖房间热负荷计算、设备散热量计算和热环境评价中涉及的室内温度参数，分别建立了这三种计算中涉及的室内温度参数与室内空气温度的联系。关键词 辐射换热 室内空气温度 平均辐射温度中图分类码：TU832.02 文献标识码：A0 供暖工程设计的目的在于通过供暖系统提供与热负荷对应的散热量，达到室内热环境要求。对流供暖房间热负荷计算、设备散热量计算和热环境评价的室内温度参数都可近似地统一为室内空气温度。而在低温辐射地板供暖中，这三种计算都涉及房间各内表面温度，不能简单地以室内空气温度作为计算依据。其中地板散热量计算涉及地板以外的其他内表面温度；外

2、围护结构传热量计算涉及外围护结构内表面温度和地板温度；室内温度评价涉及室内所有内表面的辐射温度。若要在计算中全面地考虑辐射和对流两种热作用，不但计算复杂，还存在三种计算表面辐射温度不统一的问题。为了便于低温地板辐射供暖设计计算，需要建立三种计算中涉及的室内温度参数之间的联系，使设计计算过程参数与室内热环境控制目标参数统一起来。1 供暖建筑室内热环境评价温度指标影响室内热环境的主要因素包括六个：室内空气平均温度、气流速度、空气湿度、平均辐射温度、人体活动水平和衣着因素，其中前四个为环境因素，后两个为人体因素。目前能将此六项全部考虑入内的热舒适指标是标准有效温度。若只考虑四个环境因素，则一般采用新

3、有效温度。在住宅供暖房间室内气流速度和空气湿度相对稳定，其对人体热舒适的影响可认为相对恒定，因此影响热舒适的主要环境因素为空气平均温度和平均辐射温度。这两个因素可以综合成一个温度指标，即操作温度to，定义如下： （1）式中，、：分别为平均辐射温度和空气温度，；、：人体与周围表面的辐射换热系数和对流换热系数，根据文献1提供的计算式， 3.9W/(m2·)，3.8W/(m2·)。其中，平均辐射温度的计算涉及各内表面温度和人体与室内各表面的角系数。 （2） 式2可简化为： （3）式中：室内各表面温度，；：人体与室内各表面的角系数。2的研究，式2对工程应用已有足够的精度。以上计算中

4、的值与人体表面积、人在室内的位置、各可见内表面的面积等有关，3给出了对应的计算图表，但计算仍很复杂。为进一步简化，有人也用所有内表面的面积加权平均温度代替平均辐射温度。 （4）式中，Fi：室内各可见内表面面积，m2。在对流散热供暖建筑中，散热设备主要影响室内空气温度，人体热舒适主要受室内空气与人体对流换热影响，操作温度的变化主要由室内空气温度决定。因此在对流供暖系统设计中采用室内空气温度为设计参数和评价参数是可行的。在辐射供暖建筑中，对流、辐射两种作用都存在，应采用操作温度作为热环境评价指标，因此需要确定室内空气温度和平均辐射温度两个参数。2 供暖设计中的室内温度参数2.1 热负荷计算中的室内

5、温度参数供暖房间热负荷包括通过围护结构本体的传热和通过洞口、缝隙的换热。其中，无论是对流供暖还是辐射供暖，影响通过洞口、缝隙的换热的室内温度因素都是室内空气温度，可采用室内空气温度作为供暖热负荷计算室内热环境指标。通过外围护结构本体的传热量与外围护结构面积、外围护结构传热系数和室内、外供暖计算温度有关。在对流供暖设计中，一般把外围护结构内表面上的对流换热和辐射换热都综合到内表面换热系数中，因外围护结构按稳定传热考虑，各内围护结构表面温度与室内空气温度相等，室内供暖计算温度可统一取室内空气温度。文献4指出：在同等舒适条件下，地板辐射供暖热负荷计算时室内计算温度应比对流供暖低2，热负荷仍可按对流供

