地板辐射供冷系统地面温度的确定

地地地板板板辐辐辐射射射供供供冷冷冷系系系统统统地地地面面面温温温度度度的的的确确确定定定 李常河 李永安 刘学来 张晓锋 (山东建筑工程学院. 山东 济南 250000) 摘 要l 在地板辐射供冷系统地面温度传热规律的基础上 建立了地板辐射供冷系统的二维稳态传热 模型 进而利用有限单元法数值计算了地板供冷系统的地面温度 根据地面温度随供回水平均温度和室内温 度的变化规律 给出了地板供冷系统适宜的供回水平均温度 最后提出了地板辐射供冷系统防止地板结露的措施 这对于地板辐射供冷系统优化系统设计 推广应用提供参考依据 关键词l 地板辐射供冷 地面温度 露点温度 供水温度 中图分类号l 文献标识码l A 文章编号l 1001 -6864(2005)02 -0094 -02 ASCERTAINMENT ON GROUND TEMPERATURE O THE LOOR RADIANT COOLING SYSTEM LI Chang-he LI Yong-an LI U Xue-l ai Z~ANG Xi ao-f eng (Shandong Instit ut e of Ci vil Engi neeri ng and Archit ect ure Ji nan 250000 Chi na > Abstract : On t he basi s of anal yZi ng t he heat transf erri ng r ul e of t he f l oor radi ant cooli ng syst e m t he mat he mati c model of t Wo-di mensi onal st eady heat transf erri ng i s set up . Moreover by usi ng FEM t he gr ound te mperat ure i s Wor ked out .Accor di ng t o t he l a W of t he gr ound te mperat ure changes Wit h t he mean te mperat ure of t he suppli ed Water and ret ur ned and i ndoor t e mperat ure t he mean te mperat ure of t he sup- pli ed and ret ur ned Water i s obt ai ned .Fi nall y specifi c measures are suggest ed on condensati on-preventi on Whi ch can be used as ref erence f or t he opti mi Zi ng desi gn and appli cati on of t he f l oor radi ant cooli ng syst e m . Ke words : fl oor radiant cooli ng ground temperature deW poi nt temperat ure temperat ure of supplied Water 1 引言 低温热水地板辐射采暖技术在我国得到了广泛应用 随 着辐射地板技术日益成熟 作为一种节能 舒适 经济的空调 方式 尤其在我国北方推广较快 必将由于其冷暖共用性而 有广阔的应用前景 但是单独使用地板辐射供冷 因其冷却 能力受室内空气露点温度的限制 存在地面结露及室内空气 品质差等一些问题 地板辐射供冷在炎热和潮湿地区的应用 受到了限制 地板辐射供冷系统存在一系列问题需要进一 步研究 例如地板辐射供冷系统供水温度等因素对地面温度 影响 采取哪些措施来降低地板结露可能性等 这对于地板 辐射供冷系统的优化设计 安全可靠地运行具有重要影响 2 地板辐射供冷数学模型 在地板辐射供冷系统中 地板中的实际传热过程是三维 非稳态问题 由于在轴向(管长方向>的温度变化相对于径向 (盘管截面>的温度变化非常缓慢 并且房间内持续供冷一段 时期后 室内形成一个相对稳定的内环境 因此可以将三维 非稳态问题简化成二维稳态导热问题 根据微积分理论 可得到下列微分方程: (8 2t /8J 2 >+ (8 2t /8}2 > =0 (1 > 式中:t _地板板体内温度 由于传热单元温度场的对称性 平行于} 轴的外边界面 可视为绝热 即: 8t 8J J =0 = 8t 8J J =S / 2 =0 (2 > 地板辐射供冷管外壁处边界条件为: t =t s (J }> J 2 + (}-d/2 > 2 =d 2/4 J >0 } (3 > 式中:t s _该计算单元的管外壁温度 取供回水平均温度 在} 方向绝热边界条件为: 8t 8} }=0 =0 (4 > 在地板上面 传热过程是对流换热和辐射换热两者综 合作用 地板总散热量为对流换热量和辐射换热量之和 -? 