地板采暖运行中的传热问题研究
低温热水地板辐射采暖系统作为一种既节能又舒适的新型采暖方式，正日益广泛的应用于居住建筑工程之中。国内外的科学家和工程师们地对其采暖机理、节能效果和热舒适性等方面进行了大量的研究。但多数集中在对地板内部结构及其传热过程的研究，通过建立地板内部传热模型进行模拟计算，分析覆盖层厚度、管间距、铺设方式等因素对系统温度分布的影响。而对于地板辐射采暖的调节与控制涉足不多。由于辐射地板覆盖层具有较强的蓄热放热性能，采用间歇调节更具优越性，十分适宜于民用住宅采用。多数研究者仍按照传统散热器的调节方式进行粗略的质调节和流量调节，忽略了地板采暖结构的热惰性，很显然这种调节方式一方面会影响住户居民的舒适程度，另一方面会造成很大的能源浪费。也有的研究者在建立房间热过程方程时，忽略了室内空气的热容，导致计算结果与实测结果不相符。由此可见，有必要对地板辐射采暖系统的间歇运行调节进行深入研究，建立更加符合实际的传热模型，总结温度变化规律，为间歇运行方案的实施提供理论依据和实践指导。
本文所做的主要工作如下：(1)运用传热学原理，对地板辐射采暖房间建立了动态传热模型。用有限差分法将数学模型进行离散，应用VisualBasic编制了计算程序。利用计算程序对两个典型实例进行计算，模拟计算结果表明①在预热阶段，相同条件下，不同地面层温度变化差别较大，本次计算中，大理石地面与大理石加毛毯地面预热后的温度相差10℃，且大理石地面变化更迅速。②相同条件下，保温墙体的室温比普通墙体室温提高3-5℃，更加节能③将北方供暖期室外温度细划分为几个阶段，通过大量的模拟计算，对每个温度变化阶段推荐其最佳间歇运行方案。
(2)为了验证传热模型及计算结果的可靠性，对实际地板辐射房间温度场进行实测，分别在地板表面、围护结构内壁面和室内外布置74个热电偶温度测点，共测试5天，前三天为连续运行阶段，后两天为间歇运行阶段。将计算与测试数据进行对比，结果表明，在稳态计算中，各部分结果误差在1.5℃以内，非稳态计算中，室内温度及地板表面温度部分误差在1.5℃以内，外墙内壁部分误差在2.5℃以内，温度变化规律基本相同。实测结果还证实辐射地板系统房间在高度方向“足暖头凉”，成负温度梯度分布，接近顶棚处温度稍有升高。间歇运行过程中，室内温度变化很小且趋势平缓，进一步证实地板辐射采暖系统适宜采用此种运行调节方式。
(3)运用PMV-PPD指标，在人穿着不同厚度衣服的情况下，分别对地板采暖房间和传统散热器采暖房间的热环境作出评价。结果表明，在地板采暖房间穿薄毛衣毛裤感觉最舒适，只有7﹪的人感觉不满意。引入(火用)效率的概念，通过计算可知，低温地板辐射采暖系统在综合考虑热源“质”和“量”的基础上，与普通散热器采暖系统相比，可节能70﹪左右。
(4)运用费用现值和费用年值指标，对地板采暖和散热器采暖的经济性进行评价并进行经济分析。结果表明，无论从经济效益上，还是从社会效益方面考虑，地板辐射采暖都是可行的方案，同传统的散热起采暖系统相比较具有很大优势。
通过本文对地板辐射采暖系统间歇运行的理论研究及现场测试，可为地板辐射采暖方式的推广及运行调控提供理论依据。使之成为真正节能，舒适的理想采暖系统。具有一定的学术和应用价值。
低温热水地板;地板辐射供暖;运行控制;间歇运行;传热模型
东北石油大学;大庆石油学院
硕士
热能工程
吴国忠
2006
中文
TU832.13;TU832.16;TU111.195.4
81
2006-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）