地板采暖技术的发展与应用

地板采暖技术的发展与应用

随着世界经济的快速发展，人们对生活质量的要求越来越高，建筑能耗显著增加。目前,我国采暖地区冬季采暖能耗为全国总能耗量的10%,且这一比例还在不断增长,据建设部推算,到2020～2030年,我国建设能耗将占社会总能耗的30%～40%,达到欧美国家目前比例,并将超过工业能耗,成为社会第一能耗大户。我国城市居民采暖主要是城市集中供暖,采暖方式主要是传统的散热器采暖方式。随着国民经济的发展,传统的供暖方式环境污染、锅炉房及外网占地巨大,系统失调,热舒适度不高和收费难等问题凸现出来。于是,一种全新的采暖方式-低温热水地板采暖技术逐渐兴起。1暖、地板采暖系统低温热水地板辐射采暖技术是将温度低于60℃的热水送入埋设在地下的加热盘管加热地面,地面被加热后,释放8～13μm的远红外线,对人体产生刺激,使人感到温暖。传统的散热器采暖主要通过对流传热的形式将散热器周围的空气及周围的围护结构加热,整个传热过程以对流传热为主,辐射换热只占很小的比例。地板采暖主要以地板作为散热面,以辐射换热的形式对室内空气、顶棚和围护结构进行加热,从而维持室内温度的恒定。此外,地板采暖消除了室内的局部高温区,减少外围护结构的附加传热量。一些重要建筑都采用钢管或铜管地板采暖系统。1987年,机械委上海材料研究所成功仿制全套地板采暖塑料管材,并在北京河南饭庄进行了第一个试点工程。近年来,随着国家政策的鼓励和地板采暖技术的成熟,地板采暖正得到人们的认可和推广。2地板供暖技术的独特性(1)热空气滞留层图1(a)为传统的散热器采暖,容易在室内形成个不均匀温度场,使空气受热上升,在房间上部形成热空气滞留层,使房间上部过热,降低热量的有效利用率。从图1(b)可看出,主要依靠地面辐射换热,地板采暖使人所在的距离地面2m以下的空间,温度梯度较小,并且脚部温度要比头部温度高2～3℃,这样就产生一种“脚暖头凉”的十分舒适的效果,符合人体生理学特点。(2)减轻重压减少空气扰动,减轻二次污染地板采暖能有效减少强制对流采暖和散热器采暖因对流换热所引起的室内空气扰动,从而减少室内空气中的灰尘含量,同时也减轻了燃煤、燃气等对室内空气的二次污染。(3)上合口,合直接常规暖气片采暖,一般100m2占有效使用面积达2m2左右,而且上下立横管多,给装修和使用带来不便。地板采暖则是将加热盘管全部置于地面装饰层以下,地面上只有分集水器,几乎不占用任何实际使用面积。(4)减少了对外界的因地板采暖的热水管道基本都在地面以下,被保温层和填充层包裹,从而减少了对外界的散热损失;地板采暖拥有分区温控装置,用户可根据需要自己调控室内温度高低以及供暖系统的开闭,平均每户节能幅度能达到30%左右,整个系统将节能40%。(5)更换一次的原因传统的散热器采暖多采用钢管和铸铁形式,但往往会出现结垢和腐蚀的情况,一般8～10年就要更换一次;而地板采暖则采用新型的塑料管材,如交联聚乙烯、交联铝塑复合管等,抗腐蚀、不结垢,正常使用寿命一般在50年以上,节省维修费用。(6)泉、传统锅炉供暖回水、其他低温热源地板采暖所需供水温度不超过60℃,供回水温差一般为10℃左右,因此可以直接利用太阳能、工厂的余热、天然温泉、传统锅炉供暖回水或其他低温热源。荷兰的Virtanen和Ala-Juusela在著作《LOWEXERGYSYSTEMSFORHEATINGANDCOOLINGFORBUILDINGSGUIDEBOOKSUMMARYREPORT》中强调,建筑采暖要首先选用低温热源,整个系统使用低温系统。3结合加工工艺的情况对治疗方向的影响随着地板采暖技术的发展,传统的湿式地板采暖(结构见图1)也曝露出诸多缺点,如由于保温层混凝土施工不合格,长期受热,而引起混凝土开裂现象;此外,湿式系统的地面重量较大,加上地面承重不均匀,很容易造成绝热层苯板受压变形,导致地面变形等问题。为了解决湿式地板采暖的这些难题,邱林等对干式地板采暖技术进行了研究。干式系统不仅从结构上解决了传统的湿式结构存在的问题,并且从实验的角度对干式地板采暖系统的传热性能和热舒适度等问题进行了测试,论证了这种技术的经济和技术的可行性。此外,河南农业大学的刘圣勇教授和杨群发高级实验师也对这种干式地板采暖进行了研究,并联合河南皋龙能源应用设备有限公司,对干式地板采暖的施工工艺进行了优化,将这一技术推向市场。但干式地板采暖技术依然存在问题,即干式系统的加热管周围没有了混凝土保温层,而是空气,从而使地面的蓄热性能大大降低,同时也降低了室内温度的稳定性。要解决这一问题,需在加热管周围填充蓄热保温材料,但我国的蓄热保温技术还不完善,产品成本较高,目前只能以一些低成本的混凝土轻型瓷砖作为填充,提高系统的蓄热保温性能。此外,地面装饰层的选择,也会对地板采暖的效果产生影响。随人们对高品质生活的追求,很多家庭选择瓷砖、木质地板、地毯等作为地面装饰层。研究表明,在相同的供热条件和地板构造条件下,在同一房间,以大理石、瓷砖(热阻为0.02m2·k/W)等作面层的地面散热量,比木质地板(热阻约为0.10m2·k/W)作为面层要高30%～60%;比地毯(热阻约为0.15m2·k/W)要高60%～90%。由分析可以看出,地面散热量与面层材料的选择有很大关系,地面散热量随面层热阻的变大而减小。因此,应尽量选择热阻小于0.05m2·K/W的材料作面层。若要选择木质地板或地毯等作为地面装饰层,则应在地暖施工前向设计、施工人员说明,在施工时应适当调小管间距,保证地面散热量的稳定。从2000年起,我国地暖安装面积年增长率高达60%以上,到2005年,采暖安装面积已突破5000万m2。地板采暖采用温度低于60℃的低温热水为热媒,因此有人建议采用散热器回水作为地暖热媒。这种方法在理论上能够实现,但在实际施工过程中存在问题。散热器采暖供回水温差一般为25℃左右,如果将回水作为地板采暖热媒,则回水温度将降到60℃以下,这将产生供回水温差变大,流量减少,扬程增加,管径减小,流速加快,压降增大,压差增大,水力失调严重等一系列问题。此外,采用串联系统,还易造成水质交叉污染,对地暖管道造成堵塞、腐蚀老化等问题。4推广地板采暖技术地板采暖技术在我国起步较晚,与发达国家相比,发展速度还比较缓慢。资料显示,韩国地板采暖占总采暖面积的85%,加拿大65%,丹麦约80%。目前,我国地板采暖占总采暖面积的比例还比较小,地板采暖技术在我国有很大的市场潜力。目前,国家正大力推进“新农村”建设,农村经济和农民生活水平正逐步提高。太阳能热水器在农村的普及