低温热水地板辐射采暖技术的应用研究

   
    一 引言
   
    低温地板辐射采暖在国内主要用于大型公建的大堂，室内游泳池的地面等场所，用于住宅较少。最近几年，随着单户独立燃气炉的采用和分户热计量的需要，低温地板辐射采暖系统得到了很多开发商的青睐，在住宅在开始大面积的推广使用。
    为了进一步了解低温地板辐射采暖/系统热工性能及其供热的基本规律，我们结合北京市一座新建高层住宅楼工程，对该系统进行了一些研究、分析和实测，使工作更加深入一些，以期在国内其它工程研究的基础上所有提高。
   
    二 工程介绍
   
    该建筑为一幢二十二层的塔式高层住宅，地上二十二层，地下两层。建筑面积16845m2，建筑高度63.5m。为满足地板辐射采暖的要求，建筑层高为2.8m。本楼为集中采暖，热源为小区内的热力站，为本楼设置单独的热交换器和循环泵，形成独立的采暖系统。采暖的设计供回水温度为55/45℃，连续采暖。本楼的供热方式除楼梯间为铸铁散热器采暖外，其余均采用低温地板辐射采暖。供回水立管和分、集水器均设于每户的厨房中。地板辐射采暖的管材选用交联聚乙烯管（PC-X）。考虑到系统的承压问题，首层至三层的管材采用交联铝塑复合管（XPAP）。
    为满足分户热计量的需要，减少对下一层的散热，每层均设保温层。根据采暖管道敷设的要求，本楼的地面垫层厚度为110mm，其中包括保温层、豆石混凝土层、水泥砂浆找平层和装饰面层。为了试验地面不设保温层时，对楼板结构的温度影响，以及了解向上和向下传热的情况，个别房间未设保温层。
    本住宅楼的采暖室内设计温度为20℃，根据北京市《低温地板辐射采暖应用技术规程》中供暖热负荷计算宜将室内温度降低2℃计算，故进行采暖负荷计算时室内设计温度按18℃计算，顶层西北角房间按16℃计算。本设计地板散热量适当考虑家具的遮挡因素，家具对地板面积遮挡的有效面积系数按20%-30%考虑，面积小的房间取较大值，面积大的房间取较小值。
   
    三 测试报告
   
    1 测试方案和测试项目
    A 测试项目
    （1）地板和墙面辐射采暖构造层内的各点温度情况。
    （2）地板辐射采暖构造层中有无保温层对向上、向下的热流的影响程度。
    （3）室内竖向空气温度分布。
    （4）室内人体实感温度（包括室内各非加热面的壁面温度和室温）
    （5）最不利房间热舒适性。
   
    B测试方案
    （1）选择6层和8层东南角的相同位置的作为地板辐射采暖的对比房间，测试项目为（1）～（4）项：选择22层西北
    角房间作为（5）～（6）项的测试房间：6层西面房间作为墙面采暖的测试房间。
    （2）在6层和8层东南角房间，分别埋设热电偶，用于测试地板辐射采暖各层的温度分布。在铺设完管道层后，预埋
    了管道周围的热电偶。
    （3）如图3.1.3所示，在6层和8层布置热电偶和热流片，用于测试地板辐射采暖向上和向下的热流。
    （4）在8层的测试房间墙壁和顶板上布置外带测头的RHLOG-Ⅱ型温度自计仪测量房间各个非加热面的壁面温度，用于
    确定地板辐射采暖的实感温度。
    （5）在6、8层和22层的测试房间如图1所示布置RHLOG-Ⅱ型温度自计仪测量房间的竖向空气温度分布鞋。
    （6）测量最不利房间22层测试房间的热舒适性。
   
    图1
   
    2 测试结果
    由于工程交工时间的关系，第一次测试从2001年1月18日开始，共分为三个阶段进行，分别选择在严寒中、中寒、微寒。室内外温度用RHLOG-Ⅱ型温度自计仪测试，可按照上述方案进行连续测试。室外温度曲线如图2所示。
   
