第五章-辐射采暖与辐射供冷

2020/5/19,1,第五章辐射采暖与辐射供冷,建筑工程学院市政工程系,2020/5/19,2,主要讲述建筑物辐射板分类、辐射采暖及辐射供冷的系统形式及特点。,一、本章的主要内容,第五章辐射采暖与辐射供冷,二、教学基本要求,掌握辐射采暖/供冷的定义、辐射板的分类及常用类型；了解辐射采暖系统的形式及特点；掌握辐射采暖系统的设计要点；了解辐射供冷系统的形式及特点。,2020/5/19,3,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,2020/5/19,4,5.辐射采暖(供冷)的定义1、辐射采暖(供冷)：指依靠供热（冷）部件与围护结构内表面的辐射换热向房间供热（冷）的方式。2、辐射采暖与对流采暖本质区别：辐射采暖房间各围护结构内表面的平均温度高于室内空气温度,而对流采暖与之相反。3、采暖辐射板：用于进行辐射采暖的供热部件。,5.1辐射采暖（供冷）的定义与辐射板的分类,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,2020/5/19,5,5.1.2辐射采暖（供冷）的定义与辐射板的分类,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,1.按与建筑物的结合关系分：整体式、贴附式、悬挂式,(1)整体式包含埋管式及风道式埋管式：将通冷、热媒的金属管或塑料管埋在建筑结构内。风道式：利用建筑结构内的连贯空腔输送热媒。,埋管式,风道式,2020/5/19,6,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,(2)贴附式将辐射板贴附于建筑结构表面。,贴附于窗下围护结构的辐射板,隔热层,加热管,(3)悬挂式：分为单体式和吊棚式。单体式辐射板的形式:,(2)波状辐射板,(2)平面辐射板,1供热(供冷)管；2挡板；3隔热层；4平面辐射板；5波状辐射板,2020/5/19,7,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,吊棚式辐射板常用于辐射供冷，其结构形式如下：,1吊钩；2顶棚；3隔热层；4流体管道；5装饰孔板,2020/5/19,8,2.辐射板按其安装位置分：墙面式、地面式、顶面式、楼板式。,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,墙面式,窗下式,墙板式,踢脚板式,单面散热,双面散热,外墙式：外墙室内侧,间墙式：设在内墙,单面散热,双面散热,2020/5/19,9,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,房间内不同位置的采暖辐射板,1窗下式；2墙板式；3地面式；4踢脚板式；5顶面式,2020/5/19,10,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,窗下式双面散热辐射板,隔热层,加热管,窗下式单面散热辐射板,对流通道管,隔热层,加热管,5.1.3辐射采暖的特点围护结构内表面温度高，减少人体的辐射放热量，舒适度增加。,2020/5/19,11,房间竖向温度较均匀，适合人体舒适性要求，并且室内空气温度可比对流采暖低13，节能。,可充分利用低温热媒,如地热，太阳能等。所占建筑面积少,房间较美观。热惰性大,用于间歇供暖时可减少室内温度波动。