供暖方式舒适性节能性分析

供暖方式舒适性节能性分析 摘要 从散热机理 舒适性和节能性等方面对比分析了散热器 低温地板 辐射 毛细管平面射 电热膜辐射等供暖方式的特点 得出地板辐射供暖符合 人体 脚暖头凉 的舒适性理论 毛细管平面辐射供暖最舒适 最节能 毛细 管平面辐射推广的供暖型式 关键字 供暖末端 节能 熵增原理 引言 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高 我国各大中城市和乡镇的集 中供暖得到了迅速的发展 预计至 2010 年我国供暖区住宅面积约有 21 6 亿平 方米 占总建筑面积 40 亿平方米 的 54 1 1 我国目前供暖采用的供回水温度 多为 95 700C 供暖燃料以煤为主 供暖的末端设备多散热器 这样不仅限制 了热源的形式 而且燃煤对环境造成了污染 随着建筑节能的需要 出现了一 些新型的供暖末端设备 例如地板供暖 电热膜 毛细管平面辐射供暖等 本 文就它们的供暖特点进行了分析 并采用嫡增原理计算出了它们的节能潜力 这对于指导设计人员和建筑供暖决策者们确定供暖形式具有重要的指导意义 一 供暖的实质 建筑供暖的实质就是在冬季保持室内人们舒适的温度 在我国广大北 方地区 冬季室外温度往往比较低 为了保证室内人们较为舒适的温度 供暖 建筑必须获得足够多的热量 建筑物的总得热量一般包括供暖设备的供热 太 阳辐射得热和建筑内部得热 这些建筑物的得热量再通过围护结构的传热和空 气渗透而失去 当达到建筑物的得热和失热的平衡时 建筑物内的温度就可以 维持 从而达到供暖的目的 室内计算温度一般是根据供暖房间的用途 舒适 性和经济性确定 现行的 供暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 以 下简称暖通设计规范 规定 民用建筑的主要房间 冬季供暖宜采用 16 24 C 按 照传热学理论 在散热装置中的介质 只要温度高于 24 C 则可以向室内散热 而能量除了数量以外 还有质量问题 对于热量而言 温差越大 传递同样的 热量所产生的墒增就越大 能量梯级利用的原则是 能量利用过程中 能级差越 大 嫡增越大 能量损失越大 节能最重要的是减少能量利用过程的能级差 使嫡增减小 在相同的供暖设计热负荷下 低温热源的能极差比较小 熵增较 小 就有利于供暖系统的节能 二 供暖末端设备 目前 室内供暖末端设备有散热器 地板供暖 风机盘管 电热膜 电热缆 毛细管平面辐射面等形式 1 散热机理及供热特点 1 传统形式的散热器供暖 暖通设计规范规定其供回水温度为 95 70 C 其主要靠对流加热周围空气 对流散热量占总散热量的 75 左右 21 一般将散 热器沿外墙内侧布置在窗下 在墙内壁面附近有限区域形成的上升热气流会迎 向从窗户渗入室内的下降冷空气 较好的维持了室内易受冷风渗透影响的活动 区域温度 但这种供暖方式往往使散热器背面的墙体被过分加热 这部分热量 会通过外墙白白地浪费掉 另外 热空气的上浮特性使房间温度出现 上高下 低 现象 从而在房间的顶棚处形成热空气停滞层 造成房间上部区域过热 实际上造成热能损失过大 此外散热器过快的上升气流 带动散热器表面的灰尘 造成房间空气品质变差 2 地板供暖又称为低温热水地板辐射供暖 以温度不高于 60 的热水作 为热媒 在加热管内循环流动 加热地板 使地板表面温度升高 然后以整个 地面为散热面 与周围空气进行辐射和对流换热 还同时与四周的墙 顶棚等 外围护结构进行辐射换热 从而也使周围的围护结构表面温度升高 该供暖模 式具有造价低 不占有建筑空间 室内温度场均匀 人们的实感温度高等优点 被人们越来越多的重视 3 毛细管平面辐射空调是一种隐形空调 一般安装在墙体和天花板内 与 室温的温差小 热交换面积大 集供暖制冷于一体 毛细管网模拟叶脉和人体 毛细血管机制 由外径为 3 5 5 0mm 壁厚 0 9mm 左右 的毛细管和外径 20mm 壁厚 2mm 或 2 3mm 的供回水主干管 构成管网 主要以辐射方式供暖 制冷 