辐射采暖在非采暖地区的应用

辐射供暖（冷）在夏热冬冷地区的应用研究高理福(西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010)摘要：通过对一个寒冷地区大型工程的地暖设计，并对其运行数据进行监测，其结果表明，低温地板辐射采暖在寒冷地区大高空间的使用，是完全可以满足其采暖要求。关键词低温地板辐射采暖大高空间直连机组中图分类号：TU832.1+6文献标识码：BLowTemperatureFloorRadiateSystemUsedAtBigAndHighSpaceInColdAreaGAOLi-Fu(SouthwestUniversityofCivilAndEngineeringArchitectureschool)Abstract:ByADesignOfLowTemperatureFloorRadiateSystemUsedInBigAndHighSpaceInColdArea,AndTheRunning-dateWasRecordedDuralingTheSystemAtRunning-time.ByTheRecordedRunning-date,WeCanGetTheConclusionIsThatThisSystemUsedInBigAndHighSpaceInColdAreaCanFulfilTheHeatingPurpose.Keywards:LowTemperatureFloorRadiateSystemBigAndHighSpaceDirect-connectionMachingSet引言随着我国经济的高速发展，人们物质生活水平的提高，对于居室环境的舒适性的要求也越来越高。在我国的五大气候设计分区中，由于历史问题，在严寒地区、寒冷地区均为采暖区，而在夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区则无特殊规定。因此，低温地板辐射采暖以其舒适、节能、卫生在我国采暖地区得到普遍的推广应用。在我国的建筑节能举措中，也将这种采暖方式作为一种节能措施在全国范围内推广，并制定了《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004）作为设计、施工的依据。而现目前而关于低温地板辐射采暖在寒冷地区的大、高空间的应用一直是悬而待决的问题。其主要原因是普遍认为在这些场所仅靠低温地板辐射采暖难以达到设计要求，或者是地面温度超标。因此，在众多的设计工程中，仅将这种采暖方式作为一种舒适性的辅助采暖方式，在室外气温较低（一般在－15℃以下）时还是采用两套系统（地暖和空调系统）共同运行来满足采暖需求。这无疑增加了系统投资和运行费用。本文作者在近十年的设计工作中，对低温地板辐射采暖在寒冷地区大、高空间的设计及施工作了一些尝试。以新疆一汽车展厅的设计施工为例来说明低温地板辐射采暖在寒冷地区大、高空间的应用。1工程概况工程名称：汽车展厅大厅工程地点：新疆乌鲁木齐市；工程所在地设计参数：冬季室外设计温度：－22℃，室内设计温度：18℃；建筑物结构：钢结构；建筑层数：内二层；建筑物高度：最高8米，一般6米；地暖部分建筑面积：2368m2；维护结构形式：大厅南、北、西面玻璃幕墙，屋面70EPS彩钢夹芯板，其余墙体为50EPS彩钢夹芯板。屋面只作防水层，无其它保温层；地面材质：地砖。建筑平面图见图1图1建筑平面图2工程采暖设计本工程负荷主要集中在大厅，其面积987m2，大厅正面的玻璃幕墙部分负荷集中，设计层高超过4米，负荷计算时综合考虑了层高附加和地暖负荷的修正[1]。计算负荷为116.4KW。平均单位负荷约120W/m2。沿玻璃幕6米进深的负荷约在220W/m2。2.1结构层设计工程设计中采用了30mm，容重22Kg/m3的EPS板作为保温层，边角布置边角保温。为防止地面龟裂，大厅地面每隔6.6米设置膨胀缝。填充层厚度60mm，展厅部分需要承重，在填充层中设φ3100×100双向钢丝网。一层地面铺设一层聚乙烯防潮层防潮。结构层设计如图2。图2结构层剖面图2.2环路设计设计时，供/回水温度按55/45℃考虑。根据负荷分布情况，环路设计采用了4种管间距。展厅大门负荷最大，沿大门进深6.6米按100mm管间距设计；沿玻璃幕墙进深6.6米按150mm管间距设计；展厅其余部分（除办公区域）为200mm间距。办公部分负荷最小，管间距设计为250mm。环路设计分别见图3、图4、图5、图6。图3展厅入口环路图图4玻璃幕墙部位环路图图5展厅中部位环路图图6办公部位环路图从设计管间距来看，展厅大门和玻璃幕墙正面部分即使使用最小管间距仍然无法满足设计要求，按设计参数考虑（供/回水温度55/45℃；室温18℃；石材地面）100mm的管间距仅能提供155W/m2的散热量；150mm的管间距仅能提供151W/m2的散热量[2]。设计环路无法满足设计要求，但在运行调控中可以加以解决。参见本文的运行控制部分。2.3换热机组设计由于地暖环路采用最小管间距仍无法满足设计要求，因此，换热机组的设计成为设计能否达到设计要求的关键所在。在本设计中，采用了直联混水机组。这是首次在地暖换热机组中采用这种装置。其工作原理图如图7所示。图7直连机组原理图机组的工作原理是：置于供水管上的温度传感器将供水温度信号传输到PLC控制器，与PLC控制器的设定的供水温度值进行比较，由PLC控制器根据信号差值的大小控制电动三通调节阀调节供/回水的比例，保证供水温度的恒定；供水管上的流量传感器将供水流量信号传输给变频控制器，与变频控制器设定的流量值进行比较，由变频控制器根据信号差值的大小控制循环水泵的运行，保证流量的恒定。PLC控制器和变频控制器的设定值可以在一定范围内任意设定，可以保证整个供暖期对供水温度/流量的合理调节。