室内地板辐射供暖系统间歇运行的性能分析

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1、室内地板辐射供暖系统间歇运行的性能分析PerformanceAnalysisofIntermittentOperationoftheRadiantFloorHeatingSystem　　提要建立了地板辐射供暖系统不稳定供暖过程的数学模型，通过数值模拟，用数值计算的方法计算了间歇供暖条件下，达到室内要求温度所需的预热量与预热时间的关系，指出地板辐射供暖系统的应用局限性。　　　　关键词：地板辐射供暖数值模拟间歇供暖预热时间一引言　　　　地板辐射供暖系统是一种减少建筑物能耗、提高热舒适性的理想供暖系统。从20世纪70年代起，地板辐射供暖就在北美、北欧及韩国等发达

2、国家得到了广泛的应用。但是仍有一些场所如采用分户独立式热源的别墅、高级公寓等仍采用散热器取暖。这主要是因为地板辐射供暖系统本身所特有的物理性能，限制了它的应用范围。　　低温地板辐射供暖的热源主要来源于城市热网集中供热，区域锅炉供热及家用小型燃气炉供热。对于城市热网集中供热系统，通常情况下为连续运行，故设计地板供暖系统时，按连续采暖设计。但是对于采用区域锅炉及家用小型燃气炉供热的一般住宅，考虑到居民的作息条件等因素，地板供暖系统按间歇供暖考虑[1]，辐射采暖的热负荷就需要考虑一个间歇附加值。本文以目前常用的双回型塑料管布置方式的混凝土低温地板辐射供暖系统为研

3、究对象，根据其加热过程的传热机理，用数值分析的方法对系统运行的全过程进行了动态仿真。在此基础上，对低温地板辐射供暖系统的间歇供暖特性作了深入的探讨和研究，为人们进一步认识地板辐射供暖系统的应用范围提供了依据。　　二传热模型的建立　　　　1低温地板辐射供暖的构造　　低温地板辐射供暖的构造如下：在建筑物的地面结构层做完后，首先铺设高效保温材料，其目的是保温和隔热，而后将能水管用特殊方式双向循环，按一定间距固定在保温材料上，最后回填豆石混凝土，然后再做地面层。其结构示意图如图1所示：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1平板内部

4、结构图　　　　低温地板辐射供暖系统供水盘管双回型布置方式如图2所示。该布置方式的特点是：　　人经过板面中心点的任何一个剖面上看，都是高温管和低温管间隔布置，易于造成"均化"效果。故可认为流经塑料管的热水散发的热量为一均匀热量值Q（2/℃)；ac为对流换热系数，2/℃)；at为辐射换热系数，2/℃)。一般供暖条件下，平均辐射和对流换热系数分别为6.22/℃)和4.32/℃)，故地板表面的综合换热系数为10.52/℃)。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3　平板传热模型　　　　本文传热模型的建立如图3

5、所示，在间歇供暖过程中，地板辐射采暖的加热过程为一个不稳定的导热过程，可分两部分考虑。首先，供水盘管所散发的热量Q一部分被豆石混凝土本身所吸收，用于提高豆石混凝土本身的温度，另一部分热量通过地板表面与房间的空气进行对流换热，用于提高室内温度。为计算简便近似认为从时刻i到i+1，其能量平衡式为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）　　其次,通过地板表面对流换热所得到的热量主要用于如下作用,第一,空气和墙体本身吸收一部分热量,增加了空气和墙体本身的内能(因为玻璃的比热容积很小，

6、故窗户内能的变化基本可忽略不记)，提高室内空气和墙体的温度。第二，由于室外温度低于室内温度，一部分热量通过维护结构将热量传到室外。则从时刻i到i+1，由地板表面向室内所散发的热量为室内向室外的传热量与室内空气及围护结构所吸收的热量之和，即　　　　　　　(3)　　式中，Q为供水盘管所散发的热量，*4.4m*2.8m，外墙墙体为370mm厚的砖墙，窗户采用铝合金塑钢窗，窗面积为2.1m2。地面构造层如图1所示，可认为豆石混凝土层的平均厚度为70mm.三数值求解以及结果分析　　　　本文采用数值计算的方法求其数值解。并在已编程序的基础上，针对低温地板辐射供暖系统在

7、间歇运行过程中较为重要的系统预热量、预热时间和排管间距等因素之间的关系作了进一步的研究，为人们进一步认识该类系统及在实际工程中的应用提供了依据。　　　　1　关于预热量与预热时间的研究　　低温地板辐射供暖系统的特性之一就是预热时间长，因此由开始运行到达到设计温度所需要的时间是评价其性能的一个重要参数。本文分别计算了排管间距为225m，不同的预热量下所需要的时间及一定时间内达到；要求的温度所需要的预热量。　　图3表示室内空气由5℃加热到18℃时所需的加热量与时间的对应关系。该图直观地表现出加热量与时间的关系：随着加热量的增大，所需要的时间随之减少，加热量与时间

8、成反比关系。当室内温度由5升高到18℃，若加热量为系统达到平衡时所