地板輻射板面積及位置對采暖房間的影響天津工業大學300134趙麗娜趙麗娜,1976～,黑龍江人,碩士,講師,趙麗娜,1976～,黑龍江人,碩士,講師,摘要：本文介紹了采用吸收系數法建立輻射采暖房間換熱模型的方法，并根據該方法編制相應計算程序對室外溫度為-26℃時，分別對普通采暖房間、山墻采暖房間內，當地板輻射板的安裝面積以及鋪設位置不同時，房間的采暖能耗及熱環境進行機模擬計算，證明對于普通采暖房間和山墻采暖房間，隨地板輻射板面積的增加，房間的采暖能耗減小；地板輻射采暖板覆蓋率很小時，其鋪設位置不同對房間的能耗及熱環境有影響，而當地板輻射板覆蓋率很大時，其安裝位置不同對能耗及熱環境的影響很小。關鍵詞：輻射采暖換熱模型采暖能耗熱環境DifferentareaandpositionoffloorheatinginfluenceonheatingroomTianjinPolytechnicUniversityZhaoLinaPanBo；HarbinInstituteofTechnologyZouPinghuaAbstract:Inthethesistheauthoradoptedmethodofabsorptioncoefficientandestablishedthemodelofheattransferofthebuildings.Thecorrespondingcomputerprogramsimulatedtheenergyconsumptionandthechangeoftemperatureinthecommonroomsandgablewallroomswithdifferentareaandpositionoffloorheatingwhentheoutdoortemperatureis–26。C.Thesimulationshows,forthecommonandgablewallrooms,theenergyconsumptionreduceswiththeincreaseoftheoccupyingareaofradiantfloorheating,whentheradiantfloorheatingareaiscomparativelysmall,itspositionhasgreatinfluenceontheenergyconsumptionandtheheatenvironment.Butastheradiantfloorheatingareaisgettinglarger,itspositionremainsnegligibletotheenergyconsumptionandheatarea.Keywords:radiatingheating,heatingtransfermodeling,energyconsumptionofheating,thermalenvironment低溫地板輻射采暖系統節能性的特點表現在很多方面，如在人們有相同熱感覺的情況下，地板輻射采暖房間的設計空氣溫度可比對流采暖房間低2℃［1］；由于地板輻射采暖的熱量主要集中于人體工作區域內，克服了對流采暖頂棚溫度高造成的熱能的無效損失；另外，由于地板輻射采暖的熱媒溫度遠比對流采暖低，減小了熱媒制備及傳輸過程的熱損失等。本文主要從輻射采暖本身的特點出發，定量的分析了地板輻射采暖板面積、及安裝位置不同時，房間采暖能耗及熱環境狀況。1.計算模型的建立為了確定采暖房間的能耗及熱環境狀況，必須對房間內的換熱進行分析。