,不同采暖方式下房间竖向温度变化,1、热风采暖2、窗下散热器采暖3、顶面辐射采暖4、地面辐射采暖,5.1辐射采暖(供冷)的定义与辐射板的分类,2020/5/19,12,5.2辐射采暖系统,2020/5/19,13,5.2辐射采暖系统,5.2.1辐射采暖系统的热媒,1.热媒种类：,辐射采暖热媒,热水：首选，温升慢，混凝土板不易裂缝，可采用集中质调节。蒸汽：温升快，易出裂缝，不能集中质调节。空气：建筑结构厚度增加。电：板面温度易控制，调节方便，但耗电，应进行技术经济论证。,2020/5/19,14,5.2辐射采暖系统,2.辐射采暖系统热媒温度热水采暖式根据热源和辐射板的类型，分较高温和较低温两类。低温采暖时尽量利用地热，太阳能等。热媒温度选取原则悬挂式金属辐射板可选较高供水温度（130高温水）。埋管式热媒温度可比板面温度高2040。窗下式可选用较高温度（如105）？(混凝土存在热阻，其表面温度低于95)。间墙式，踢脚式，顶面式和地面式一般低于60。,2020/5/19,15,5.2辐射采暖系统,5.2.2采暖辐射板的加热管加热管型式与板的位置，尺寸和类型有关。,窗下采暖辐射板的加热管,(a)蛇型管,(b)排管,2020/5/19,16,(2)踢脚式采暖辐射板,U型管的长度由房间热负荷确定，长度可从几米到十几米。,U型管,5.2辐射采暖系统,2020/5/19,17,5.2辐射采暖系统,(3)墙面式采暖辐射板的加热管,(a)用于跨越管的单管系统,(b)用于双管系统,(c)用于垂直双线系统,2020/5/19,18,5.2辐射采暖系统,(4)地面采暖辐射板的加热管加热管采用铝塑复合管、铜管等，应使埋地部分无接头。,(a)平行排管式易于布管，板面温度变化大，适合各种结构地面。,(b)蛇形排管式板面温度较均匀，但有一半数目的弯头曲率半径较小。,(c)蛇形盘管式只有两个小曲率半径弯头，施工方便。,2020/5/19,19,5.2辐射采暖系统,1面层；2混凝土；3加热管；4锚固卡钉；5隔热层和防水层；6楼板；7侧面隔热层,地面采暖辐射加热管的设置,2020/5/19,20,5.2辐射采暖系统,地面采暖盘管布置实物图,2020/5/19,21,5.2辐射采暖系统,(5)单体悬挂式采暖辐射板的加热管悬挂式采暖辐射板的结构应使其辐射放热量不少于总放热量的60。(热水采暖时：管径DN20,S100200。),1加热管；2辐射板；3隔热材料,(a)加热管为蛇形、波形辐射板,(b)加热管为排管、平面辐射板,2020/5/19,22,5.2辐射采暖系统,5.2.2辐射采暖系统的管路系统设计要点系统型式：可采用上供或下供式，也可用单管或双管系统。窗下辐射板可采用单、双管式。地面辐射板，顶面及地面顶面辐射板应采用双管，以利于调节和控制。辐射板水平安装时，管内流速不应小于0.25m/s，以便排气，并应设置放气阀与放水阀。在一个采暖系统中，宜采用同种辐射板，否则应有可靠的调节措施。,2020/5/19,23,5.2辐射采暖系统,下供上回式双管系统中地面顶面采暖辐射板,1地面顶面采暖辐射板；2供水立管；3回水立管；4关闭/调节阀；5放水阀,地面辐射板采暖板与回水干管连接,1地面采暖辐射板；2集气罐；3温度计；4阀门；5回热源的回水干管；6来自采暖系统的回水干管；7旁通管的调节阀；8放水阀(用于一层大厅，与散热器一起供暖),2020/5/19,24,5.2辐射采暖系统,注意：采暖辐射板本身阻力较大(25mH2O)。与散热器采暖系统相比，不易产生水力失调；不同的辐射板阻力损失相差较大，因而在一个采暖系统中，应采用同类辐射采暖板；辐射采暖系统的工作压力不应大于加热管的最大承压能力；低温地板辐射采暖系统，工作压力不宜大于0.8MPa。