對流供暖與輻射供暖方式的數值研究

戚慶選

摘 要 室內熱環境舒適與否取決于一系列影響人體冷熱感覺的環境因素。室內良好舒適的環境使人精神愉快，工作效率提高，研究表明適宜的熱環境可提高生產率達18%。傳統的散熱器采暖是靠氣流流動來取暖的，衛生條件差。而采用地板輻射采暖的室內，供暖任務由遠紅外線輻射承擔，室內傳熱溫差小，室內氣流的自然對流換熱減弱，則室內產生的上升氣流小，空氣流動緩慢，故含塵量小，室內有較好的空氣品質。本文對目前人們使用最為廣泛的散流器對流供暖、地板輻射供暖兩種供暖方式進行研究。

關鍵詞 供暖方式;對流供暖;輻射供暖

1散熱器對流供暖

目前，普通住宅多數以雙立管供暖方式為主，用戶室內散熱器為水平串聯，進戶處安裝鎖閉閥以便實現分戶控制，同時可以控制流量以調節室內溫度。不過散熱器供暖的調節能力較差，容易出現水平失調現象，既室內末端房間冷、始端房間熱的現象。從供暖公司對用戶調查中發現，大部分用戶都是對北向房間室內溫度不是太滿意，如果此房間位于串聯散熱器的末端，則溫度會更不理想。另一方面，普通散熱器影響著室內的美觀，雖然近些年一些工藝性的散熱器大量使用，但它仍然占據著室內空間。還有一些用戶把散熱器包裝一下，這勢必影響它的散熱效果。另外，散熱器供暖系統存在用戶私自放熱水的現象，甚至發現用戶私自接管以做他用。因為室內每組散熱器都安裝有排氣閥，在早上7：00～8：00和18：00～20：00這兩個時間段內，用戶在室內溫度不理想的情況下會打開排氣閥放出熱水以促進循環，根據沈陽地區集中供暖實際運行情況發現，每天早晚會集中出現兩次管網供回水溫度下降這種情況，同時引起供熱管網壓力下降，補水泵開始補涼水，這種情況下勢必增加鍋爐的負荷，加大能耗[1]。

常規散熱器的熱工計算：

F=Qβ1β2β3/K（tp-tN）

式中，F為散熱器的散熱面積，m2;Q為散熱器的散熱量，W;tp為散熱器內熱媒的溫度差，℃;tN為室內供暖計算溫度，℃;β1、β2、β3分別為散熱片組裝數修正系數、連接形式修正系數、安裝方式修正系數。

由上述公式可以計算出房間所需散熱器的面積和片數。沈陽地區多以鍋爐房熱水集中供暖為主，在每個住宅小區都設有換熱站，由板式換熱器進行水—水換熱。根據沈陽某供暖公司實際運行情況，二級管網供水溫度最冷月在50℃左右。如果新建住宅散熱器設計供回水溫度按95℃～70℃計算，容易導致室內溫度不理想，這樣會導致部分用戶會私自增加散熱器的面積;或者有設計人員根據當地熱源實際溫度，降低設計參數的，這樣也會增加散熱器片數，管路阻力也會增大，對整個管網運行不利，易產生水力失調。

2低溫地板輻射供暖

習慣上把輻射傳熱比例占總傳熱量50%以上的采暖系統稱為輻射供暖系統。低溫地板輻射供暖，是一種供水溫度在40℃～60℃之間，塑料管埋在地板以下的供暖方式，把地板加熱到24℃～28℃，均勻地向室內輻射散熱。低溫地板輻射供暖系統的管材早期通常使用鋼管和銅管。隨著塑料工業的發展，塑料管材在耐高溫、承壓和抗老化性能等方面已經滿足低溫輻射供暖的要求，加之塑料管容易彎曲，易于施工埋設部分無接頭，避免了管道滲漏，故現在低溫熱水輻射供暖系統多采用塑料管。主要有PE-X管、PPR管等，這些塑料管均具有無污染、水阻力和膨脹系數小等優點。地板供暖方式比較適用于大跨度、矮式窗、裝修要求高的房間設計。其中最顯著的優點就是節能和舒適性高[2]。

2.1 低溫地板輻射供暖節能分析

人體的舒適度取決于室內平均輻射溫度，當采用地板輻射供暖時，由于室內維護結構內表面溫度的提高，所以其平均輻射溫度也要加大，一般室內平均輻射溫度比室溫高1℃～3℃，所以室內設計溫度可以比其他供暖形式降低2℃～3℃。因此地板供暖可以用較低的室內設計溫度得到散熱器較高室內設計溫度相當的供暖效果，室內設計溫度的降低，意味著室內供暖熱負荷的降低，即節省了供暖能耗10%～20%，節約了能源。并且管網在輸送低溫熱媒時，可以減少熱損失量。由于地板輻射供暖的熱水溫度低于60℃，屬于低位熱源，可以根據地域考慮選用太陽能，在有豐富地下熱水資源的地區，可以考慮直接利用地熱水或經過處理后的地熱水供熱。

由于部分地區舊民宅和回遷住宅設計時以散熱器供暖系統為主，隨著人們對生活質量要求的提高，部分用戶改造成地板輻射供暖。根據沈陽地區集中供暖用戶室內溫度實時測試數據分析，在相同的供回水溫度下，選擇戶型一樣的用戶，低溫地板輻射供暖方式的室內溫度要比常規對流換熱的室內溫度高。如果普遍采用輻射供暖方式的住宅小區，可以根據實際情況，適當降低供水溫度，同樣可以滿足人體熱舒適要求。

2.2 舒適性好

地板輻射供暖系統是一種科學、健康的供暖方式。在該系統中，熱源是整個地板的表面，它改變了散熱器系統供暖的室內分布不均勻狀況。室內溫度水平方向趨向于均勻，而垂直方向則隨著高度呈遞減趨勢，這能很好地適應人的腳暖頭涼的舒適感受。根據醫學的研究，人的足底有豐富的血管及神經末梢，增加腳部的溫度對促進全身的血液循環都有很大作用。而同時人的頭部溫度卻不宜過高，否則影響人的注意力集中，造成思維混沌，工作學習效率下降。同時，低溫地板輻射供暖減少了室內空氣對流，能夠保持室內環境衛生的清潔，空氣對流的減弱還可以減少水分的散失。在兩種不同供暖方式的情況下，皮膚中開始時所含水分相同，采用對流散熱的供暖環境中，皮膚水分逐漸減少，而輻射供暖環境中，皮膚水分不變。同時較好的克服了傳統散熱器供暖方式造成的表面積塵、室內燥熱、口干舌燥等不適反應[3]。

3結束語

低溫地板輻射供暖是一種節能、方便調節、舒適度好的供暖方式，對其進行進一步的完善設計、施工和運行管理，將對我國的供暖質量及其節能有著極其重要的意義。

參考文獻

[1] 何天祺.供暖通風與空氣調節（第二版）[M].重慶：重慶大學出版社，

2002：51.

[2] 張玲，陳光明，黃奕沄.U型豎埋管地源熱泵-輻射地板聯合運行冬季啟動特性實驗研究 [J].制冷與空調，2006，（1）：75-79.

[3] 王文，何雪冰，劉憲英.地源熱泵-輻射地板聯供試驗[J].制冷空調與電力機械，2002，（2）：15-19.