3 8t8}\ }=b =g r +g c (5 > 式中:? 3 _地面层导热系数 W/ (m2 , K > g c _自然对流热流密度 W/ m2 g r _辐射热流密度 W/ m2 由于方程(5 >为非线性边界条件 地板上表面的边界条 件简化为第三类边界条件 换热系数为采用对流换热和辐射 换热的综合换热系数 数学描述如下: -? 38t /8} }=b =o Z (t n -t b > (6 > 其中:o Z =o c +o r (7 > 式中:t n _室内计算温度 t b _地板上表面任一处温度值 49 低 温 建 筑 技 术 2005 年第2 期(总第104 期> o Z 综合换热系数9W/ m2 K $ o c 对流换热系数9W/ m2 K $ o r 辐射换热系数9W/ m2 K O 综上所述9由式(1 )～(7 )就构成了地板辐射供冷系统传 热方程的定解条件 O 3 数值求解结果 采用有限元法对数学模型进行求解 O 下面给出反映相 关影响因素与地面温度关系图 O 根据计算结果9可看出: 图1 地板辐射供冷地面温度分布 图1 描述的是上述物理模型}= 处的地面节点温度变 化情况 O 从图中可以看出9随着距离管中心水平距离的增 大9地面温度是逐渐升高的9在}=0 和}=S /2 附近温度变 化较为平坦9其余区域从}=10 -2 m9温度变化较快9温度梯 度较大9地面上的最低温度出现在}=0 处 O 把地板换热过程简化为3 个阶段9即盘管内水与管壁的 换热 \盘管壁与地板表面的换热及地板表面与房间的换热9 依据建立数学模型并求解供水温度与地板表面温度9见表1 O 表1 供水温度与地板表面温度变化 工况 供回水平均 温度/ 地板表面温 度/ 地板表面温度与 露点温差/ 1 7. 0 17. 3 1. 5 2 8. 5 17. 6 1. 8 3 10. 0 18. 4 2. 6 4 12. 5 19. 2 3. 4 5 14. 0 20. 0 4. 2 注:室内温度24 9相对湿度为60 %时的露点温度为15. 8 O 图2 描述了地板辐射采暖系统中的盘管供水温度变化 对地板表面温度的影响关系 O 其中S =200 mm9d =20 mm9 =60 mm9地面为木质地板 O 由此可以得到:供水温度从7 ～ 14 9木质地板表面温度值绝大部分都高于所对应室温下的 露点温度9由此可以得出地面层采用导热系数较小的是 降低地板表面结露的重要措施之一 O 地板辐射供冷的防结露是比较难以控制的问题 O 以协 调好既能满足辐射供冷能力又能抑制或消除地板结露矛盾 为出发点9在本文研究的基础上9提出以下几点措施: (1 ) 针对导热系数较大的地面层(0. 8 W/ m2 入 3. 0 W/ m ) 9可以选用较高的供回水温度 $ 当供水温度在 8 ～16 之间时9适当降低室内设计温度9最好要低于25 $ 如果条件允许9在夏季工况下可以直接使用深井水进行供 冷9同时保持良好的通风9这样既可以避免地板结露问题9又 可以达到环保节能的目的 O (2 ) 针对导热系数较小的地面层(入 0. 2 W/ m2 ) 9 地面结露问题并不严重9选用9 左右的供回水平均温度9室 内设计温度选取22 ～26 9基本可以满足地板不结露要求 O (3 ) 加强地板表面附近的空气扰动9加大气流流动9提 高地板板面温度9既可以有效防止结露9同时又可以增强地 板表面的对流换热 O 图2 地面温度随供回水平均温度的变化关系 4 结 语 (1 ) 在任何地板构造的低温热水地板辐射供冷系统 中9地板表面温度随着距离管中心的水平距离的增大而升 高9温度变化幅度相对比较小 O (2 ) 低温热水地板辐射供冷系统在填充层 \ 管径和管 间距一定的情况下9降低夏季工况的供水温度可以得到较低 的地板表面温度 $ 保持供水温度一定时9随着室内设计温度 