6、暖计算；或取对流供暖热设计负荷的90%95%。此处提到的室内计算温度为室内空气温度。实际上，地板辐射供暖的地板温度明显高于其他内围护结构，而热负荷仍室内空气温度按计算，将少计入地板与外围护结构内表面的附加辐射换热增量： （5）式中，Td、 Twn：地板平均温度和外围护结构内表面温度，；：地板对外围护结构内表面的辐射角系数。2.2 地板散热量计算中的室内温度参数对流供暖散热设备面积较小且多有遮挡，其向室内散热以对流换热为主，其室内温度计算参数可采用室内空气温度，即室内供暖计算温度。在低温地板辐射供暖中，地板向室内散热包括对流和辐射两部分。文献4指出：对流换热部分室内温度参数采用室内供暖计算温度；

7、辐射换热部分按下式计算： （6）式中，Tr：非加热表面的面积加权平均温度，K，可按下式计算： （7）式中，F j、 Tj：室内各非加热表面面积和温度，m2 、K。在有些研究中也称Tr为平均辐射温度。但应指出，此处的Tr与不同，前者是室内非加热表面的面积对地板的平均辐射温度，后者为包括地板在内的所有表面对人体的平均辐射温度。可见，利用文献4的计算方法计算地板散热量，必须有两个室内温度计算参数，而这两个计算参数与室内热环境评价参数并不一致。3 几种室内温度参数的关系分析综上所述，在低温地板辐射供暖建筑室内热环境设计与评价中除了要考虑室内空气温度以外，还分别涉及了地板温度、外围护结构内表面温度，以及

8、和Tr两种平均辐射温度。这两个平均辐射温度的计算涉及的内表面各不相同；且除了地板表面温度外，其他表面温度在工程设计中一般不予计算，造成其应用困难。3.1 地板温度在低温地板辐射供暖地板散热量计算和热环境评价中，地板温度已知。在房间热负荷中地板温度尚为未知，但因居住建筑低温地板辐射供暖要求地板表面温度必须在某一范围内，可在此范围选一个代表值估算。文献4规定：在人员经常停留区低温辐射地板平均温度范围为2426，住宅建筑中室内各处一般都为人员经常停留区，所以在热负荷计算时近似地取地板平均温度为25。3.2 外围护结构内表面温度供暖建筑围护结构按稳定传热计算，可近似认为内围护结构表面温度等于室内空气温

9、度。外围护结构内表面温度可利用材料层热阻由室内外温差估算： （8）式中，Rn、 R0：外围护结构总热阻和内表面热阻，m2·/W；tn：室内温度，有tnta，所以： （9）利用9式对各地建筑大量计算，各外围护结构内表面温度与室内空气温度的关系总结于表1。表1 各外围护结构内表面温度与室内空气温度的关系外围护结构外墙外窗屋顶外墙带窗温度/ta (23)ta (78)ta (11.5)ta (34)注：带外窗的外墙温度是根据文献5对窗墙面积比的规定，按面积加权求平均温度后得出根据表1中数据，当确定了室内空气温度计算指标后，可利用式5计算热负荷计算中的附加辐射换热增量。根据文献6研究，因低温

10、辐射地板存在向下传热，其下表面温度一般为2022。3.3 平均辐射温度利用以上估算值，对进深3.6m，开间3.0m，层高2.7m的典型房间在几种布置方式下，分别用式4、式7计算、 Tr。计算值与空气温度比较见表2。表2 两种平均辐射温度与空气温度比较 位置温度 /开间一面带窗外墙开间一面带窗外墙+进深一面外墙开间、进深各一面带窗外墙ta=18- ta0.6/1.40.2/1.00/0.8Tr- ta-0.9/0.1-1.4/-0.4-1.6/-0.6ta=16- ta1.0/2.30.6/2.00.4/1.8Tr- ta-0.9/0.1-1.4/-0.4-1.6/-0.6注：/前为顶楼层数据，

11、/后为中间楼层数据。 房间各表面对地板的平均辐射温度由计算可知：在典型低温地板辐射供暖房间内，房间各表面对地板的平均辐射温度Tr比空气温度低01.5，并随外围护结构面数减少而降低，外围护结构面数对Tr的影响见表3：表3 Tr与外围护结构面数近似关系外围护结构面数123Tr- ta /0-0.5-1.5 房间各表面对人体的平均辐射温度由表2还可总结得出：在典型低温地板辐射供暖房间内，房间各表面对人体的平均辐射温度比空气温度高02.3，当外围护结构少时平均辐射温度高。外围护结构面数对的影响如表4所示：表4 与外围护结构面数近似关系外围护结构面数123- ta /2.02.50.82.000.83.