    图2 室外温度
   
    （1）地板辐射采暖各层温度情况
    6层不低温地板辐射采暖的各层温度变化，如图3所示，8层低温地板辐射采暖的各层温度变化，发图4所示。

    （2）地板辐射构造层有无保温层的向上和向下热流对比
   
    图5 六层地面热流
   
   
    图6 八层地面热流
   
    （3）室内竖向空气温度分布

    （4）室内人体实感温度
    根据八层南向房间内表面温度测量值计算实感温度，计算结果如图8所示。
    从图8中可看出，人体实感温度比室内空气温度略高，这是辐射采暖方式优于一般对流采暖方式的特点之一。
   
    图8
   
    （5）最不利房间的热舒适性
    1月7日对22层测试房间2进行热舒适性测试，采用丹麦生产的B&K1213多用气象仪，测量室内干球温度、相对湿度、水蒸气及室内风速等参数。采用黑球温度计测量室内黑球温度，用于平均辐射温度的计算。室内热舒适性的评价按照国际标准ISO-7730和国家标准GB/T18049-2000是用PMV和PPD指数来描述的。
    2月17日上午10：00至11：00对22层测试房间2进行了3组热舒适测试，并根据所测数据对PMV和PPD进行了计算，其中PMV为-0.2～0.1,PPD为5.1～5.5。可以看出，本测试房间的热舒适性是满足国际标准的。
   
    四 分析与讨论
   
    1 地板辐射采暖的舒适性
    对顶层（22）层北向房间进行热舒适测试，在室温为21℃左右时，其舒适度满足国际标准的要求。由于条件所限，未能测试其它室温下的情况，因此，不能涵盖所有情况。
    对八层南向房间各内表面温度的测定，内表面温度高于室内空气温度，这是地板辐射采暖的特点，也是热舒适的原因之
    一。
    室内空气温度分布规律与以往资料介绍的规律不同（顶层符合一般规律）。一般单层采用地板辐射采暖时，采暖房间空气温度分布为下高上低，这是形成地板辐射采暖舒适的主要原因。本住宅楼每层均为地板辐射采暖，由于散热向上向下同时传
    热，使下层顶板温度升高，因而空气温度分布不理想，看来有必要对中间层进行热舒适测试。上述现象也说明了，散热管下设保温层是必要的，这不但有利于分户热量计量，而且还可提高室内的舒适度。
   
    2 地板辐射采暖散热管向上、向下的散热量比例
    由于地板表面测试的不均匀性以及用热流片测量热流时的干扰因素较多，按本次测试方案，无法得出地板辐射采暖向上、向下的散热量比例。
   
    3 地板辐射采暖的节能性
    实感温度比室内空气温度高，是地板辐射采暖比其它采暖方式节能的原因。本次测试房间的实感温度与空气温度差约为0.5℃，与一般资料中介绍的温差为1.5～2.0℃相比是较小的。因为只是测试了一个房间的参数，测试结果尚不能作为定论。
   
    4 地板辐射采暖的安全性
    地板内散热直接铺设在楼板结构上时，不会对楼板造成损害。实测散热管外壁温度不超过45℃，设计供水温度（供水管
    内）为55℃，温度均较低。但楼板上不设保温层在其它方面很不利，一般就设保温层。当有保温层时，楼板结构层上皮（保温层下皮）温度均未超过30℃，比夏季室内空气温度还低。
   
    五 结论
   
    本文通过对北京市一座新建住宅楼的低温地板辐射采暖系统现场实测，对该系统的地板和墙面辐射采暖构造层内的各点温度计情况、地板辐射采暖构造层中有无保温层对向上、向下的热流的影响程度、室内竖向空气温度分布室内人体实感受温度（包括室内各非加热面的壁面温度和室温）、最不利房间的热舒适性等方面进行了分析研究。根据分析结果，得出了该系统在舒适性、节能性等方面的一些结论，说明低温地板辐射采暖是具有较为突出的特点的，对该系统的应用性还有待于做进一步的研究。本课题对于该系统住宅中大面积的推广使用具有一定的借鉴作用，同时对该系统在实际工程设计中的具体应用具有指导意义。
   
   
    参考文献
   
    1 International Standard (ISO)7726,Thermal environment-Instrument and methods for measuring physical quantities.
    2 GB/T18049-2000，中等温度的热环境PMV和PPD指数的确定及热舒适条件的规定
    3 DBJ/T 01-49-2000，低温地板辐射采暖应用技术规程
    4 王荣光，张纯安 地板辐射采暖的设计及简化计算