第5章辐射采暖与辐射供冷

1第5章辐射采暖与辐射供冷5.1定义与分类5.1.1辐射采暖(供冷)定义主要依靠供热(冷)部件与围护结构内表面之间的辐射换热向房间供热(冷)的采暖(供冷)方式称为辐射采暖(供冷)。辐射采暖与对流采暖的主要区别：辐射采暖时，房间各围护结构内表面(包括供热部件表面)的平均温度mst.高于室内空气温度Rt，即mst.Rt对流采暖时，mst.Rt。通常称辐射采暖的供热部件为采暖辐射板。辐射供冷时,房间各围护结构内表面(包括供冷部件表面)的平均温度mst.低于室内空气温度Rt，即mst.Rt5.1.2辐射板的分类1.按与建筑物的结合关系埋管式辐射板：将通冷、热媒(冷冻水或热水)的金属管或塑料管埋在建筑结构内，与其合为一体，如图5-1(a)；风道式辐射板：利用建筑结构内的连贯空腔输送热媒(热空气等)向室内供热，如图5-l(b)。图5-1与建筑结构结合的辐射采暖板(整体式)2(a)埋管式(b)风道式l-防水层2-水泥找平层3-保温层4-采暖辐射板5-钢筋混凝土板6-加热管(流通热媒的钢管)7-抹灰层贴附式辐射板：将辐射板贴附于建筑结构表面，如图5-2所示。单体式：由加热管1、挡板2、辐射板3(或5)和隔热层4制成的金属辐射板。如图5-3所示。单体式辐射板还可串联成带状辐射板吊在顶棚下，挂在墙上或柱上，如图5-4。吊棚式辐射板：将通热媒(或冷媒)的管道4、隔热层3和装饰孔板5构成的辐射面板用吊钩挂在房间钢筋混凝土顶板2之下，如图5-5所示。这种辐射板也常用于辐射供冷。2．采暖辐射板按其位置35.1.3辐射采暖的特点1．辐射供暖比对流供暖舒适辐射采暖同对流采暖相比，↑围护结构内表面温度(Rmstt.)，创造了对人体有利的热环境，↓人体向围护结构内表面的辐射放热量，热舒适度增加。辐射采暖同对流采暖相比，↑辐射换热的比例，但仍存在对流换热。↑辐射换热比例=f(热媒的温度、辐射热表面的位置)各种辐射采暖方式的辐射放热量比例：顶面式70％-75％；地面式30％-40％；墙面式30％-60％2．辐射采暖时沿房间高度方向温度比较均匀，温度梯度小，房间无效热损失减少，节省采暖能耗。图5-8给出不同采暖方式下沿高度方向室内温度的变化。比较条件：以房间高h为1.5m处，空气温度Rt为18℃。4从图上可看出：⑴热风采暖时(曲线1)，沿高度方向温度变化最大，房间上部区域温度偏高，工作区温度偏低。⑵采用辐射采暖(曲线3和4)，特别是地面辐射采暖(曲线4)时，工作区温度较高，地面附近温度升高，有利于改善人的舒适度。⑶设计辐射采暖时相对于对流采暖时规定的房间平均温度可低1-3℃，使人体对流放热量↑，人的舒适感↑，并↓房间上部温度升高增加的无效热损失。因此辐射采暖可节省采暖能耗。图5-8不同采暖方式下沿房间高度室内温度的变化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3．辐射供暖对流散热量少，室内气流速度低，避免了尘土飞扬，卫生条件好。4．辐射供暖出投资大。5.2辐射采暖系统5.2.1辐射采暖系统的热媒可用：热水、蒸汽、空气和电。1．用热水作热媒温升慢，混凝土板不易出现裂缝；可以采用集中质调节。2．蒸汽作热媒温升快，混凝土板易出现裂缝；不能采用集中质调节。混凝土板热惰性大，与蒸汽迅速加热房间的特点不相适应。3．用热空气作热媒将墙板或楼板内的空腔作风道，使建筑结构厚度要增加。4．用电热媒5用电加热的辐射板,具有许多优越性，板面温度容易控制，调节方便，但要消耗高品位电能。5.2.2热水辐射采暖系统1．采暖辐射板的加热管采暖辐射板加热管的型式与采暖辐射板的位置、尺寸及类型有关。⑴窗下辐射板加热管如图5-9所示。图5-9窗下采暖辐射板的加热管(a)蛇型管(b)排管⑵踢脚板式采暖辐射板加热管一般采用图5-10所示的U形加热管。图5-10踢脚板式采暖辐射板(a)侧视图(b)正视图⑶墙面采暖辐射板加热管如图5-11所示，(a)为用于带闭合管单管系统；(b)用于双管系统；(c)用于垂直双线系统。