3系统运行调控及监测3.1运行监测数据该系统于2003年冬季投入使用，在整个冬季我们对该系统的运行控制进行了监测，室外温度测量采用WSS－411双金属温度计；室内空气温度采用WNG－01金属套管玻璃温度计；地面温度测定采用SWK－2型数字式点温计。测点的布置如图8、图9所示。图8地面温度测点分布图图9空气温度测点分布图其运行数据及监测结果表1、表2：表1室内空气温度分布监测数据时间室外气温（℃）供水温度（℃）各监测点空气温度（℃）12345678903/11/20天气晴09:00am－8351918201920.5191818.51614:00pm－635191920.52120.52119201622:00pm－103517151816.5191817151503/12/12天气晴09:00am－104520182120211919181614:00pm－74522222323222120191822:00pm－174518171918191818191704/01/15天气雪09:00am－156020182218221821181914:00pm－76021212222212121111922:00pm－206018172018201919181604/03/15天气晴09:00am－64018171917191818171714:00pm－14020212121202119191822:00pm－1040191820191918191816注：本监测数据仅摘录采暖初期、中期和末期的部分测试数据。表2室内地面温度分布监测数据时间室外气温（℃）供/回水温度（℃）各监测点地面温度（℃）12345603/11/20天气晴09:00am－83525252324252514:00pm－63525262524252622:00pm－103524252323242503/12/12天气晴09:00am－104524252222242414:00pm－74525252424242522:00pm－174523242323242504/01/15天气雪09:00am－156026272525262714:00pm－76028292727282922:00pm－206025252425252604/03/15天气晴09:00am－64026272526262614:00pm－14027272425262722:00pm－1040252625262525注：本监测数据仅摘录采暖初期、中期和末期的部分测试数据。通过以上运行监测表明：（1）在整个地暖运行期间室温基本能满足设计要求。按照《地面辐射供暖技术规程》中相应条件下提供的散热量，大厅南北侧和西侧约占大厅1/3面积部位是无法满足设计要求的。但实测中仅有大厅入口部位温度偏低，其余部分均满足设计要求。但入口部位的低温不影响其人体感知效果，其原因是人员从室外低温环境进入室内时，相对小的温差会使人体感觉更舒适。（2）地面温度基本没有超标。按照《地面辐射供暖技术规程》中对地面温度的计算公式，在室内设计温度为18℃，地面材质为石材，供/回水平均水温为55℃时，设计管间距100mm的φ20管的散热量为195w/m2。据此条件计算出的地面温度应该为36.8℃[2]。而实际测试的管间距最密（100mm）的大厅门口部位仅为27℃左右。在管间距为150mm部位的地面温度不超过29℃。3.2分析本工程在设计之前，曾根据该工程的结构在采暖设计中做过大胆的假设，即对于在严寒地区大高空间，由于空间开阔，由室内纵深方向和高度方向的温差形成的室内微循环，以及辐射板面之间的大温差可以使室内温度分布均匀和保证地面温度不超标。由实测数据可知，展厅沿纵深方向和高度方向均有较大的温差，（到屋顶部位的温差应该更大），由此形成的空气对流换热加强并使室内各处空气温度分布均匀；而辐射表面与冷表面之间的大温差（冷表面为玻璃幕墙和屋顶，其温度基本接近室外气温。）使辐射换热量比与具有保温维护结构的墙体之间的辐射换热能力要强得多[3]，这是实测的地面温度与计算温度有较大差异的原因。按照采暖设计规范，乌鲁木齐市的室外设计温度为－22℃，而在长达6个月的采暖期，室外气温能到达这个数字的时段不长，而且基本集中在夜晚时段，对于大型公建，晚上室温较低对采暖无影响。4结论及注意事项4.1结论通过该工程的实际运行证明，低温地板辐射采暖在寒冷地区大高空间的使用是完全可以满足采暖要求的。工程的实际意义在于：采用该系统不仅可以使室内达到节能、舒适、卫生的采暖效果，同时与两套系统相比，可以节省很大部分投资和运行管理费用。在本工程之后，先后又有四个汽车展厅采用了同样的系统，其运行效果良好。在2004年投入运行的乌鲁木齐市火车南站的候车大厅也是采用的这种系统，（实际是两套系统共存，空调系统在冬季运行的目的主要是换气。）但该系统和前面系统的唯一区别是换热机组不是采用的直连机组，而是采用了汽－水换热机组。其根本原因在于不仅可以在冬季的任何时间提供足够的水温，同时避免因采用直连机组对市政供热管网的冲击。4.2注意事项（1）对于采暖面积不大的大高空间，为保证整个采暖期的采暖效果，其换热装置须采用直连机组。这样可以保证在冬季的任何时间提供足够的水温，使采暖满足设计要求。同时，如遇特殊气候时期（如气温超低的异常气候），直连机组可以提供超过地暖正常供水温度的水温来满足设计要求，这并不违反规范，因地暖短期的超温运行对地暖管的寿命影响不大。（2）对于超大空间，由于所需的流量大，不能采用直连机组，否则会因此对市政管网造成较大的负荷冲击，最好采用独立热源或设置高温换热装置，使其满足采暖要求。参考文献［1］北京市建筑设计研究院．设备专业技术措施[M]．北京：中国建筑工业出版社2006［2］建设部．JGJ142-2004地面辐射供暖技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社2004［3］陆亚俊．暖通空调[M]．北京：中国建筑工业出版社2005作者简介：高理福男硕士讲师四川省土木协会会员主要从事采暖及空调的节能研究电话：[phone]E-mail:[e-mail]