,2020/5/19,25,5.3辐射采暖系统的设计计算,2020/5/19,26,一、混凝土辐射板的表面温度1.影响表面温度的因素,5.3辐射采暖系统的设计计算,5.3.1辐射采暖系统的热媒,管径d管间距s埋设厚度h混凝土的导热系数热媒温度房间温度,即：,上述六个变量中有3个（）变化范围不大。铝塑复合管其管径规格为12/16、16/20、20/25（内径/外径）可知，在给定的数据后，板表面温度只与管间距S和埋设厚度h有关。S越小，h越大，板面温度越均匀，但造价越高。因此，在确定S和h时要作经济分析。,2020/5/19,27,5.3辐射采暖系统的设计计算,2.辐射采暖板体温度场,两面放热辐射采暖板中的温度场和表面温度变化,实线为等温线，虚线为热流线(带箭头)。热流线起始于加热管，终止于板表面。沿不同热流方向混凝土热阻是变化的，使得板表面是不等温面。,1地面顶面混凝土辐射板；2加热管；3等温线；4热流线,2020/5/19,28,5.3辐射采暖系统的设计计算,3.温度场的不均匀性辐射板不仅每一加热管管顶混凝土表面温度不均匀，沿水的流程混凝土表面温度也是不均匀和变化的。下图分别表示三种不同排管形式沿房间进深温度变化的情况。ts表示表面平均温度的变化范围。,(a)平行排管式板面温度沿流程逐步降低,(b)蛇形排管式板面温度较均匀,(c)蛇形盘管式板面温度沿流程波动,2020/5/19,29,5.3辐射采暖系统的设计计算,4、板表面温度的确定考虑因素：卫生要求，人的热舒适性和房间用途。确定标准：我国规定不太具体(见课本表51，P112)，俄罗斯对不同采暖辐射板、不同场合的最高允许平均温度规定如下：,2020/5/19,30,5.3辐射采暖系统的设计计算,可见：按表面最高允许平均温度的高低排序为：墙面板，顶面板，地面板。此外，俄罗斯还规定：地面辐射板采暖时各部分温差不应超过10。墙面和窗下板单管系统，供回水温度可取105-70，双管取95-70。铝塑管板最高供水温度不高于55。,2020/5/19,31,5.3辐射采暖系统的设计计算,5.3.2地面辐射板供热量的计算影响辐射板供热量因素热媒温度、流量、管径、材质、间距、位置、盘管型式、混凝土的导热系数、厚度、板表面温度及分布、背部材料的导热系数、厚度等。(理论计算较繁琐)俄罗斯进行的热工试验结果见附录53、54。1、每米铝塑管的散热量根据管径和传热温差计算，传热温差为：,式中：th、tf分别为管道起点与终点温度，tR为房间温度。,2020/5/19,32,5.3辐射采暖系统的设计计算,注意：在工程设计中利用附录53，54计算时，散热量应根据铝塑管采暖辐射板的应用场合进行调整：管子明装时取表中数值的90%-100%；在天棚下明装取表中数值的70%80%；埋于重混凝土（混凝土密度2000kg/m3，=1.8W/m2）楼板或隔墙时，取表中数值的2倍；埋于轻混凝土楼板或隔墙中时，取表中数值的1.11.15倍。,2020/5/19,33,5.3辐射采暖系统的设计计算,5.3.2地面辐射板供热量的计算2、毛细管辐射装置的供热量与产品结构、毛细管尺寸、间距、水流量、传热温差、覆盖材料等因素有关；可由厂家提供的性能实验曲线确定。3、电热膜、发热电缆的供热量由单位面积或单位长度的供热量确定。,2020/5/19,34,5.3辐射采暖系统的设计计算,5.3.3辐射采暖系统的水力计算原则上与一般热水采暖系统相同；一般先计算沿程阻力损失和局部阻力损失，再确定总阻力损失；辐射采暖系统常采用小温差、大流量；？(保证处于水平位置加热管管内流速不小于0.25m/s)辐射板的加热管通常采用钢管或铝塑管；钢管的水力计算同一般热水采暖系统。