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上一层 电地暖 水地暖 壁炉产品 暖气片散热器 结构供暖制冷 室内供暖温度 采暖温控技术 浅谈电供暖 供热能力估算


结构冷暖原理图 投资成本比较 能源消耗比较 独特优势 现场铺设方式 模块铺装方式 辐射温度 毛细管网制冷 辐射制冷技术 地面结露问题 设计问题探讨 案例分析 应用范例

    历史建筑均具有非常厚重结实的墙体,它能依靠其墙体吸收内部的热量。同样道理,在现代建筑的设计中,也可以大量使用舒适度极高、节能环保的建筑结构供暖/制冷系统。

    建筑结构供暖/制冷系统可以通过多种形式、结合各种冷热源,灵活多变、随遇而安地被运用于各类建筑物中。不管是在酷热夏天使用还是在严寒冬天使用,不管在干燥的北方还是在潮湿的南方,这种结构供暖/制冷系统,均可通过我们精心的设计,而被恰如其分地广泛运用于所有建筑物中。

    莱恒实业主要从事环境科学技术的研究和产品开发,目前所推出的世界领先的瑞恒结构供热/制冷系统,集地板采暖、地板制冷和室内空气处理于一体,通过同一套地板辐射管路,在夏天供冷、在冬天供热,并实现智能区域控制和提供新风,达到最舒适的空气环境和节能效果。
  瑞恒结构供热/制冷系统作为一个高科技产品,依靠它本身的优点,正成为世界空调技术的领航者,成为时尚尊贵生活的象征,被广泛应用于高级住宅、别墅、公共场所等。
  瑞恒结构供热/制冷系统是对中央空调的全新诠释,有着现行以靠空气调节为主的空调无法比拟的优势。瑞恒结构供热/制冷系统与普通中央空调最根本的区别,就在于它们调节温度感觉的出发点有着根本性的不同。普通中央空调是通过各种方式把空气加热或者制冷,然后通过强风的形式送入房间,达到调节环境温度的目的;而瑞恒结构供热/制冷系统的调节手段是制造一个冷的地板表面或者热的地板表面,地板表面通过辐射的方式达到和人体直接进行冷热交换,同时也可房间内的所有物体及空气发生热交换,消除潜在的冷量或热量;以达到调节环境温度的目的。
    所谓的辐射热交换,它的原理就像我们接受太阳光一样,由于太阳是一个高温物体,发射出的能量以远红外线的形式传递过来,同样热地板或者冷地板同样有这个效果;这种热量交换的过程是人类生存当中经过几百万年验证过的,是人类生存过程中所接受的最多最原始的热交换过程,也是最适宜、最自然、最舒适的。
  虽然大多数的环境科学家已经认识到结构供热/制冷系统的优点,但由于地板结露和区域性控制的技术限制,一直没有被成功开发。本公司综合众多专家的研究成果,结合现代自动控制技术和特有的空调制造技术,采用世界先进的室内空气品质控制系统技术和瑞恒结构供热/制冷系统,攻克了地板制冷系统中的地面结露和区域温度控制等技术难题,成为结构供热/制冷技术的倡导者和实践者。

 

五棵松体育馆观众休息厅地板辐射供暖供冷的研究和应用

    摘要:介绍了地板辐射供暖供冷系统的传热计算方法及其在五裸松体育馆观众休息厅中的应用。分析表明,地板辐射供暖供冷系统可以作为常规供暖空调系统较好的补充方式。
   
关键词:体育馆 传热计算 地板辐射供暖供冷系统 常规供暖空调系统

    一 背景
   
五棵松体育馆是2008年奥运会篮球比赛场地,建筑平面为正方形,中间为比赛大厅,环绕四周的是观众休息厅,休息厅与比赛大厅贯通。体育馆剖面图见图1,两层观众休息厅总面积为12000m2,可敷设盘管的有效面积为7600m2

 

 

1 体育馆剖面图


   
比赛大厅和休息厅均采用全空气空调系统,为防止冬季空调系统停止运行时室内温度过低,需要设置值班供暖。由于建筑外围护结构为玻璃幕墙,冷热负荷较大,观众休息厅和比赛大厅又不具备设置散热器的条件,所以在观众休息厅设地板辐射供暖系统来解决比赛大厅和休息厅的值班供暖问题。
   
