低温热水地板辐射采暖系统的发展概况ing.doc

一、 低温热水地板辐射采暖系统的发展概况目前国内供暖系统绝大多数是以燃煤、燃气、燃油锅炉作为热源，通过外网或内网与室内系统相连而组成的系统。随着国民经济的不断发展，这种供暖形式越来越暴露出一些弊端，如环境污染、煤气中毒、爆炸、锅炉房及外网占地、噪声大、系统失调和收费难等问题。这些恰恰都是供暖设计人员逐步探索研究的重要课题。低温热水地板辐射采暖技术是利用低温热水，通过埋置于地面层内的加热盘管加热地面，由被加热表面对室内环境进行加热的采暖方式。1 低温地板辐射采暖的发展低温地板辐射采暖技术于二十世纪三十年代开始应用于发达国家，由于它具有经济、节能、舒适等一系列优越性，所以很快就被人们接受而得到迅速推广，它不仅被大量地应用于饭店、商场、展览馆、体育场等大型公共建筑，而且已普及到住宅，甚至开始使用在大型室外地坪和道路化雪、四季常绿草坪、饲养场及农业种植大棚等项目。地暖工程的核心是加热管的材质。PEX 管材低温地板辐射供暖是随着化学工业的飞速发展于八十年代中期在国外首先推出的一项新型实用技术。硅烷交联技术的出现，大大提高了地板采暖技术的实用性和广泛性，方便施工的性能使地板采暖技术实现了由理论向实践的飞跃。我国在八十年代末到九十年代初，从国外引进了低温热水采暖技术，并在很多重大工程得到了成功的应用2 低温地板辐射采暖的优越性2.1 提高采暖舒适度，改善生活质量俗话说“寒从脚下起”。低温地板辐射采暖主要利用辐射方式进行传热，地面有效温度高于呼吸线温度4，形成独特的微气候条件，使人的热感觉在脚部较强，头部温和，给人以脚暖头凉的最佳感觉，改善血液循环，促进新陈代谢；并且不易造成污浊空气对流，室内十分洁净。2.2 有效节约能源第一、该系统可利用余热水；第二、辐射供暖方式比对流供暖方式热效率高；第三、热量集中在人体受益的高度内；第四、热媒低温传送，在传送过程中热量损失小；第五、低温地板辐射采暖的实感温度比传统的采暖方式高24, 因此其室内设计温度比传统的采暖方式设计温度要低。2.3 扩大房间的使用面积室内取消了暖气片和其他支管，增加了使用面积，便于装修和家具布置。2.4 热稳定性好由于地面层及混凝土层蓄热量大，热稳定性好，因此在间歇供暖的条件下，室内温度变化缓慢。2.5 运行费用低，使用寿命长供暖管材是世界公认的，一般情况下，其使用寿命可在50年以上，不腐蚀、不结垢，大大减少了暖气片跑、冒、滴、漏水和维修给用户带来的烦恼，节约维修费用。2.6 减少楼层噪音由于地板采暖敷设有保温层，具有非常好的隔音效果。3 低温地板辐射采暖技术研究现状近些年来，国内外不少学者对低温热水地板辐射采暖技术进行了大量的研究。其中文献ASHRAE5-8在数字模拟、动态模拟以及系统控制方面进行了大量的研究。我国对低温地板辐射采暖技术的研究开始于八十年代末九十年代初，其中清华大学在研究地暖中相变贮能材料方面进行了一些研究，中国科技大学的热科学和能源工程系的研究人员将定形相变贮能材料应用在低温地板辐射采暖系统中。概括起来，低温热水地板辐射采暖技术的研究可以分为以下几个方面：3.1 室内低温地板辐射采暖温度分布及数值模拟西安交通大学的马良栋、陶文铨，等通过对低温地板辐射采暖房间进行了数值模拟，通过对室内温度分布特性及空气流动特性分析，得出结论：在室内主流区域，空气温度分布均匀，其温差在1左右。从而说明了地板辐射采暖舒适性的原因，同时也表明，这种采暖方式辐射热流占总热流的5060。这个实验结果与1998 年ASHRAE 论述的结果相吻合。