6图5-11墙面采暖辐射板的加热管(a)用于带跨越管的单管系统(b)用于双管系统；(c)用于垂直双线系统⑷地面采暖辐射板加热管如图5-12所示，(a)平行排管式；(b)蛇形排管式；(c)和蛇形盘管式。加热管可采用铝塑复合管等热塑性管材，埋设部分无接头，避免了渗漏之忧。图5-12地面采暖辐射板的加热管(a)平行排管式(b)蛇形排管式(c)蛇形盘管式埋设方案见图5-13。图5-13地面采暖辐射板中铝塑复合管的设置l-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7与建筑结构结合或贴附的顶面采暖辐射板的加热管与地面采暖辐射板类似。⑸单体悬挂式金属采暖辐射板加热管如图5-14所示。图中尺寸a、b、c分别为辐射板的长度、高度和厚度。图5-14单体悬挂式辐射板的加热管(a)加热管为蛇形管，波形辐射屏(b)加热管为排管，平面辐射屏l-加热管2-辐射屏3-隔热材料2．辐射采暖系统设计要点⑴系统型式热水辐射采暖系统：上供式或下供式，单管或双管系统。①窗下辐射板可采用单管系统、双管系统或双线系统，如图5-11。②地面辐射板、顶面辐射板、地面-顶面辐射板应采用双管系统，以利于调节和控制。a.地面-顶面辐射板如图5-15所示，采用下供上回式双管系统中的辐射板与管路连接方式。图5-15下供上回双管系统中的地面-顶面采暖辐射板1-地面-顶面采暖辐射板2-供水立管3一回水立管4-关闭调节阀5-放水阀8辐射板1并联于供水立管2和回水立管3之间，可用阀门4独立地关闭，用放水阀5放空和冲洗。b.墙面采暖辐射板可按图5-11的型式采用单管、双管或双线系统。可只在建筑物的个别房间(例如公用建筑的进厅)装设混凝土辐射板。如安装窗下辐射板，可连到供水管上；如安装顶面、地面辐射板，可连到回水管上。如图5-16所示。图5-16地面采暖辐射板与回水干管的连接l-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于管7-旁通管上的调节阀8-放水阀3．辐射板水平安装时，其加热管内的水流速不应小于0.25m/s，以便排气。应设放气阀和放水阀。4．采暖辐射板作为末端装置，其阻力损失比散热器大得多，且不同辐射板阻力损失差别较大，因此在一个采暖系统中宜采用同类辐射板，否则应有可靠的调节措施及调节性能好的阀门调节流量。5.3辐射采暖系统的设计计算5.3.1辐射板的表面温度混凝土辐射板的表面温度ts与加热管的管径d、管间距s、管子埋设厚度h、混凝土的导热系数λ、热媒温度thm和房间温度tR等有关,即),,,,,(Rhmstthsdft(5-3)一般采用铝塑复合管等热塑管，其管径规格为12/16、16/20、20/25(内径/外径)等，在给定Rhmttd,,,的数值后，辐射板表面温度),(hsfts。s越小，h越大，板面温度越均匀，但造价越高。⑴地面辐射板加热管周围温度分布地面辐射板在每一加热管周围的混凝土块内温度分布，如图5-17所9示，图中实线为等温线，虚线表示热流。①热流线起始于加热管，终止于辐射板表面。沿不同的热流方向混凝土的热阻是变化的，使得辐射板表面是不等温面。②加热管管顶所对应的混凝土表面温度最高，为t0，两相邻加热管之间(距离s/2处)的混凝土表面温度最低，为ts/2。图5-17两面放热的采暖辐射板中的温度场和板表面温度的变化1-地面-顶面混凝土辐射板2-加热管3-等温线4-热流线⑵地面辐射板沿水的流程混凝土表面温度分布图5-18所示。图5-18地面采暖辐射板表面温度的变化(a)平行排管式(b)蛇形排管式(c)蛇形盘管式图中st--地面表面平均温度的变化范围。10图(a)平行排管式：用单根管道平排成蛇形，辐射板表面平均温度沿水的流程逐步均匀降低；图(b)蛇形排管式：用供水管和回水管并列平排成蛇形，辐射板表面温度在小面积上波动大，平均温度分布较均匀；图(b)蛇形盘管式：供水管和回水管并列盘成螺旋形，辐射板表面平均温度也是沿水的流程波动的。