低温热水地板辐射供暖技术

低温热水地板辐射供暖技术

地板辐射供暖在中国北方建筑中常用。这是冬季供暖的一种常见方式。辐射供暖系统按热媒种类可分为低温热水式(水温<100℃)、高温热水式(水温≥100℃)、蒸汽式、电热式等。根据人体的舒适感及生理条件的要求,可以确定在人们居住的场所和活动的公共场合的地面表面的平均温度为24～32℃。因此,地板辐射供暖系统可以采用低温热水作为热媒,这样就可以利用太阳能热水器作为地板辐射供暖系统的热源。太阳能低温热水地板辐射供暖系统可分为两大部分,一部分是室内的地板辐射供暖部分,另一部分是室外的太阳能热水器部分。系统组成如图1所示。1低温热地板的原理和特点1.1辐射供暖系统低温热水地板辐射供暖是在地板或楼板上设置加热管形成辐射供暖系统,当热媒,即低温(45～60℃)热水在加热埋管中循环时,热量就可以通过加热埋管辐射到室内,从而达到冬季供暖的目的。1.2特征性1.2.1过热辐射作用地板低温辐射供暖以地板为散热面,通过热辐射作用加热室内物体及四周墙壁,使室内温度均匀、稳定,形成符合人们生活及生理活动温度条件的最佳室内环境。1.2.2实感温度的测定在地板辐射供暖中,热量主要以辐射方式传播,同时伴有对流传热。衡量地板辐射供暖效果通常以实感温度作为标准。实感温度标志着在辐射供暖的环境中,人或物体受辐射和对流换热综合作用时,以温度表现出来的实际感觉。实测证明,在人体舒适范围内,实感温度可以比室内环境温度高2～3℃。因此,在保持同样舒适感的前提下,地板辐射采暖的室内设计温度,可以比对流采暖降低2～3℃,房间热负荷相应减少,可节省供热能耗20%左右。1.2.3健康采用地板辐射供暖,可消除普通散热器积尘面灰尘飞扬的现象,保持室内的清新环境。2凝土结构的选择低温热水地板辐射供暖结构如图2所示。保温层的作用是减少热量向下传递,多用聚苯乙烯泡沫板作成。埋管层可采用木制地板结构或混凝土结构。覆盖层可有可无,当选用覆盖层(如地毯)时,会使辐射传热效率降低。加热埋管可选用塑料管或钢管。钢管虽然具有传热性好的优点,但同时也具有易结垢、易腐蚀、不便安装、使用寿命短等不足之处。因而,目前多采用耐高温、耐高压、耐老化、耐腐蚀的高柔韧性塑料管(如交联聚乙烯管)作为加热埋管,使用塑料软管可减少埋设部分的接头,且易于施工,能满足长期埋设辐射供暖的要求。3水器的安全越冬问题我国北方寒冷地区的冬季最低温度可达零下40℃,因此,选择太阳能热水器应考虑其安全越冬问题。目前国内生产的全玻璃真空管和热管式真空管已经解决了这个问题。鉴于热管式真空管的造价相对于全玻璃真空管的造价要高许多,考虑到系统的经济性,本文选择全玻璃真空管作为研究对象。4太阳能集热器面积根据采暖标准要求,将单位建筑面积供暖所需热量换算成一定温度范围的热水量,再通过热工计算,即可计算出太阳能集热器面积。现以位于沈阳市(北纬42°,东经123°)的某建筑物为例,说明计算过程。4.1采暖集水管理计算与常规采暖相比,低温地板辐射供暖的室内温度可降低2～3℃,所以单位建筑面积供暖指标可取较低值,即180kJ/(m2·h)。单位建筑面积采暖所需的小时循环热水流量为G=0.86Q/(Cp·ΔT)(1)式中:Q——单位建筑面积供暖热指标,kJ/(m2·h);Cp——水的定压比热容,4.18kJ/(kg·℃);ΔT——采暖供回水温度差,℃为满足人体的舒适感及生理条件的要求,以及结合全玻璃真空管在冬季的实际使用情况,确定采暖供水温度为50℃,回水温度为35℃,所以⊿ΔT=15℃。将有关数值代入式(1)得G=2.46kg/(m2·h)。4.2真空集热管的出水量及热性能参数全玻璃太阳能真空集热管的能量平衡方程(总集热量=有效太阳得热量-热量损失)为MCpΔT=ταHAa-ULΔTΔtAL(2)式中:M——单支真空集热管出水量,kg/d;Cp——水的定压比热容,4.18kJ/(kg·℃);ΔT——采暖供回水温差,℃;τ——真空集热管的太阳透射比;α——真空集热管涂层的太阳吸收比;H——太阳辐射量,kg/(m2·d);Aa——真空集热管的采光面积,m2;UL——真空集热管的热损系数,W/(m2·℃);Δt——累计辐射时间,h;AL——单支真空集热管散热面积,m2由式(2)得单支全玻璃真空集热管的出水量为M=(ταHAa-ULΔTΔtAL)/(Cp·ΔT)通过查阅气象资料,查得沈阳地区在采暖期的平均太阳辐射量H=9000kg/(m2·d)。同时,根据产品的生产厂家提供的有关资料,查得全玻璃真空集热管的热性能参数为τ=0.88,α=0.90,Aa=0.22m2,UL=0.9W/(m2·℃)(平均水温为45℃时)。沈阳地区采暖期的平均日照时间⊿Δt=8h,将有关数值代入式(3)得M=6.59kg/d。4.3计算太阳能集热器的面积根据M值,可求出1m2太阳能集热器的出水量为94kg/d,再根据G值计算出1m2太阳能集热器可满足4.77m2建筑面积的供暖需求。5辅助热源系统由于自然条件的限制,太阳能低温热水地板辐射供暖系统的供暖率仅为30%(冬季平均日照时间为8h),因此,该系统仅适用于学校、办公楼及某些公共场所。为保证全天候稳定供