哈尔滨安装公司的王刚，等人采用有限差分数值解法对具有阳光照射的地暖房间地板进行了三维温度场数值模拟，考虑阳光不同的入射角度及不同的入射强度引起地板温度场的变化。通过分析得出结论：房间地板吸收率与房间舒适性有一定的关系。低吸收率能使房间局部温度提高不大，提高了房间的舒适性，并且其他区域的温度也提高了23，减少了能耗；吸收率高的房间局部温度提高过大，影响了房间的舒适性，并且地反射的阳光较少，不能更好地利用太阳能。研究结果为房间内部温度的调节提供了一定的依据。3.2 节能分析及节能措施北京建筑工程学院城建系的邱林，等人对了国内几种维护结构地板采暖住宅冬季室内热环境进行了动态模拟分析，得出：地板每增加1，人体实感温度约增加0.4；地板采暖室内热环境及能耗与维护结构有相当的联系，从热环境与能耗综合来看，地板采暖房间采用37墙较为适宜。广州市市政工程设计研究院的刘成林，等通过对辐射板布置方式的优化，得到室内最不利点温度与辐射板位置的关系以及室内热负荷和辐射板位置的关系。这个结论为我们进行地板采暖优化设计提供了一定的参考。Athienitics曾提出了一种带有显热贮能装置的地板辐射采暖系统。他认为：只要采用适当的控制方法，利用混凝土板作为贮能材料，可以在不降低舒适度的情况下提高能源利用效率。但是由于显式贮热材料的热容较小，若混凝土板很薄，其热惯性小，温度易于波动；若混凝土板很厚，则地板会占用很多空间。中国科学技术大学热科学和能源工程系的叶宏，等人提出了一种定形相变材料（FSPCM）贮能式地板辐射采暖系统。定形PCM以石蜡为相变主体而用高密度聚乙烯（HDPE）作为支持载体。与传统的相变材料相比，定形相变材料只要温度温度低于支持载体的熔点，定形PCM仍保持固体形态。定形相变材料在使用时无需容器，因此可直接与传热介质或加热器接触，减小热阻，降低热损失。实验表明，该系统能有效地节能源，提高热舒适度。3.3 地板采暖系统的控制调节控制的方式分两种：局部控制和集中控制。（1）局部控制对于小型独立式或别墅式住宅采用局部控制的方法，不增加额外的控制设备，根据用户的需要自行控制热源开关。这种控制方法投资小、系统简单、节约能源。（2）集中控制对于小范围集中建筑的辐射采暖系统可以采用集中锅炉房供热，燃料集中的供热系统热源可以采用组合式模块锅炉。根据供热面积和供热负荷的大小确定锅炉的组数。这种控制方式设备简单、初投资小且节约能源和运行费。3.4 调节控制的方法调节控制的方法可分为：基于室内空气温度变化、基于地板温度变化、基于双参数（室内空气温度和地板温度）变化以及比例积分（PI）控制四种。其中以室内空气温度为基准的调节方法，室内空气温度波动较大，波动范围为3；以地板表面温度为基准的调节，室内空气温度波动较小，仅为1.5。采用比例积分（PI）控制的效果最好，但是其设备投资费用高，而采用双参数控制结果与其相近。所以，如果房间温度要求比较高，从系统的简单和成本考虑，采用双参数控制为最佳。4 低温地板辐射采暖系统单一的低温地板辐射采暖系统以其一系列优越性备受青睐，但是，采用热泵与地板辐射采暖相结合的联合采暖方式也具有很独特的优点。图1 为以热泵为热源的风机盘管和地板辐射采暖联合采暖的示意图。冬季采暖时，从压缩机出来的高温工质先进入管式热交换器，在此加热地板采暖的循环水；然后工质通过电磁阀进入室内机的热交换器，并与室内空气进行热交换；工质通过电子膨胀阀后压力降低，通过室外机的热交换器吸热后，又返回压缩机，这样就构成了一个密闭的循环系统。采用这种联合的采暖方式不仅可以有效保证室内温度工况，提高设备利用率，而且有很好的节能效果。