而一個相對真實的能量模型必須包含熱傳導、對流、輻射和冷風滲透。1.1物理模型圖1圖1采暖房間示意圖地板輻射采暖房間內，存在如下換熱過程：地板輻射采暖板與房間各圍護結構內表面間的輻射換熱及與空氣間的對流換熱；各圍護結構內表面間的輻射換熱；各圍護結構內表面與空氣間的對流換熱；外窗1和外墻2與室外環境發生的傳熱。1.2數學模型首先把整個房間作為一個熱力系統，室內空氣和圍護結構分別為該系統內的兩個子系統，對兩個子系統分別建立各自的熱平衡方程，然后再聯立求解。建立模型時由于外窗與外墻溫度差異很大，將外窗與外墻各自作為一個研究對象進行計算。根據能量守恒原理，對于外窗1有：（1）式中—從外窗內表面到室外空氣的傳熱系數，W/(m2·℃)；—外窗表面的吸收率；—表面n的有效輻射,W/m2；—第n個表面到第1個表面的角系數值；—第n個圍護結構表面的面積，m2；—外窗內表面的本身輻射力，W/m2；—外窗表面面積，m2；—外窗內表面的黑度(輻射率)；—外窗內表面對流換熱系數，W/(m2·℃)；—室內空氣溫度，℃；—室外空氣溫度，℃；——外窗內表面的溫度，℃；笨外稈墻數2思的熱平衡方程詞的結構與外窗租相同：知立(2)縮對于沒有內熱硬源也不向室外倍散熱的房間內制圍護結構表面唉i酸，算可列出如下的趟熱平衡方程臥：充青織聞面慕(3)領根據能量守恒姜原理，在穩態考條件下，從地嘉板輻射板放出態的熱量應當與恢房間的耗熱量豬相同，所以對爺于地板輻射采脫暖啄板瞧8失有：(4)好式倆中懶嗓—術—表冷風滲透等帶余入室內的冷量堂，櫻W乘。掉穩態工況下，奶采暖房間空氣譯熱平衡方程為慶：霞能(芳5)南在以往所涉及偽的輻射換熱的恒計算中，一般偵情況下為給定朗所有表面的溫降度求解凈輻射組換熱量。此處翻所涉及的問題添卻相反。在所牙有的熱平衡方隆程中，都既有躲有效輻射又有革本身輻射，圍固護結構表面的阿有效輻射能并里不正比于其表對面溫度的四次利方，該方程組綿中有效輻射和德溫度均為未知茄量，未知數個勸數大于方程個樂數是無法進行園求解的。為了械簡化，有的學捐者將公式中的朋有效輻射用本疼身輻射代替，膏但這種方法計繁算很顯然會產請生計算誤差，墻而本文在此處狐采用了吸收系虜數法免［詠2橋］渾。唉1.掌3驕吸收系數法簡何介圖2輻射路徑圖示箭吸收系數法麥是慢Gebhar圍t逢根據輻射換熱肉規律推導得出俊的，這是一種譽由非黑表面構摔成的空腔內，尺各表面間凈輻臥射換熱的計算詳方法。該計算限方法是將分析叔的注意力主要枝集中于發射輻強射與接受輻射鍛的某兩個表面莫，其它表面僅鞠作為反射體考盆慮。并且其吸賺收系數可以利較用房間角系數步矩陣和各表面劃的輻射特性求抬圖2輻射路徑圖示命根敲據搜Gebhar抹t烤狀的觀點，對于池i門表面直接輻射餓到切j好表面上并史被醒j站表面所吸收輻心射能的百分比昌可以用憲表示，同寫時收j瞞表面也能吸收醫從東i句表面經由其因它儲(荒如揉圖命2迷所示款的玉k漢、確l消)慰表面的間接輻炎射能，若用龍表鉆示遮j距表面吸收來自抽i撇表面的直接迫及其經由其它吸表面間接反射蹲的吸收系數，兩則吸收系數可餓以寫作如下形期式：紫姑次往考(6)那式怨中西巨—福j瞇表面對描i擇表面輻射能的妻吸收系數；悠—打j裝表面的輻射率狹；知—陷k舅表面的反射率民。糖上述方變程奴(6篇)拖可寫成如下所磚示的矩陣形式梅：似質鬼銷貸(7)蜻式注(7漲)賞為角系數與吸住收系數之間的歉關系式。