之所以这样选择,主要基于以下几点:a)目前地板辐射供暖系统已经得到普遍采用,技术比较成熟,工程造价可以控制在50/m2左右,与一般散热器供暖系统相比增加的费用不多;b)体育馆的观众休息厅后期有可能作为展厅单独使用,设置地板辐射供暖可提供较舒适的室内环境;c)由于受到场地限制,夏季供冷空调送风管道所需要的空间难以获得,采用地板辐射供冷系统承担一部分负荷,可以弥补休息厅供冷的不足。地板辐射供暖供冷系统的循环水可由设在空调主机房的水一水板式换热器提供。
   
由于地板辐射供暖应用于住宅类建筑较多,有关规范或资料中的数据大多是针对此类建筑给出的,有关五棵松体育馆这样内部结构复杂的高大空间的数据与资料相对缺乏;而地板辐射供冷系统的应用实例很少,可以借鉴的数据也有限。因此,为了保障工程设计的可靠合理,需要针对实际情况进行具体的研究。
   
二 地板传热理论与计算公式
   
经过对国内外现有的几种算法进行比较,认为2000ASHRAE Handbook[1]中给出的地板辐射供暖供冷系统的传热计算方法与计算公式理论上比较严谨,又符合工程设计的实际要求,因此决定采用此方法计算。为了清晰起见,将地板辐射供暖供冷系统的传热分两个过程计算。
    2.1
地板表面传热过程


   
式中为管内平均水温,℃;为地板下表面的热损失,W/m2;为管壁热阻,m·K/W
   
利用上述传热公式,即可对地板辐射供暖供冷系统进行编程计算。笔者所在单位以前的科研课题已经完成了相关程序的编制,采用的计算方法与部分计算结果也已被《地面辐射供暖技术规程》(JGJ 142-2004[2]引用,在五棵松体育馆篮球馆工程的设计中,根据工程实际对程序作了相应的调整。为满足设计计算的需要,该程序可以进行两种形式的计算:a)在一定的室内设计温度下,给定所需地板有效散热/冷量,求解相应的平均水温及热损失等;b)给定系统平均水温,求解地板向房间的有效散热/冷量、热损失等。
   
三 休息厅地板辐射供暖供冷系统应用研究
   
由于五棵松体育馆内部结构复杂,完全按照公式计算平均辐射温度AUST难以实现,为了简化计算,采用室内空气温度代替平均辐射温度。由于外围护结构为传热系数相对较大的玻璃幕墙,夏季内表面温度较高会导致室内平均辐射温度高于室内空气温度,而冬季内表面温度较低会导致室内平均辐射温度低于室内空气温度,使得计算结果与实际换热条件存在一定偏差。经过研究分析,发现此种偏差对于冬季和夏季,都只会使实际辐射换热量增大,因此采用这种简化方式计算是安全的。
    3.1
工程室内设计参数与地板构造
   
五棵松体育馆观众休息厅空调、供暖设计计算参数:夏季室内设计温度为28℃,相对湿度小于等于55%,冬季正常供暖时室内设计温度为19℃,值班供暖温度为10℃。地板具体做法见图2

 


1.面层(20 mm花岗岩)2. 20 mm水泥砂浆; 3.50 mm豆石混凝土填充层;4.保温层(聚苯板)5 .120 mm楼板


2 地板结构示意图


    3.2
辐射地板各项参数的分析选择
   
休息厅设置地板辐射系统的主要目的是为了解决冬季值班供暖问题,因此地板辐射系统各项参数的选择主要考虑冬季工况,夏季只作为常规空调系统的补充,不单独使用。
    3.2.1
保温层厚度的选择
   
3.6分别为冬、夏季室内设计工况下(平均水温分别为3519.5),地板有效散热量、供冷量及地板下表面热损失随保温层厚度变化的曲线。

 

管间距:—■—200mm —△—250mm —×—300mm
       *350mm —◆—400mm —●—450mm
3 冬季地板有效散热量随保温层厚度的变化

    对图中的曲线进行分析可知,地板有效散热量、供冷量随保温层厚度增大而增加,地板下部热/冷损失则随保温层厚度增大而显著降低,但增大趋势均随保温层厚度增大逐渐趋于平缓,当保温层厚度增加到3cm以后,增大厚度对地板散热、供冷的影响作用已不明显。因此,本工程保温层厚度定为3cm