供暖时供回水温度为 32 280C 即可达到舒适的供暖效果 这很好的满 足了能量梯级利用的理论 该供暖模式具有不占有建筑空间 楼板承载负荷小 室内温度场均匀 人们的实感温度高 冬夏季共用一套系统 设备利用率高等 特点 4 电热膜辐射供暖技术是一种较新的供暖技术 由电热膜 连接卡 绝缘 罩 导线 温控器 隔热材料六部分组成 安装于顶棚或墙壁内 电热膜通过 温控器自动控制室内温度 热量主要以远红外线辐射方式加热密实物体 人体 墙壁 地面 顶棚 家具等 密实物体升温后使室内温度升高 该供暖模式具 有不占有建筑空间 楼板承载负荷小 室内温度场均匀 人们的实感温度高等 优点 但是直接采用电能发热实现供暖时 一次能源利用率不足 30 2 舒适性分析 影响室内热舒适性的因素主要是室内温度 温度梯度 空气湿度和气流速 度 散热器主要依靠自然对流方式传热 且热源温度较高 传热面积较小 因 此竖向温度分布不均匀 空气流速较大 没有室内空气湿度调节装置 冬季较 为干燥 可以讲其舒适性较差 地板供暖 电热膜辐射供暖主要依靠辐射方式传 热 其热源温度较低 传热面积大 因此竖向温度分布比较均匀 空气流速小 但是其没有空气湿度调节装置 冬季较为干燥 可以讲比较舒适 地板供暖的 传热过程热面朝上 产生了 脚暖头凉 的舒适感 因此从舒适性分析 地板 供暖更为舒适 毛细管平面辐射供暖主要依靠辐射方式传热 毛细管内流动的供 暖供回水温度只有 32 280C 散热面积大 纵向温度场均匀 空气流速小 室 内空气湿度可以调节 是理想的舒适型供暖方式 3 节能性分析 地板供暖和毛细管平面辐射供暖主要以辐射方式散热 当人体感觉温度相 同时 地板供暖和毛细管平面辐射供暖房间的室内平均空气温度要低于散热器 供暖房间的空气温度 20C v30C 这样就大大降低了房间的热负荷 节省了供暖 能耗 地板供暖和毛细管平面辐射供暖使用的是低温热媒 地板供暖供水温度一 般不超过 60 C 毛细管平面辐射供暖供水温度一般在 32 左右 相对于散热器 供暖热媒温度 95 70 大为降低 这样不仅可以利用热网回水 余热水 也可 以利用太阳能 风能 地热能等自然资源 减少了从热源到室内支管部分的热 损失 从而做到了从源头到末端的全面节能 电热膜辐射供暖也是以辐射传热为主 对流传热为辅 可以使室内设计温 度为 16 C 电热膜的电转换热效率可达 99 只从能量的数量角度分析 低温 辐射电热膜供暖从表面上看有节能效果 按照嫡增原理 我国目前 75 以上是 火力发电 火力发电机组最高转化率只有 40 左右 加上传输损耗 到用户使 用时实际效率只有 30 多 所以电热膜供暖实际利用的一次能源也就只有 30 多 是非常不经济 不节能的供暖模式 除局部或非常特殊的场合外 应不鼓 励使用 三 结论 1 地板供暖 毛细管平面辐射供暖 电热膜辐射供暖比散热器供暖室内温 度梯度和气流速度小 地板供暖的散热面朝上 毛细管辐射平面供暖的散热面 朝下 电热膜辐射供暖多铺设在顶棚内 散热面也朝下 因此从人体舒适性分 析地板供暖更适合脚暖头凉的生理特点 2 毛细管平面辐射供暖在供回水温度 32 C 28 0C 地板供暖在供水温度低 于 60 的情况下 即可达到传统散热器供暖的室内设计温度 而且地板供暖和 毛细管平面辐射供暖计算热负荷时 室内设计温度可降低 20C 30C 就可达到 人体舒适的要求 从节能性分析 毛细管平面辐射供暖系统比散热器供暖系统 节能 78 6 比地板辐射供暖节能 50 3 按照一次能源利用率 电热膜辐射供暖的热效率只有 30 多 比其他供 暖系统能量利用率低很多 电热膜辐射供暖不属于节能技术 不应推广 从热源的形式上分析 毛细管平面辐射供暖更容易利用一些低品味的 能源和自然能源 而且比其他供暖系统节能效果显著 还可以冬夏共用一套设 备 可以调节室内空气湿度 毛细管辐射平面供暖最符合人们舒适性和建筑节 能的要求 参考文献 1 刘成林 低温热水地板辐射供暖系统的节能性分析及系统的优化设计 D 长沙 湖南大学 2003 阳 王子介 低温辐射供暖与辐射供冷