標準化裝配式干式地暖供暖特性實驗研究

黃 瑩，郭 芃

（1.南京奧體建設開發有限責任公司，江蘇 南京 210019；2.南京師范大學 能源與機械工程學院，江蘇 南京 210023）

低溫熱水供暖是以低于60 ℃的熱水為熱媒，輸送到地板下的管道加熱地面，通過熱輻射和熱對流對整個房間加熱的供暖方式。它具有熱舒適性好、節能環保、室內環境好、噪音小等優點。低溫熱水供暖系統可分為傳統濕式供暖系統和干式供暖系統，干式地板輻射供暖相較于傳統的濕式供暖，具有對建筑物載荷較輕、加熱快、層高損失更小等優點，因此得到了更廣泛的關注。隨著建筑標準化裝配率要求提高，干式地暖在建筑中應用越來越多，研究其供暖特性具有很好的實用價值。

文章建立了干式低溫熱水輻射供暖系統的實驗系統和實驗房間，進行了一定時間的連續供暖實驗研究以及房間降溫特性研究，采集了系統與實驗房間的相關數據，對該系統的運行特性進行了分析討論，為干式低溫熱水輻射供暖系統的推廣應用提供了參考和依據。

1 實驗介紹

1.1 供暖系統與實驗房間

實驗中的供暖系統與實驗房間位于作者單位開發的某樣板房內，實驗于2023年12月30日持續至2024年1月2日。供暖系統采用10 kW電鍋爐作為熱源，對房間內地暖系統中的熱水進行加熱，如圖1所示，由熱源加熱的熱水經水泵輸送至分水器，分水器將熱水輸送至房間地板或地磚下的干法地暖盤管，由此實現房間內不同區域的加熱。流經房間的熱水降溫后回到集水器中，再輸送至熱源加熱，以此形成循環。

圖1 干式地暖系統圖

實驗房間為一樣板房內的部分區域。作為實驗區域，樣板房相比一般的實驗室，能夠更加真實地反應干式低溫熱水輻射供暖系統在實際應用中的運行效果。

1.2 實驗儀器及方案

本實驗所采用的儀器如表1所示。

表1 測量儀器及其對象

實驗在冬季的某樣板房內進行，使用10 kW電鍋爐加熱地暖循環水，鍋爐控制方式為啟停控制，通過熱水循環為樣板房進行供熱。設定水溫為60℃，實驗周期為72 h，其中，前48 h開機供熱，后24 h關機冷卻。使用Agilent 34970A記錄房間內的實時溫度數據，以及Fluke Ti25紅外熱成像儀拍攝房間內部分圍護結構的溫度分布情況。 圖2所示為房間內以及分、集水器的測點布置情況。

圖2 實驗測點布置情況

2 實驗結果及分析

2.1 客廳地磚區域溫度特性分析

圖3描述了系統從10：00到次日10：00過程中供、回水溫度隨時間變化的情況。如圖3所示，在系統開機運行7 h后，供水溫度達到穩定，在達到設定水溫60 ℃后，電鍋爐開始啟停調節。回水溫度穩定在41 ℃左右。

圖3 開機內24 h供回水情況

圖4為同時間供暖區域各溫度參數與室外空氣溫度的變化情況，前7 h升溫較快，室外溫度9～12 ℃波動時，室內地磚表面溫度從13 ℃上升到33 ℃、室內1 m高處空氣溫度從13 ℃上升到23 ℃，這是由于供水溫度升溫較快，與樣板房內圍護結構形成較大溫差，傳熱量較大。開機后7～20 h期間，室外空氣溫度在4～10℃波動，但地磚表面溫度能穩定在30～35 ℃范圍內，室內1 m高處空氣溫度穩定在20～25 ℃，供暖溫度能達到設計規范要求，且滿足人體“足暖而頭涼”的舒適性要求。同時，房間地板以及空氣溫度上升極為緩慢，干式地暖系統供熱與建筑維護結構散熱基本達到供需平衡。

圖4 開機內24 h室內外溫度變化情況

系統于開機48 h后關機，圖5展示了關機后供暖區域各溫度參數與室外空氣溫度的變化情況，關機后降溫速度起初較快，之后漸漸平緩。樣板房供暖系統關機5 h內，地磚表面溫度從34 ℃下降到22 ℃，空氣溫度從26 ℃下降到22 ℃。供暖系統關機20 h后，樣板地面溫度和空氣溫度緩慢下降至15 ℃溫度趨于一致。室內溫度與室外空氣溫度仍有12 ℃左右的溫差，說明供暖系統和建筑圍護結構具有一定的蓄熱能力。

圖5 關機后24 h室內外溫度變化情況

2.2 臥室地板區域溫度特性分析

測試表明臥室內地面（木地板）和1 m處空氣溫度的升溫24 h與降溫24 h的情況如下：臥室地板溫度初始為12.8 ℃左右，在開機的5 h內提升到了26.5 ℃左右。臥室1 m處空氣溫度初始為13.1 ℃左右，在開機后的8 h內提升到了20 ℃以上。地板區域地面溫度比地磚區域溫度低6～7 ℃，地板區域空氣溫度比地磚區域低1～2 ℃。地面溫度的差異較大是地板熱阻大于地磚導致的，空氣溫度差異小是因為空氣流體降低了地面溫度的影響。

2.3 地面溫度分布情況

圖6展示了開機0.5 h時的房間內溫度熱成像，圖中溫度最低點7.6 ℃，是沒有鋪設供暖水管的墻角處，最高溫度14.4 ℃，下方是樣板房內的地暖供水管。由于熱水管埋在地板下，水管由下而上逐漸加熱地面，房間其他墻面再逐步由地面通過熱輻射和熱對流加熱。圖7展示了開機后6 h時的房間內溫度熱成像，圖中溫度最低點為11.3 ℃，最高溫度為33.5 ℃。從圖中可以看出，在地板溫度高達30 ℃以上時，墻面溫度接近20℃，房間內空氣可達到20℃以上，可以滿足人體舒適需求。紅外熱成像很好地呈現了地面輻射供暖系統隨著時間推移逐步給室內供暖的過程以及實際效果。

圖6 開機0.5 h時樣板房地面溫度熱成像

圖7 開機6 h時樣板房地面溫度熱成像

3 結論

（1）干式地板輻射供暖系統，符合建筑裝配式規范，便于規范化安裝。

（2）干式地板輻射供暖系統開機升溫較快，開機7 h內室外溫度在9～12 ℃波動時，地磚表面溫度從13 ℃上升到33 ℃、室內1 m處空氣溫度從13℃上升到23 ℃，地面及室內空氣溫度能達到供暖設計規范要求，又滿足人體“足暖而頭涼”的舒適性要求。

（3）干式地板輻射供暖系統關機降溫呈現地面快、空氣慢的特性，關機5 h內，地磚表面溫度從34 ℃下降到22 ℃，室內1 m處空氣溫度從26 ℃下降到22 ℃，說明干法地暖由于沒有混凝土蓄熱層，只靠地磚蓄熱，降溫速度相對于濕法地暖降溫速度較快。

（4）鋪設木地板的臥室和鋪設地磚的客廳，地面溫度客廳比臥室高6～7 ℃，空氣溫度客廳比臥室高1～2 ℃，地磚區域效果更好。

（5）紅外熱成像對比圖片表明，干法地暖系統開機初期地面溫度場并不均勻，地暖供水管橫向導熱逐步將地面加熱均勻，同時地面通過熱輻射和熱對流對室內墻面和空氣加熱達到設計溫度，整體需要6 h左右。