 

 

管间距:—■—200mm —△—250mm —×—300mm
       *350mm —◆—400mm —●—450mm
4 夏季地板有效供冷量随保温层厚度的变化

管间距:—■—200mm —△—250mm —×—300mm
       *350mm —●—400mm —/—450mm
5 冬季地板下表面热损失随保温层厚度的变化

管间距:—■—200mm —△—250mm —×—300mm
       *350mm —●—400mm —/—450mm
6 夏季地板下表面冷损失随保温层厚度的变化


    3.2.2
管径的选择
   
实际工程中经常使用的辐射地板供暖供冷管道直径为15mm20mm,表1给出了De20*l.9Del6*1.8PE-X管在3cm厚保温、设计工况下的散热量与供冷量。由表中数据可以看出,De20*1.9PEX管在相同工况下的有效散热量及供冷量略高于Del6*1.8PEX管,但差距不是很大。由于本工程采用地板辐射的面积较大,管路较长,为了减小环路阻力,选择De20*1.9PE-X管。


1 不同管径下地板有效散热量/供冷量W/m2

 

    3.2.3 冷热水供回水温度及布管间距的选择
   
建筑整体的值班供暖负荷由地板辐射供暖系统承担,计算得单位面积应提供的有效散热量为120W/m2。在满足120W/m2有效散热量条件下(地板表面平均温度为22.51),不同布管间距下的供水温度计算结果见表2


2 散热量为120 W/解时不同布管间距需要的平均供水温度


   
根据表2中数据,结合系统的热源条件,将地板辐射供热系统的热水供、回水温度定为40/3℃。在此水温下,地板辐射供热系统正常供暖与值班供暖时不同间距的计算结果见表3、表4


3 正常供暖时的计算结果

4 值班供暖时的计算结果

    综合考虑地板有效散热量、工程热负荷要求以及地板表面温度的均匀性,将辐射地板布管间距定为300mm
   
休息厅夏季空调室内设计参数为温度28℃,相对湿度小于等于55%,此时露点温度为18.1℃,由于计算中采用室温替代平均辐射温度会造成一定误差,为了安全起见,冷水供回水温度设定为 18℃/21℃。计算可得,在300mm间距下,地板有效供冷量为34W/m2,地板表面平均温度为22.87℃。
3.3
应用分析
   
三种工况下的供暖供冷量及地板表面平均温度计算结果见表5


5 休息厅地板辐射供暖供冷计算结果


   
由表5中数据可知,冬季在室温10℃情况下,辐射地板可提供124W/m2的有效散热量,满足了值班供暖的要求,正常供暖条件下(室温19)也可提供78W/m2的热量,配合常规空调使用,可减少空调热风的供给,既能够减少能耗,又可以提供更为舒适的室内环境。夏季辐射地板可提供34W/m2的冷量,弥补了常规空调风量无法满足所导致的冷量不足。供冷时地板表面平均温度为22.87℃,室内空气的露点温度为18.1℃,地板表面平均温度远高于露点温度,即使由于采用室内温度代替平均辐射温度造成了一定的偏差,也可以保证地板表面不结露。
   
四 结语
    4.1
地板辐射供暖供冷系统可以作为常规供暖空调系统的一种较佳的补充方式。即将发布的北京市地方标准《公共建筑节能设计标准》4.2.2条规定:“公共建筑中的高大空间如大堂、候车()厅、展厅等处,宜采用辐射采暖方式,或采用辐射采暖作为补充。”
    4.2
对于内部结构复杂的空间,可采用室内空气温度代替平均辐射温度的办法进行简化计算,虽然会造成一定偏差,但比实际工况偏于安全。
    4.3
由于供冷地板只能减熔、不能除湿,为防止室内湿度过高而导致地板结露,夏季采用地板辐射供冷前,应先启用常规的空调系统使室内空气相对湿度接近或达到设计值。而当空调系统停止运行后,要及时关闭地板辐射系统。
    4.4
上述计算方法及设计结果需要在工程建成后进行实测验证。


参考文献


1 ASHRAE.ASHRAE Handbook.Systems and Equipment. 2000
2  JGJ 142-2004  J 365-2004
地面辐射供暖技术规程

高端建筑物室内生态环境的综合解决之道    瑞恒生态建筑系统——享我所想
 
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