低温供水地板辐射供暖对空间热传递的计算分析

翁雯

【摘要】如今，低温热水地板辐射供暖已成为冬季的主要供暖方式之一，热传递却还存在着许多不稳定的地方，为更好的利用能源和提高人体舒适度，本文利用有限单元法计算不同空间运用各种地面材料的热量传递大小的数据和ANSYS软件对三种地暖布管方式的分析数据，得出最佳的地暖布管方式、地面填充材料和空间环境尺度以供参考。

【关键词】低温供水地板辐射供暖;空间热传递;地暖布管

随着国家政府对节能，可持续发展战略的呼吁，许多地区都选择采用低温辐射地板采暖替代早期传统的管道采暖。辐射传热不但最大限度地减小了供暖区域内的温差，自下而上均匀的温感提高了人体舒适度，维修费用也低于传统管道采暖方式。但目前，地板辐射供暖无论从设计、施工到使用，尚存在着一些问题，希望本文的数据分析能对地板辐射供暖的应用提供一些参考。

1、低温供水地板辐射供暖布管方式

低温热水地板辐射供暖是以热辐射的形式传递热量到空间内各个区域，布管主要是S形布管（图1）、回字形布管（图2）和综合布管三种方式。在SOLIDWORKS完成简单的空间建模后与ANSYAS连接，划出应用区域、调节边界条件，包括加热管管径，水温及室温，以常规墙体厚度为例，通过MIXTURE用多相流和湍流的流动模型对其空间温度和空间热流速度进行监测，并用热传导遵循空气运动方程：

和基本热量方程

结果如下：

（1）使用 S 形方式铺管时，空间环境的温度变化相对均匀，主要以铺管为中心的传热，呈扇形向四周发散。而使用 回字形方式铺管时，比使用S形方式的散热更加均匀，并且传热的死角更少。

（2）在0.5～1.8m的空间环境中，S形铺管温度比回字形铺管温度更高，在使用时，空间中的温差较大，因此回字形铺管方式更贴近人们对空间整体舒适度的需求。

（3）空间热流测试中，相同空间中采用 S 形铺管时，空间内热流流速约为0.15 m/s，采用回字形铺管时，空间内热流流速约为 0.18 m/s，所以采用回字形铺管方式可以让人体更快的感觉到空间的回暖[1]。

2、低温供水地板辐射供暖的水温调节

用DEST对照实际居民楼的地板辐射供暖进行了模拟，以简单的一室两厅构建了单元空间面积的热传递，设定了相对室外温度，在满足人均最小室内外通风量为30m3/（h·P）和人体散热约80W/人的条件下，得出房间的不同朝向的传热系数（表1）。结合地板各层结构参数（表2），在室内房间的内扰参数相对一致的情况下，利用室内白温度与热传递的对应关系：q-f（t_0 ），（q是建筑单位面积热负荷，W/m^2;t_0是室外大气的温度，℃），计算输出得：q=f（t_g ），（q 是地板辐射供暖单位面积供热量，W/m^2，t_g是 地埋管的供水温度，℃）。

在冬季低温供水地板辐射供暖的热传递大小在1.5～38.6 W/m2 之间。

（2）在室外环境温度t0≤-4℃或t0≥12 ℃时，供水温度只存在小幅度变化，在保证人体舒适度的情况下，可将低温供水设备设为三个阶段：

第一阶段：t0≤-4℃时，以 48 ℃作为供水温度。

第二阶段：-4℃

第三阶段：t0≥12 ℃时，以 34 ℃作为 供水温度[2]。

3、低温供水地板辐射供暖的其它因素

在实际生活中，环境建设不如软件虚拟建设那么完美，也存在着太多不可控因素，为了保证地暖的使用，还应从施工工艺、施工管理等方面尽可能的消除对空间设备的影响[3]。

（1）地面施工时应尽量避免以下常见通病，如地暖地面的标高过高、地暖地面空鼓、地面出现不规则裂纹、地面界条处裂缝等等。

（2）选用的材料应符合要求，例如管材的外径、最小壁厚及允许偏差应符合规范规定，绝热板材宜采用聚苯乙烯泡沫塑料，其物理性能应满足密度不应小于20kg/m、导热系数不应大于O.05W/（m.K）、压缩应力不应小100kPa等标准。

（3）地暖铺设时应严格控制管道间距、管道固定、弯曲弧度、管道接头等节点，并且做好成品保护，严禁踩踏、碾轧造成管道破坏。

（4）管道敷设完成后应进行水压试验，试验压力为工作压力的1.5倍，但不小于0.6Mpa，稳压1小时内压力降不大于0.05（下转158页）（上接156页）Mpa，以保证地暖后期的运行。

结语：

在低温供水地板辐射供暖的热传递的计算分析中，运用SOLIDWORKS建模与ANSYAS实相模拟，MIXTURE对空间温度和空间热流速度监测，再用DEST以实际居民楼为例，分析了采暖模式、水温调节及室温的影响规律。同时，为了保证供暖设备的正常，提出对地面、管道、施工等其他影響因素的要求，为了提供更舒适的生活环境和更合理的利用能源，供实际工程建设参考。

参考文献：

[1]戴桂梅.地暖地面质量通病原因分析与预防措施[J].建筑工人，2016，37（01）：14-15.

[2]耿夏日.空气源热泵结合低温热水地板辐射供暖效果研究[D].河北科技大学，2019.

[3]单朝，崔明辉，耿夏日.空气源热泵结合热水地板辐射采暖系统研究[J].供热制冷，2019（03）：42-44.