毛細管網供暖室內環境對比實驗研究

陳金華 梁秋錦 李楠 高亞鋒 劉紅 楊雯芳

摘要：對重慶地區毛細管網輻射供暖系統進行測試，分析在35 ℃供水工況下毛細管網頂棚、墻面、地面3種敷設方式的室內空氣溫度、圍護結構壁面溫度等參數。結果表明：在重慶地區35℃供水工況下，毛細管網頂棚、墻面、地面3種敷設方式供暖穩定時，室內人員活動區平均溫度分別為16.53 ℃、16.4 ℃、16.94 ℃、輻射表面平均溫度分別為29.21 ℃、28.17 ℃、22.98 ℃，縱向最大溫差分別為1.76 ℃、3.16 ℃、0.3 ℃，水平最大溫差分別為-0.26 ℃、0.59 ℃、-0.34 ℃，在實驗條件下，該地區3種敷設方式供暖時室內溫度均≥16℃，毛細管網構造層厚度與敷設位置直接影響室內舒適度。

關鍵詞：毛細管網；敷設方式；輻射供暖；室內舒適度

中圖分類號：TU831 文獻標志碼：A文章編號：16744764（2018）02008807

收稿日期：20170618

基金項目：國家國際科技合作與交流專項（2014DFA62970）；重慶市科技研發基地建設計劃（cstc2013gjhz90002）；重慶市基礎與前沿研究計劃一般項目（CSTC2014jcyjA90018）

作者簡介：陳金華（1973），男，教授，博士生導師。主要從事暖通空調、建筑節能、綠色建筑、可再生能源及新能源開發與利用研究，Email：c66578899@126.com

Received：20170618

Foundation item：National International Scientific and Technology Cooperation and Exchange Projects（2014DFA62970）；Chongqing Science and Technology Research and Development Base Construction Project（cstc2013gjhz90002）；Chongqing Foundation and Frontier Research Program General Project（CSTC2014jcyjA90018）

Author brief：Chen Jinhua （1973）， professor， PhD， main research interests： HVAC， Building energy conservation， Green building， Renewable energy and new energy development and utilization， Email： c66578899@126.com.Capillary radiant heating contrasting experimental research

on indoor environment

Chen Jinhua1， Liang Qiujin2， Li Nan1， Gao Yafeng1， Liu Hong1，Yang Wenfang1

（1a. Chongqing University Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Regions EcoEnvironment， Ministry of Education；

1b.National Centre for International Research of Lowcarbon and Green Buildings， Chongqing 400045， China；

2. Chongqing Newopen Real Estate，Co.， Ltd. Chongqing 400010， P.R. China）

Abstract：Tests of capillary radiant heating system in Chongqing district were taken and indoor temperature， surface temperature of envelope in condition of three different capillary laying modes （ceiling， wall and floor） with 35 ℃ supply water temperature were analyzed in this paper. The experimental data indicates that in the three different conditions， when the temperature of the supply water is 35 ℃， the average temperature of indoor air is 16.53 ℃， 16.40 ℃ and 16.94 ℃ respectively and that of radiation surface is 29.21 ℃， 28.17 ℃ and 22.98 ℃ respectively. The largest vertical temperature difference tested is 1.76 ℃， 3.16 ℃ and 0.3 ℃ while the largest horizontal difference tested in the direction fall is -0.26 ℃， 0.59 ℃， -0.34 ℃ respectively. It is shown that the system meets the requirements of indoor temperature16℃ in three conditions. Both the thickness of capillary structure layer and the laying mode have an directly influence on the indoor thermal comfort.

Keywords：capillary floor， laying mode， radiant heating， indoor thermal comfort

毛細管網輻射供暖系統作為一種新型低溫熱水輻射供暖形式，具有舒適度高、安靜、衛生安全、節能、蓄熱能力較強、節省建筑空間、布置靈活、可利用低品位能源等諸多優勢。因此無論是從系統的舒適性還是節能性上考慮，毛細管網輻射供暖系統都有巨大的應用潛力[12]。Miriel等[3]等對毛細管頂棚供冷/供暖進行了軟件模擬和實驗測試，效果良好；Causone等[4]通過實驗研究，提出了冷卻吊頂與房間換熱的自然對流換熱系數和輻射換熱系數，并提出了統一參考溫度設計及計算的重要性；Mikeska等[56]針對毛細管輻射供冷供暖系統在高性能混凝土夾層中的傳熱過程，分析了不同的供水溫度、毛細管間距和混凝土厚度時混凝土的表面溫度；Lbeurn等[7]從舒適性指標和節能型指標論證了低溫熱水地板輻射供暖具有很大的節能效果；Olesen等[8]建立地板輻射供暖系統，通過室外環境溫度、外窗傳熱和內部熱源等主要影響因素對地板換熱進行分析，提出了地板表面對流換熱系數新的計算方法；Leiq等[9]研究了地板輻射供暖系統室外溫度同供水溫度之間呈線性關系；吳小舟等[10]等對輻射地板傳熱過程進行分析，提出了基于形狀因子的輻射地板傳熱量計算等效熱阻模型。王婷婷等[1112]等建立物理及數學模型，研究了不同輻射方式的供暖換熱量。并通過設定物理模型，對不同供水溫度，不同敷設方式下的供冷能力進行了對比計算。李永安等[13]等闡述了毛細管網傳統敷設方式及其換熱性能，利用Airpark對毛細管網與天花板呈一定夾角敷設形式進行了模擬研究；李莉等[14]采用CFD軟件建立模型，對毛細管席敷設在房間內的不同位置進行了冬夏兩季多工況的數值模擬，得到了相對應的溫度和PMV，PPD分布圖；薛紅香等[15]、孫娟娟等[16]分別建立了數學模型模擬了毛細管網不同輻射情況下的舒適性。