5、低温热水地板的选材随着低温热水地板采暖系统在我国的蓬勃发展，低温地板辐射系统所用的各类管材也先后粉墨登场，现已形成各种管材相互激烈竞争的局面。竞争必然伴随着优胜劣汰，竞争是发展前进的动力。但我们主张要在总结国外发展中的经验与教训的基础上，跨越到一个新的高度上。立足于更加节能，更高效，和与环境更加和谐的立场上。而地板辐射、顶棚辐射采暖等也均有应用。其中，顶棚辐射采暖为加热盘管镶嵌覆盖式，并非直埋式。 所谓“镶嵌覆盖式”，系指将加热盘管铺设固定在保温模板或水泥板上，不加水泥沙浆封盖，仅在其上加骨架支撑后，便覆盖装饰板面；而“直埋式”系指将加热盘管固定在水泥地板或保温板上，先用水泥细石沙浆直接填埋找平，再铺设需要的装饰板面。 镶嵌覆盖式对于加热盘管的铺设和维修虽然方便些，但其结构决定了它主要是靠覆盖层蓄热，故虽有辐射传热，但仍以覆盖层面与室内空间对流换热为主，结构热容量小，散热快且不均匀。而直埋式虽增大了热阻，但却加大了蓄热容量，将盘管的“线”热源转换成“面”热源，扩大了辐射散热面积，并加大了辐射散热量，使室温均匀，稳定舒适。但在加热盘管发生漏损时，与前者相比，维修不太方便。 韩国是采用直埋式地板采暖系统最具代表性的国家。“进门就是炕，足暖头清爽”，这就是韩国家居环境的生动写照。在韩国，早期是采用砖砌的通道靠烟气加热，在我国通常称之为“火炕”。而后发展至以铜管输热水取暖，完成了从“火炕”向低温热水地板辐射采暖的转变。约在上个世纪70年代末至80年代初，韩国从欧洲引进了PE-X管材的挤出工艺制造技术，开始以PE-X管逐渐取代铜管（这并非因为铜管不适于地板采暖，从其耐热、机械强度、抗腐蚀等性能方面，铜管均优于塑料管，主要从节约铜资源和能源的角度考虑而取代之）。相继于80年代末至90年代初，在引进了PP-B、PP-R管材制造技术后，又逐渐以PP-B（在韩国称PP-C）管取代PE-X管，用于大面积新建的楼宇民宅。 从80年代起，中国东北的吉林延边鲜族聚居的地区，逐渐推广应用了这种直埋式的地板辐射的采暖方式。由于它的舒适、节能、节约空间等优良特性，从最初的东北地区逐渐发展到全国的三北地区、黄河两岸。用于该采暖系统的热水承压管材，从最初的PP-B（当初称为PP-C），发展到现在的PP-R、PE-X、交联PE铝塑复合管、PB、PE-RT管。而其中的PE-X管材，由硅烷交联聚乙烯（PE-Xb）挤出工艺，又延伸至过氧化物交联聚乙烯（PE-Xa）柱塞式工艺。当前，犹如春秋战国时期的多国混战，已形成多种管材，相互激烈竞争的局面。其中PE-X特别是PE-Xa，由于种种原因，在当前地板采暖系统应用中，大有一统天下诸侯之势！6 结束语尽管低温地板采暖已经得到了迅速推广，并且为分户热计量提供了方便。但是此项技术的应用还存在很多缺陷，比如系统形式单一，控制系统还不完善，许多节能措施还只停留在研究阶段。今后要推广此项技术重点在于推广低温地板采暖于其他采暖方式的联合使用及其相变贮能式地板采暖的应用，充分发挥低温地板采暖的优越性，提高热舒适性，节约能源。参考文献：1 李常河,宋孚鹏,吕维花,等.地板辐射采暖系统若干问题的研究J.中国住宅设施,2005(5): 32352 郭世敏.浅谈低温地板辐射采暖技术应用与发展J石河子科技,2003（3）：26293 刘伟.浅析低温地板辐射采暖技术的应用J.长春工程学院学报（自然科学版）,2005,（1）:41434 Haruo Hanibuchi, Shuichi Hokoi Basic Study ofRadiactive and Convective Heat Exc