简介： 作者通过调研，了解到低温地板辐射采暖系统中存在室内实感温度偏高，地板表面温度也偏高和地表温度分布不均匀等问题，于是分别从供回水温度，室温选取和地面散热量等方面分析了原因，建议设计时应注意的问题和应遵循的步骤。
关键字：低温地板辐射 散热量 热负荷计算
0 引言
低温地板辐射采暖系统，以其室内温度均匀性好，舒适性好，温度梯度小，符合人体生理要求及不影响室内使用面积等优点，受到人们普遍欢迎，广泛应用于别墅、住宅、宾馆大堂、游泳池馆等场所，尤其别墅和住宅使用更为普遍。
地板辐射采暖与传统散热器或空调送风采暖在传热原理上有所不同，前者辐射所占比例大，而后者则以对流方式为主，因此两种方式房间得热有所不同，系统设计也有诸多不同之处。
笔者调研了一些低温地板辐射采暖工程，发现存在许多问题，以下几种情况比较普遍：（1）室内偏热；（2）地面温度偏高；（3）地面温度分布不均匀等。经过了解发现设计中存在一些问题，下面对这些情况做一分析。
1 室内温感偏高
出现这种情况主要由以下原因引起。
一是负荷确定时未考虑辐射采暖与对流采暖的区别，直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算。相同条件下，辐射采暖时壁面温度比对流采暖时高，减少了墙壁对人体的冷辐射，而人对室内热环境的感受常以实感温度来衡量，实感温度可比室内环境温度高2~3℃，因此在保持相同舒适感的情况下，辐射采暖室内空气温度可比对流采暖时低2~3℃或在负荷计算时取对流采暖热负荷的0.9~0.95（对于全面辐射供暖来说）。
在计算采暖热负荷时没有考虑上层地板向下的传热量，也是造成室内温度升高室内环境偏热的原因。
二是有的设计人员按参考资料提供的地板散热量直接查取管间距，甚至根据经验确定管间距，而忽略了其适用条件。如文献[1]中给出了加热管为铝塑复合管或塑料管，公称外径为20mm，填充层厚度为60mm，供回水温差为10℃时，不同加热管间距和不同平均水温时的地板散热量。当填充层厚度改变时，如改为55mm，地面层热阻减小，地板散热量加大，从而使室内温度升高，室内偏热。同理，供回水温差的改变，管间距的增减，管内平均水温的变化，也将影响地板散热量的大小。如某工程设计时供回水温度为50℃/40℃，室内温度为18℃，管间距为250mm，地面层为木地板，地板散热量约89w/m2。由于某种原因供回水温度改为55℃/45℃,供回水温差没有变，施工时未做变更，结果实际运行时，室内温度却高达23~24℃，温升约5~6℃，地表温度也升高了5℃左右。
因此设计时应进行细致的计算，否则不仅偏离设计要求，而且也将浪费能源。
2 地面温度偏高
地面温度过高，长久之后人体也会感到不适，而且对地面覆盖物也有一定影响，因此根据卫生要求、人体热舒适性条件和房间用途，对地面温度做了一些规定。地板辐射采暖时地板表面平均温度tb与加热管的管径d、管间距s、加热管埋深h、地板导热系数λ、供回水平均温度ｔｐ和室内温度ｔｎ有关，即
ｔｂ＝ｆｄ，ｓ，ｈ，λ?ｔｐ?ｔｎ
由于地板单位面积散热量ｑ与单位面积埋管的散热量有关，即与ｄ、ｓ、ｈ、λ、ｔｐ有关，则有
ｑ＝ｇ ｄ ｓ ｈ λ?ｔｐ?
