低溫供水地板輻射供暖對空間熱傳遞的計算分析

翁雯

【摘要】如今，低溫熱水地板輻射供暖已成為冬季的主要供暖方式之一，熱傳遞卻還存在著許多不穩定的地方，為更好的利用能源和提高人體舒適度，本文利用有限單元法計算不同空間運用各種地面材料的熱量傳遞大小的數據和ANSYS軟件對三種地暖布管方式的分析數據，得出最佳的地暖布管方式、地面填充材料和空間環境尺度以供參考。

【關鍵詞】低溫供水地板輻射供暖;空間熱傳遞;地暖布管

隨著國家政府對節能，可持續發展戰略的呼吁，許多地區都選擇采用低溫輻射地板采暖替代早期傳統的管道采暖。輻射傳熱不但最大限度地減小了供暖區域內的溫差，自下而上均勻的溫感提高了人體舒適度，維修費用也低于傳統管道采暖方式。但目前，地板輻射供暖無論從設計、施工到使用，尚存在著一些問題，希望本文的數據分析能對地板輻射供暖的應用提供一些參考。

1、低溫供水地板輻射供暖布管方式

低溫熱水地板輻射供暖是以熱輻射的形式傳遞熱量到空間內各個區域，布管主要是S形布管（圖1）、回字形布管（圖2）和綜合布管三種方式。在SOLIDWORKS完成簡單的空間建模后與ANSYAS連接，劃出應用區域、調節邊界條件，包括加熱管管徑，水溫及室溫，以常規墻體厚度為例，通過MIXTURE用多相流和湍流的流動模型對其空間溫度和空間熱流速度進行監測，并用熱傳導遵循空氣運動方程：

和基本熱量方程

結果如下：

（1）使用 S 形方式鋪管時，空間環境的溫度變化相對均勻，主要以鋪管為中心的傳熱，呈扇形向四周發散。而使用 回字形方式鋪管時，比使用S形方式的散熱更加均勻，并且傳熱的死角更少。

（2）在0.5～1.8m的空間環境中，S形鋪管溫度比回字形鋪管溫度更高，在使用時，空間中的溫差較大，因此回字形鋪管方式更貼近人們對空間整體舒適度的需求。

（3）空間熱流測試中，相同空間中采用 S 形鋪管時，空間內熱流流速約為0.15 m/s，采用回字形鋪管時，空間內熱流流速約為 0.18 m/s，所以采用回字形鋪管方式可以讓人體更快的感覺到空間的回暖[1]。

2、低溫供水地板輻射供暖的水溫調節

用DEST對照實際居民樓的地板輻射供暖進行了模擬，以簡單的一室兩廳構建了單元空間面積的熱傳遞，設定了相對室外溫度，在滿足人均最小室內外通風量為30m3/（h·P）和人體散熱約80W/人的條件下，得出房間的不同朝向的傳熱系數（表1）。結合地板各層結構參數（表2），在室內房間的內擾參數相對一致的情況下，利用室內白溫度與熱傳遞的對應關系：q-f（t_0 ），（q是建筑單位面積熱負荷，W/m^2;t_0是室外大氣的溫度，℃），計算輸出得：q=f（t_g ），（q 是地板輻射供暖單位面積供熱量，W/m^2，t_g是 地埋管的供水溫度，℃）。

在冬季低溫供水地板輻射供暖的熱傳遞大小在1.5～38.6 W/m2 之間。

（2）在室外環境溫度t0≤-4℃或t0≥12 ℃時，供水溫度只存在小幅度變化，在保證人體舒適度的情況下，可將低溫供水設備設為三個階段：

第一階段：t0≤-4℃時，以 48 ℃作為供水溫度。

第二階段：-4℃

第三階段：t0≥12 ℃時，以 34 ℃作為 供水溫度[2]。

3、低溫供水地板輻射供暖的其它因素

在實際生活中，環境建設不如軟件虛擬建設那么完美，也存在著太多不可控因素，為了保證地暖的使用，還應從施工工藝、施工管理等方面盡可能的消除對空間設備的影響[3]。

（1）地面施工時應盡量避免以下常見通病，如地暖地面的標高過高、地暖地面空鼓、地面出現不規則裂紋、地面界條處裂縫等等。

（2）選用的材料應符合要求，例如管材的外徑、最小壁厚及允許偏差應符合規范規定，絕熱板材宜采用聚苯乙烯泡沫塑料，其物理性能應滿足密度不應小于20kg/m、導熱系數不應大于O.05W/（m.K）、壓縮應力不應小100kPa等標準。

（3）地暖鋪設時應嚴格控制管道間距、管道固定、彎曲弧度、管道接頭等節點，并且做好成品保護，嚴禁踩踏、碾軋造成管道破壞。

（4）管道敷設完成后應進行水壓試驗，試驗壓力為工作壓力的1.5倍，但不小于0.6Mpa，穩壓1小時內壓力降不大于0.05（下轉158頁）（上接156頁）Mpa，以保證地暖后期的運行。

結語：

在低溫供水地板輻射供暖的熱傳遞的計算分析中，運用SOLIDWORKS建模與ANSYAS實相模擬，MIXTURE對空間溫度和空間熱流速度監測，再用DEST以實際居民樓為例，分析了采暖模式、水溫調節及室溫的影響規律。同時，為了保證供暖設備的正常，提出對地面、管道、施工等其他影響因素的要求，為了提供更舒適的生活環境和更合理的利用能源，供實際工程建設參考。

參考文獻：

[1]戴桂梅.地暖地面質量通病原因分析與預防措施[J].建筑工人，2016，37（01）：14-15.

[2]耿夏日.空氣源熱泵結合低溫熱水地板輻射供暖效果研究[D].河北科技大學，2019.

[3]單朝，崔明輝，耿夏日.空氣源熱泵結合熱水地板輻射采暖系統研究[J].供熱制冷，2019（03）：42-44.