低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：采暖空間的室內(nèi)熱舒適度主要是由室內(nèi)平均輻射溫度和室內(nèi)空氣溫度決定，這兩個參數(shù)同時也影響室內(nèi)采暖系統(tǒng)的能耗大小，對于低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)，影響這兩個參數(shù)的主要因素有輻射板的布置方式、參數(shù)設(shè)計(jì)、鋪設(shè)位置，據(jù)此，本文進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：低溫?zé)崴匕遢椛洌徊膳还?jié)能性；優(yōu)化

1圖前言

低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)由于其節(jié)能性、舒適性在國外已經(jīng)得到了推廣，國內(nèi)也在不斷地研究和推廠這種新型的舒適性采暖系統(tǒng)。由于主要傳熱方式的不同，低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與對流采暖系統(tǒng)、散熱器采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的區(qū)別，那么如何根據(jù)其特點(diǎn)來進(jìn)行低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，充分發(fā)揮其節(jié)能和舒適性的優(yōu)勢呢?

跟所有的采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，系統(tǒng)既要滿足室內(nèi)人體的舒適要求還要盡可能減少系統(tǒng)能耗，對于低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)，影響這兩個參數(shù)的主要因素有三個:1.輻射板的布置方式：是采用周邊布置還是居中布置方式;2.輻射板的參數(shù)設(shè)計(jì)：即輻射板面積和表面溫度的設(shè)計(jì);3.輻射板的鋪設(shè)位置：對于輻射板不能鋪設(shè)在整個地面的情況，如何確定輻射板與外墻的位置關(guān)系。

2 輻射板布置方式的優(yōu)化選擇

按輻射板位置，輻射采暖方式可分:頂面式：以頂棚作為輻射供暖面，輻射熱占70%左右;墻面式：以墻面作為輻射供暖面，輻射熱占65%左右;地面式：以地面作為輻射供暖面，輻射熱占55%左右;樓面式：以樓板作為輻射供暖面，輻射熱占55%左右等多種形式。低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)根據(jù)輻射板布置方式又可分為:居中布置和周邊布置兩種形式。

在進(jìn)行低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)設(shè)計(jì)時，一般都是將輻射板盡量布置在室內(nèi)地表面的中心位置，而較少采用沿墻體周邊布置輻射板的周邊布置方式，但是由于建筑物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和室內(nèi)采暖要求的不同，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，是否可以采用周邊布置方式來鋪設(shè)輻射板呢?

為了對兩種布置方式進(jìn)行比較，對采用低溫?zé)崴匕遢椛洳膳绞较缕胀ǚ块g、大跨度空間和走廊在居中布置和周邊布置輻射板兩種不同情況下的能耗進(jìn)行了模擬計(jì)算。在進(jìn)行同一空間的兩種布置方式下的系統(tǒng)能耗計(jì)算時，以室內(nèi)的中心位置作為特征點(diǎn)，并保證特征點(diǎn)處的作用溫度滿足T0=18±0.2℃。

在保持室內(nèi)相同的熱舒適度時，所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)都為外墻的大跨度空間在采用沿外墻周邊布置輻射板時，系統(tǒng)能耗比采用居中布置輻射板時的系統(tǒng)能耗要大，如當(dāng)輻射板的覆蓋率為0.9時，采用周邊布置輻射板的系統(tǒng)的室內(nèi)采暖負(fù)荷為72347w，相對于采用居中布置輻射板的系統(tǒng)的室內(nèi)采暖負(fù)荷60833w要多耗能11514W;但對于只有一面外墻的普通房間和兩面外墻的走廊，兩種輻射板布置方式下系統(tǒng)的能耗曲線有一相交點(diǎn)，也就是說當(dāng)輻射板的覆蓋率等于某值時(對于普通房間和走廊該值均為0.67左右)兩種布置方式的能耗相等。而當(dāng)輻射板的覆蓋率大于該值時，對于普通房間，居中布置能耗要比周邊布置小，反之則比周邊布置能耗大，如當(dāng)輻射板的覆蓋率為0.33時，周邊布置要比居中布置節(jié)能14Ow;但對于長方形走廊則正好相反，當(dāng)輻射板的覆蓋率為0.95時，周邊布置要比居中布置節(jié)能25w。所以在進(jìn)行低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)時，如果采暖空間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)均為外墻時，則采用居中布置比周邊布置節(jié)能，但對于不是所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)都為外墻的情況則要通過具體的計(jì)算來正確地選擇輻射板鋪設(shè)方式，以達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。

3 輻射板的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在采暖季節(jié)，采暖系統(tǒng)的目的就是連續(xù)地向室內(nèi)供給熱量，以維持一定的室內(nèi)熱平衡，保證室內(nèi)居住人員的熱舒適要求。對流采暖系統(tǒng)，是通過輸送熱空氣以對流的形式來完成熱量傳送的;低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)，則是輻射板以輻射為主伴隨對流方式來向室內(nèi)供給熱量，維持室內(nèi)一定狀態(tài)的熱平衡。因此在進(jìn)行低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)設(shè)計(jì)時，我們要根據(jù)室內(nèi)的采暖負(fù)荷來確定輻射板的設(shè)計(jì)輸出功率，根據(jù)輻射板的輻射和對流傳熱特性，輻射板的輸出功率是輻射板面積和輻射板表面溫度這兩個參數(shù)的函數(shù)，那么如何來進(jìn)行輻射板面積和輻射板表面溫度這兩個參數(shù)的設(shè)計(jì)?