混凝土辐射板表面的平均温度是计算辐射采暖的基本数据，辐射板表面最高允许平均温度应根据卫生要求、人的热舒适性条件和房间的用途来确定。对不同采暖辐射板，各房间的最高允许平均温度：对地面采暖辐射板托儿所、幼儿园24℃住宅24℃厂房26℃人员长期停留场所26℃人员短期停留场所30℃卫生间31℃对顶面采暖辐射板层高2.5-2.8m28℃2.9-3.0m30℃3.1-3.4m33℃3.5-6m36℃对墙面采暖辐射板离地面高度＜1m95℃l-3.5m45℃＞3.5m不规定顶面辐射板温度过高，使人头部不适；地面辐射板温度过高，时间长久之后，人体也会不适。地面采暖辐射板表面的平均温度还应受地面覆盖层最高允许温度限制。例如：镶木地板采用铝塑复合管辐射板时，最高允许温度为27℃。5.3.2盘管的水力计算1.铝塑复合管的沿程比摩阻RdvR22式中λ--沿程阻力系数，可由下式计算：11KdKdbbipi7.3lg1Relg7.3lg)2(312.125.0b--水的流动相似系数；K--管子的当量粗糙度，m；对铝塑管：K＝1×10-5m；Rep--实际的雷诺数；di--铝塑管的内径，m。热媒温度为80℃时，铝塑管的比摩阻R值可查附录5-1“铝塑管的水力计算表”。如热媒平均温度不等于80℃时，由附录5-1查出的比摩阻R需用下式进行修正：RRt(5-8)式中Rt--热媒在计算温度和流量M下的比摩阻，Pa/m；R--用M查附录5-1得到的比摩阻，Pa/m；α--比摩阻修正系数，查表5-1。比摩阻修正系数的值表5-1热媒平均温度（℃）908070605040系数α0.9811.021.051.081.112．管径计算铝塑管的材质和制造工艺与钢管不同。在进行水力计算时应考虑管子的管径及壁厚的制造偏差。用下式来确定管子的计算直径(内径)：)242(5.0ssdddeei（5-9）式中de--铝塑管外径，m；Δde--铝塑管外径的允许误差，m；s--铝塑管壁厚，m；Δs--铝塑管壁厚的允许误差，m。3．局部阻力损失铝塑管所有的局部阻力系数可由附录5-2确定。5.3.3地面辐射板供热量的计算地面采暖辐射板的供热量与热媒的温度、流量，加热管的管径、材质、间距、位置、盘管型式，混凝土的导热系数、厚度，采暖辐射板表面的温度及其分布、背部材料的导热系数、厚度等许多因素有关。12俄罗斯莫斯科卫生工程研究所对铝塑管进行了系统的热工试验，得到了每米长明装铝塑管散热量的试验数据并纳入其设计规范，其结果可见附录5-3、5-4。1．传热温差tRfbtttt2(5-10)式中fbtt,--管道起、终点热媒温度，℃；Rt--辐射采暖时室内空气的温度，℃。2．每米长塑料管的散热量附录5-3是离地l00mm水平明装铝塑管的散热量；附录5-4是垂直明装铝塑管的散热量。每米长塑料管的散热量根据管径和传热温差Δt，由附录5-3、5-4确定。3．其他情况下铝塑管采暖辐射板的散热量⑴当管子明装时的有效散热量取表中数值的90％-100％；⑵当在天棚下明装水平管道的有效散热量取表中数值的70％-80；⑶当管子埋于重混凝土(混凝土的密度≥2000kg/m3、导热系数λ=1.8W/(m·℃)楼板或隔墙中时，有效散热量是表中数值的2倍；⑷当管子埋于轻混凝土中时，有效散热量是表中数值的1.1-1.15倍。5.4电热膜辐射采暖1．定义：电热膜是一种通电后能发热的、厚度很小(0.24mm)的半透明聚酯薄膜。2．结构：由特制的可导电油墨、金属载流条经印刷、热压在两层绝缘聚酯薄膜之间制成的一种特殊的加热产品。3．功用：将其布置在建筑结构中可实现辐射采暖。4．特点：电热膜辐射采暖具有辐射采暖和电采暖的优点。没有直接的燃烧排放物，便于控制，运行简便、舒适。但要消耗高品位的电能，设计不当时运行费用较高。5．适用范围：可用在集中供热热源不足、电价低廉的地区，对环保有特殊要求的地方及节能建筑中作为集中供热的辅助和补充采暖型式。5.4.