因此得出近似公式
ｔｂ＝ｔｎ＋９（ｑ/１００）０．９０９
由上述公式可以知道影响地面温度的因素。在工程中引起地面温度偏高的直接原因主要有以下几个方面。
ａ?负荷偏大
如１中所述，由于多种原因，造成设计热负荷偏大。由于室内热负荷偏大，将使地板单位面积散热量ｑ增加，根据式（３）可知，地板表面平均温度ｔｂ也增大。
ｂ?供回水平均温度偏大
由１中的例子可知，当供回水平均温度ｔｐ升高时，室内温度升高，地表温度也升高。
ｃ?埋管深度不够
有些房地产开发商为了降低房屋造价，将层高减小，用户为了保证室内足够的净高，有的采用减小加热管埋深的做法。由于埋深ｈ减小，使地板热阻减小，而且单位面积地板散热量ｑ增加了，从而使得地面温度ｔｐ偏高。如图1所示，图中实线为等温线，虚线为热流线。由图可知，埋深h越小，地面温度tb越接近加热管温度。
3 地面温度分布不均匀
地面温度分布均匀程度主要受埋管深度h、管间距s大小、布管方式等影响。
3.1 埋管深度与管间距
如图1所示，沿热流线方向填充层的热阻是变化的，这样使得辐射板表面是不等温面，管顶所对应的地面温度tb最高，当相邻两加热管中的热水温度相等（t1=t2）时，两管中间处的地面温度tS/2最低。埋深h越小，tb-tS/2越大，地面温度分布越不均匀。因此埋深减小不仅导致地面温度偏高，而且使地面温度分布也不均匀。
在图1中，当管间距s增大时，两管间叠加强度减小，tS/2减小，tb-tS/2将增大，地面温度分布更加不均匀。为了保证地面温度分布均匀性，工程中一般限定管间距不宜大于300mm。当地面散热量大时，即使管间距为300mm也显得过密，此时可通过调整加热管水流量，水温等来适应要求。
总之，管间距越小，埋深越大，地板表面温度越均匀，因此设计时应注意这一点。
3.2 布管方式
沿加热管水流方向，水温逐渐降低。图1表示了两管内水温相等的情况，当两管内水温不等时，如t1>t2，则等温线和热流线分布如图2所示，
温度最低值不在s/2处，而是偏向温度较低的一侧。地板辐射采暖常用的布管方式有平行排管式，蛇形排管式及回字形盘管式，如图3所示。图中表示了各种布管方式地板表面温度变化情况。第一种方式地板表面平均温度沿水的流程方向逐步均匀降低；第二种方式地板表面温度在小面积上波动大，但平均温度分布较均匀。第三种方式辐射板表面平均温度也是沿水的流程波动，如果布置合理，辐射板表面平均温度波动将很小，温度分布更均匀。
三种布管方式地面温度分布与波动情况是不一样的，房间内具体采用何种方式应根据房间用途，房间热工热性，遵循温度均匀分布原则而定。
3.3 其他情况
由于沿外窗或外墙侧热损失较大，一般将高温管段优先布置在该处，或在沿外窗外墙一定范围内布管密些，即缩小管间距。这一点工程设计中基本注意了，但个别工程在这些地方布管过密，沿外窗外墙侧地面温度偏高，加大了热损失。
对于局部区域温度过高的情况（如加热管出口处温度较高，而且布管较密），当对该处地面温度有要求时，应在加热管上方加装隔热板。这是工程中常出现的问题，由于布水器有多个分支管，且出口间距一般为80~100mm，因此出口处地面温度往往偏高，有的甚至超过规定温度，对地面材料产生了一定破坏，因此设计中应注意。
4 建议
综合以上诸多问题，多是由于设计中没考虑辐射采暖的特点而造成的。地板辐射采暖设计看似简单，实际设计中需综合考虑室内温度、地面温度高低、地面温度分布均匀性等的要求，以及相互之间的关系。室内温度与地面温度以及地板散热量有很强的耦合性，某一者的变化将引起其他量的连锁变化。
假设：已知地板做法；加热管选用铝塑复合管（XPAP）、交联聚乙烯管（PEX）或三型聚丙烯管（PP-C）。
设计中可遵循以下步骤:
a) 计算热负荷，根据辐射采暖特点，确定出房间实际需热量；
b) 根据已知条件，如建筑面积、地面结构及材料、室内温度要求以及房间要求的地面温度范围，确定地板散热量q。
c) 根据散热量q、室内温度tn、供回水温度tg/th、地板热阻R，并假定加热管管径d，初步确定管间距s。
若管间距s≤300mm，则进行下一步；若不满足，首先调整供回水温度（在温差不变的前提下），重新计算管间距s，直至合适为止。
d) 根据房间布置情况，并在保证单管长L≤120m的条件下，确定支管数，根据房间用途及热工特性，遵循温度均匀分布的原则进行布管。布管时应注意尽量使各并联管路平衡。
e)计算各支管水量G，校核系统阻力是否平衡，注意管内的流速V不应低于0.25m/s。
5 小结
a) 低温地板辐射采暖是以辐射传热为主的采暖方式，因此热负荷计算时应与对流采暖方式加以区别。
b) 室内温度、地面温度及地表面散热量有很强的耦合关系，注意某个量的变化将引起其他量的相应变化。
c) 管路布置时应注意保证地面温度分布均匀。
总之，低温地板辐射采暖系统设计应认真计算，不应简单按经验套用，否则一方面将造成室内不舒适，另一方面造成能源的浪费。
参考文献
1 低温热水地板辐射采暖工程技术规程.河北省工程建设标准DB13/T（J）28-2000
2 陆亚俊、马最良、邹严华.暖通空调.北京：中国建筑工业出版社，2002