輻射板面積有多種不同組合值，在進(jìn)行輻射板表面溫度或輻射板面積設(shè)計(jì)時我們還要考慮兩個因素:

（1）輻射地板表面溫度。每個國家根據(jù)本國地理位置和生活水平對輻射地板表面溫度制定了不同的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此在設(shè)計(jì)時要嚴(yán)格遵照我國的相應(yīng)要求;

（2）輻射板的面積。由于要考慮家具及室內(nèi)裝飾對地板的遮擋作用，因此我們進(jìn)行輻射板面積計(jì)算時，要考慮實(shí)際情況，輻射板對地面的覆蓋率應(yīng)小于1。

4 輻射板位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

人體舒適的最基本的定義就是保持人體的蓄熱率為零。人體熱平衡公式中包含與周圍環(huán)境的輻射換熱，其值取決于室內(nèi)的平均輻射溫度。對于采用地板輻射采暖的空間，由于輻射板表面溫度與其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫差比較大，平均輻射溫度與室內(nèi)空氣溫度不相等，其值在某一點(diǎn)的取值會隨輻射板位置的變化而變化。在前而的計(jì)算中，是取采暖空間的中心點(diǎn)的作用溫度為標(biāo)準(zhǔn)，這在一般的情況下是可以滿足要求的。但是當(dāng)輻射板與外墻的距離較遠(yuǎn)，而人又離外墻較近時，能否保證人體不會出現(xiàn)明顯的不舒適感呢?因此我們在進(jìn)行輻射板位置的設(shè)計(jì)時必須考慮到最不利點(diǎn)的熱舒適度，要保證人體停留在最不利點(diǎn)時不會引起明顯的不舒適感。

4.1 普通房間的輻射板位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）室內(nèi)采暖負(fù)荷變化規(guī)律的求取。現(xiàn)有一采用低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的房間，其尺寸為6×4×2.5m，該房間南墻為外墻外，其余皆為內(nèi)墻。輻射板尺寸為6×2.5m，在保證室內(nèi)熱舒適指標(biāo)作用溫度To=18±0.2℃的條件下，以0.1米為變化步長，輻射板逐漸遠(yuǎn)離外墻，求取某個位置時室內(nèi)采暖負(fù)荷和其它熱環(huán)境參數(shù)，包括室內(nèi)空氣溫度、輻射板表面溫度和其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度。最后將各點(diǎn)用一光滑曲線連接，得到室內(nèi)采暖負(fù)荷和外墻內(nèi)表面溫度隨輻射板與外墻之間距離的變化規(guī)律。

（2）室內(nèi)最不利點(diǎn)的熱舒適指標(biāo)(作用溫度)的計(jì)算。計(jì)算人體與周圍表面的角系數(shù)和第一步得到的各表面溫度，可以得到人體在室內(nèi)不同位置時的作用溫度。對于該房間我們以人坐立在離外墻內(nèi)表面0.8米處為最不利情況，如果最不利點(diǎn)的作用溫度能夠滿足要求，則整個房間所有人可能停留的地方都可以滿足人體熱舒適的要求。根據(jù)作用溫度定義，我們求得人體在最不利點(diǎn)處作用溫度隨輻射板與外墻之間趾離的變化規(guī)律。

（3）確定輻射板的位置。當(dāng)輻射板不斷遠(yuǎn)離外墻時，最不利點(diǎn)處的作用溫度也在不斷的降低。由于室內(nèi)人員在最不利點(diǎn)長期停留的可能性不是很大，所以對作用溫度的要求也可以相對降低，以節(jié)省系統(tǒng)能耗。假設(shè)我們只要能保證室內(nèi)最不利點(diǎn)的作用溫度不小于17.3℃，找到相應(yīng)的輻射板與外墻的距離為l.45m，然后可以得到這種布置方式下，室內(nèi)的采暖負(fù)荷為608w，而當(dāng)輻射板與外墻的距離為0.0m，時，室內(nèi)的采暖負(fù)荷為628w，節(jié)能20w。所以，我們確定當(dāng)室內(nèi)要求的作用溫度不小于17.3℃時，輻射板距外墻1.45m時為最優(yōu)的鋪設(shè)位置。

4.2 大跨度空間的輻射板位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

下面我們對一尺寸為30×30×3m的大跨度空間進(jìn)行模擬計(jì)算，除南墻為外墻，其余均作內(nèi)墻考慮，輻射板尺寸為20×26m。設(shè)計(jì)步驟與前面一致，得出當(dāng)輻射板與外墻的距離設(shè)定為8m和0m時，前者在保證室內(nèi)人體舒適度的情況下比后者節(jié)能18Ow。

5 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)設(shè)計(jì)時，如果能夠根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上述三個參數(shù)的優(yōu)化，則在提高采暖房間舒適性的同時還能減少系統(tǒng)能耗，達(dá)到節(jié)能目的。

參考文獻(xiàn)

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