,2020/5/19,35,5.3辐射采暖系统的设计计算,铝塑管的水力计算在热媒温度80时，铝塑复合管沿程比摩阻R由附录51确定。,当热媒平均温度不等于80时，用下式修正：,比摩阻修正系数a由表52确定,铝塑复合管局部阻力损失由附录52给出的局部阻力系数计算确定。,2020/5/19,36,铝塑管在水水力计算时应考虑管子的管壁及管厚的制造偏差。用下式来确定管子的计算内径di：,5.3辐射采暖系统的设计计算,式中：de铝塑管外径，m；de铝塑管外径的充许误差，m；s铝塑管壁厚，m；s铝塑管壁厚的充许误差，m。,2020/5/19,37,5.4电热膜辐射采暖,2020/5/19,38,5.4电热膜辐射采暖,5.4.1电热膜辐射采暖1.工作原理：电热膜是一种厚度很小（0.24mm）的半透明聚酯薄膜，由特制的可导电油墨或金属载流条经印刷、热压在两层绝缘聚酯薄膜之间。其通电后能均匀发热。2.优缺点：兼有辐射采暖和电采暖优点，无燃烧排放物，便于控制，运行简便，舒适；但消耗高品位电能。,2020/5/19,39,3、电热膜辐射采暖的结构顶面辐射采暖电热膜应用较多。其安装如下图所示：吊件2被射钉1固定在楼板7上，轻钢龙骨3被吊件2卡吊，电热膜5被饰面板6和隔热层4加紧，饰面板6用自攻螺钉固定在龙骨3上。,5.4电热膜辐射采暖,顶面电热膜辐射采暖安装示意图,1带尾孔的射钉；2吊件；3轻钢龙骨；4隔热层；5电热膜；6饰面板(石膏板等)；7钢筋混凝土楼板,2020/5/19,40,5.4电热膜辐射采暖,5.4.2电热膜片数的计算,电热膜辐射采暖所需电热膜片数N由下式计算：,式中：房间采暖设计热负荷，W；q每一片电热膜的功率，W/片；k考虑供暖方式、电压波动等因素的富余系数，一般取k0.2。,2020/5/19,41,5.5辐射供冷,2020/5/19,42,5.5辐射供冷,一、辐射供冷辐射板的形式原则上也可有整体式、贴附式、悬挂式等多种形式。既可用于民用空调，也可用于工业建筑降温。目前应用最多是：顶面式辐射板冷却吊顶。顶面式辐射板冷却吊顶的优点：施工安装方便，不影响室内布置。上部供冷，降低垂直温度梯度，避免上热下冷，舒适感好。在欧洲发展迅速。顶面式辐射板冷却吊顶的局限：为防止表面结露，表面温度须高于露点，无除湿能力，须结合新风系统。,2020/5/19,43,5.5辐射供冷,5.5.1冷却吊顶(冷却顶板)1、传热形式包括辐射和自然对流。2、传热比例取决于顶板的结构型式及顶板附近的空气流动方式。当吊顶下面的冷辐射面为封闭式，二者比例约为1：1。当吊顶下面的冷辐射面为开敞式或有贯通的气流通道时，对流换热所占比例要大得多，供冷量也大。,2020/5/19,44,5.5辐射供冷,3、冷却顶板的类型四种典型结构型式：一体式、单元式、镶嵌式、对流式,（a）为一体式,（b）为单元式(最常见),（c）为镶嵌式,冷顶板与水管制成一体,通过传热肋片把水管和金属顶板连接形成一吊顶单元,水管以毛细管形式镶嵌吊顶内，组成一安装单元,2020/5/19,45,5.5辐射供冷,对流式冷却顶板的单元，对流换热占80%，辐射20%。其最大供冷量可达230W/m2。,对流式冷却顶板的单元,1翅片；2Z形支架；3铜管；4铜管弯头,2020/5/19,46,5.5辐射供冷,5.5.2冷却吊顶的水系统通常与新风系统结合供冷，须同时考虑冷却吊顶和新风系统对系统的不同要求。（1）供水温度为避免吊顶表面结露，供水温度相对较高。而新风因除湿，供水温度低得多，吊顶表面温度应比室内露点高1-2。一般冷却吊顶供水温度在14-18，实际设计多采用16，新风供水一般为6-7。(2)供回水温差：冷却