的升高9地板表面温度随着升高 O 如能采用主机供水温度来 控制辐射地板的运行9是使辐射地板的表面温度始终不低于 18 9这可能是最理想的供冷方式 O (3 ) 地面层材料采用导热系数数量级为10 -1 左右9夏 季可以采用9 ～16 的冷冻水供冷 O 地面层采用导热系数较 小的材料是降低地板表面结露的重要措施之一 O (4 ) 置换通风作为一种新型的通风方式9具有通风效率高 \ 空气品质好的优点9与地板辐射供冷技术相结合9既可大大 降低地板结露的可能性9提高地板供冷能力9又可充分发挥 它们舒适 \健康 \节能的优势 O 参考文献 1 DBJ14 BT14 -2002 9低温热水地板辐射采暖应用技术规程 S . 2 宗立华 .塑料埋管地板辐射供暖的热性能分析 J 9暖通空调9 2000 930 (1 ) :6 ～8. !收稿日期" 2004 -12 -20 !作者简介" 李常河(1970 -) 9男9山东枣庄人9硕士研究生9从 事暖通空调专业 O 59 李常河等:地板辐射供冷系统地面温度的确定 地板辐射供冷系统地面温度的确定 作者： 李常河， 李永安， 刘学来， 张晓锋， LI Chang-he， LI Yong-an， LIU Xue-lai， ZHANG Xiao-feng 作者单位： 山东建筑工程学院,山东,济南,250000 刊名： 低温建筑技术 英文刊名： LOW TEMPERATURE ARCHITECTURE TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2005(2) 被引用次数： 7次 本文读者也读过(10条) 1. 李森生.刘秋新.Li Sensheng.Liu Qiuxin 用低温送风技术解决辐射供冷结露问题的研究[期刊论文]-制冷与空 调（四川）2008,22(6) 2. 任艳莉.李德英.张于峰.REN Yanli.LI Deying.ZHANG Yufeng 地板供冷与置换通风的模拟与分析[期刊论文]-沈 阳建筑大学学报（自然科学版）2008,24(6) 3. 李清清.刁乃仁 低温地板辐射供暖系统的供冷研究[期刊论文]-山东建筑工程学院学报2003,18(3) 4. 罗亚军.张小松.LUO Ya-jun.ZHANG Xiao-song 地板辐射供冷的初步实验研究[期刊论文]-制冷空调与电力机械 2010,31(3) 5. 刘学来.李永安.马玉奇 地板辐射供冷地面结露问题研究[会议论文]-2006 6. 徐宁.XU Ning 谈地板辐射供冷的应用与推广[期刊论文]-低温与特气2007,25(4) 7. 卢军.陈金花.高殿策.丁豪.Lu Jun.Chen Jinhua.Gao Diance.Ding Hao 住宅用地板辐射供冷系统的实验分析 [期刊论文]-暖通空调2007,37(12) 8. 李先中.王子介.刘传聚 地板供冷/置换通风复合空调系统的可行性探讨[期刊论文]-建筑热能通风空调 2002,21(4) 9. 张希平.魏斌锋 某工程低温地板辐射采暖施工技术[期刊论文]-青岛理工大学学报2010,31(1) 10. 蔡敬琅 与蓄冰系统相结合的辐射供冷系统[期刊论文]-电力需求侧管理2001,3(6) 引证文献(8条) 1.金梧凤.赛娜.余铭锡.金光禹 地板辐射供冷系统的热性能研究[期刊论文]-暖通空调 2011(7) 2.路诗奎.张双迎 地板辐射供冷结露问题的理论研究[期刊论文]-江苏科技大学学报（自然科学版） 2011(6) 3.黎艳.田琦 单一地板辐射供冷空调方式适用区域的划分[期刊论文]-能源与节能 2011(2) 4.曹法立.邹同华.马丽君.陈春廷 地板辐射供冷地板构造层及室内温度场的研究[期刊论文]-制冷技术 2010(4) 5.康宁.宣永梅.殷清海 辐射供冷现状及发展趋势[期刊论文]-建筑节能 2009(5) 6.孔祥雷.张小松.路诗奎 辐射供冷空调结露问题的研究现状及其对策[期刊论文]-建筑热能通风空调 2008(1) 7.王洪成.李汛 地板辐射与置换通风组合空调系统的模拟[期刊论文]-煤气与热力 2006(11) 8.曹法立.邹同华.马丽君.陈春廷 地板辐射供冷地板构造层及室内温度场的研究[期刊论文]-制冷技术 2010(4) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dwjzjs200502043.aspx