12、4 房间操作温度将表2中的数据代入式1计算房间操作温度，结果见表5。表5 房间操作温度与室内空气温度的关系位置温度/开间一面带窗外墙开间一面带窗外墙+进深一面外墙开间、进深各一面带窗外墙ta=1818.3/18.718.1/18.518.0/18.4ta=1616.5/17.216.3/17.016.2/16.9注：/前为顶楼层数据，/后为中间楼层数据。由表5可见，由于低温地板辐射供暖房间各表面对人体的平均辐射温度比空气温度高，房间操作温度也比空气温度高01，其值随外围护结构减少而操作温度温度增大。4 结论在低温地板辐射供暖设计和热环境评价中，可以室内空气温度为设计依据；但在计算中应充分考虑由

13、于辐射换热作用，辐射换热涉及的其他室内参数与空气温度的关系可总结如下：（1）在热辐射计算中应考虑地板与外围护结构内表面的附加辐射换热增量，可按式5计算，其中涉及的外围护结构内表面参数与室内空气温度的关系可参考表2。（2）在地板散热量计算中，房间各表面对地板的平均辐射温度随外围护结构面数减少而降低，其与室内空气温度的关系可参考表4。（3）低温地板辐射供暖房间各表面对人体的平均辐射温度比空气温度高，因此，操作温度也比空气温度高，其值随外围护结构减少而操作温度随之增大。参考资料：1 BjØrn kavisgaardOperative Temperature Measured by Elli

14、psoid-shaped SensorMeasuring equipment and techniques(No.3)2002B. 2 B.W.Olesen etc.Heat Exchange Coefficient Between Floor Surface and Space bay Flooring Cooling-Theory of a Question DefinitionASHREA Trans. 2000，DA-00-8-2：684-6943 L.N.Kalisperis , ect.AUTOMATED DESIGN OF RADIANT HEATING SYSTEMS BASE

15、D ON MRASHREA Trans. 1990，AT-90-20-4：1288-12954 JGJ142-2004 地面辐射供暖技术规程5 JGJ26-95 民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）6 刘艳峰地板供暖设计与运行基础理论研究： 博士学位论文 西安建筑科技大学，2004低温地板辐射供暖室内温度参数分析西安建筑科技大学 刘艳峰 鱼亚丽关键词 辐射换热 室内空气温度 平均辐射温度本文考虑在对流供暖房间热负荷计算、设备散热量计算和热环境评价时其室内温度参数都可近似地统一为室内空气温度，但在低温辐射地板供暖中，这三种计算都涉及房间各内表面温度(其中地板散热量计算涉及地板以外的其他内表面

16、温度；外围护结构传热量计算涉及外围护结构内表面温度和地板温度；室内温度评价涉及室内所有内表面的辐射温度)，不能简单地以室内空气温度作为计算依据。鉴于若要在计算中全面地考虑辐射和对流两种热作用，不但计算复杂，还存在三种计算表面辐射温度不统一的问题，本文通过对各地建筑大量计算，得出了各外围护结构内表面温度与室内空气温度的关系；进而通过对典型建筑的计算，得出两种辐射温度与室内空气温度的关系，并总结出平均辐射温度与空气温度之差随建筑不同形式的变化值，从而建立了三种计算中涉及的室内温度参数之间的联系，使设计计算过程参数与室内热环境控制目标参数统一起来。工程人员及研究人员可将本文所得结论作为设计及理论研究时低温辐射地板供暖中各种室内温度计算的参考。本文的结论以各地建筑大量的计算为基础，并利用典型建筑为背景计算。所做的主要工作及得出结论有：利用各外围护结构内表面温度与室内空气温度间关系的估算值，确定室内空气温度计算指标后，对进深3.6m，开间3.0m，层高2.7m的典型房间在几种布置方式(开间一面带窗外墙；开间一面带窗外墙+进深一面外墙；开间、进深各一面带窗外墙)下，计算、 。计算值与空气温度比较可知房间各表面对地板的平均辐射温度Tr比空气温