現有文獻的研究均是通過模擬與理論計算對毛細管網不同敷設方式進行供暖的研究，或是僅對單一敷設方式進行模擬實驗分析，并沒有通過實驗對毛細管網不同敷設方式進行供暖研究。通過35 ℃供水溫度下頂棚、墻面、地面3種敷設方式供暖的實驗，從室內空氣溫度、輻射表面溫度、其他壁面溫度等角度全面分析不同敷設方式毛細管網供暖的舒適性。為毛細管網輻射供暖系統在重慶地區的應用提供一定的參考價值。

第2期 陳金華，等：毛細管網供暖室內環境對比實驗研究1實驗系統介紹

1.1實驗房間概況

實驗在重慶大學輻射供暖實驗平臺進行，實驗對象是如圖1所示兩間相同房間，410房間，412房間，每個房間面積為21 m2，房間尺寸為6 000 mm×3 500 mm×2 700 mm（長×寬×高），門尺寸800 mm×2 100 mm（寬×高），外窗尺寸2 700 mm×2 000 mm（寬×高）；窗戶為鋁合金單層窗，玻璃厚度為6 mm，內敷設藍色厚窗簾；建筑外墻為240 mm的實心磚墻（未做保溫），內墻為200 mm厚的實心磚墻，室內未布置任何家具。

圖1實驗房間平面圖

Fig.1Experimental room plan1.2實驗系統

1.2.1冷熱源實驗系統冷熱源采用空氣源熱泵機組，冬季利用空氣源熱泵機組制取45 ℃的熱水，45 ℃的高溫熱水通過換熱水箱溫度降為35 ℃，供給毛細管網末端，毛細管網管路的供水溫度通過換熱水箱上的比例積分調節閥進行控制。原理圖如圖2所示。

圖2冷熱源原理圖

Fig.2Schematic diagram of cold and heat source1.2.2實驗末端實驗系統分為3種敷設方式，412房間頂棚敷設毛細管網，地面敷設毛細管網，410房間墻面敷設毛細管網，毛細管網均采用同側供回的S型，為滿足室內熱負荷，計算得出毛細管網規格數量等參數見表1。表1實驗房間毛細管網敷設參數

Table 1The situation of capillary radiation敷設

部位房間面

積A/

m2敷設面

積A1/

m2管徑d/

mm規格/

mm數量/

塊間距d/

mm頂棚2110.54/4.81 000×3 500320墻面21104/4.81 000×2 500420地面2110.54/4.81 000×3 500320

3種敷設方式具體敷設位置圖，構造示意圖，如圖3、4所示。

圖3毛細管網敷設具體位置

Fig.3The location map of capillary radiation圖4毛細管網構造示意圖

Fig.4The structure map of capillary radiation1.3實驗內容

1.3.1測試方案實驗測試于冬季（2016年1月末至2016年2月初）早上9：00-次日7：00進行。實驗房間前一天未做任何實驗，實驗期間為保證后續人員實驗提前2 h關閉機組。頂棚，墻面，地面3個工況，每個工況測試1 d，具體運行工況詳見表2。根據文獻[17]，毛細管網輻射系統供暖時，供水溫度宜符合表3的規定，供回水溫差宜采用3 ℃～6 ℃。因此本實驗測試35 ℃供水溫度下，3種敷設方式室內外溫度與圍護結構壁面溫度等參數。實驗期間，實驗房間相鄰房間均為供暖房間，實驗人員1人。測點按照文獻[18]相關規定布置，具體見圖5和圖6。測試時間間隔均為10 min一次，實時監測。表2實驗系統運行工況

Table 2The running state of experiment system供水溫度測試房間運行時間備注35 ℃412頂棚