撐根怪據管Gebhar僑t鍵魄對其進行的進酬一步推導，吸也收系數有類似德輻射角系數的英互換性的性質鮮，吸收系數的用互換性原理，六可寫成格：六吼釋超艇事梁(8)潑相應用矩陣形著式描陵述梨(8誦)今式中的面積即壇吸收系數項為許：臟式中忽——牧i剖表面面積惡，垃m吹2擦；獵—側—雜表念面訊j段相對于表倉面像i打的吸收系數。武根據吸收系數蓮的定義及簡單必推導可得出：投房間內任意兩斯圍護結構表面臣間的凈輻射換架熱量計算公式籃為：瓣猛衫金乞圣依嶼(9)覽分析可知，對掠于房間內任意炊一個表面，其息表面凈輻射換識熱量應為該表艷面與其它所有酸表面的凈輻射浪換熱量的代數謠和。若費用販(9代)預式代替上述模忽型方程中各表網面的凈輻射換娃熱量，可以直萍接利用兩表面餓的四次方溫差搬，以及經過角慌系數矩陣代數錘變換所得到的麥吸收系數矩陣繁進行溫度求解旨。秤若將以上公辟式為(1廳)芳、標(2刷)渠、補(3晴)獨和件(4流)泊寫成通式的形勺式，對于第劇i跳個圍護結構內狹表面，其熱平晃衡方程為：仇羨有信(10揀)戒式罵中逮脾—施—斃第皂i挺圍護結構表面棟傳熱熱流量增，如W/m院2岔；地—吐—推第煎i蝴圍護結構內表目面的對流換熱丈系數哀，旁W/(m瞞2濤·K鋪)得；板—統—率k際表面對搜i萄表面的吸收系間數；其余項同扁式改（刑1沃）中各項萬。隔模擬過程中引腔入秒М餡.飯И冰.贈Киссин唉推導出的溫度永修正系數浮[3]饞，勿將狡式樣(10追)握中的開氏溫度慢的四次方差簡損化成攝氏溫度相的一次方差增：居虜癥擔肥蘋(11)燈式貫中眨數—激—如溫度修正系數獸，即初。限式秘(11梯)冤代入陽式伶(10冠)拐得：維(12倚)計通屯式食(12剛)甜及零式揪(5走)遮聯立即為本模睛擬過程的基礎掙模型。2作用溫度室傳統的對流采界暖方式通常以差室內空氣干球獵溫度作為設計智參數，但輻射同采暖條件下，活室內空氣溫度啄已不能準確評森價室內舒適性錢。您Fanger定(1967退)漲教授指出：作拆用溫度綜合考震慮了人體與熱既環境的對流換百熱與輻射換熱手狀況，并建議逃用作用溫度來精描述人體在給黎定點上的熱感權覺炊［毅4漸］含。本文以作用英溫度作為低溫薄熱水地板輻射兄采暖房間熱環幟境的評價指標贊，即以該指標欣為能耗分析的打熱舒適控制指矛標。結合文獻蓮［胖5董］本文所采用碼的作用溫度的頑計算公式為林：示終拌剛（匹1嗓3囑）側符燒3亞逃地板輻射采暖答板面積及安裝就位置對采暖能悟耗影響的分析僵為了便于描述度，本文將輻射威采暖板表面積每與整個地面的盈面積之比稱為芳輻射板覆蓋率運。對于每一個炸固定的輻射板善覆蓋率，地板機輻射采暖板的顯安裝方式可以陣分為中心安裝惜和周邊安裝兩示種形式。作者頁分別對只有一黃面外墻和和有幣兩面外墻的條漁件下，不同的艷輻射板覆蓋率替及采用不同布洪置方式的情況珍進行了模擬計繩算。近3.1際蛋模擬計算的物禿理條件圖3輻射板安裝方式及輻射板覆蓋率變化趨勢示意圖轉模擬工況為室燦外空氣溫度為造-2汁6復℃雕，能耗的熱舒輪適指標應控制里為滿足房間中窩心位置的作用井溫度婚在踢18為0.扁2雹℃痛的范圍以內。防仍以栽圖呆1品為例，對于有傭一面外墻的普巾通房間模擬選迎為：開映間呆×目進投深遵×皇高＝曬3.3m倘×啦5.4m挨×納2.8m泳，外窗尺寸為顛：虎1.5m憐×糊1.8m冷。而對于有兩形面外墻的山墻霜房間模擬，其和圍護結構尺寸勝與普通房間相節同，只是將普各通房間中的一誕面內墻消3.3m錯×醫5.4m熄改為外墻，同考時該外墻上不跑圖3輻射板安裝方式及輻射板覆蓋率變化趨勢示意圖籠圖奶3踩給出了模擬工儀況下地板輻射楚采暖板的安裝未方式及輻射板肉覆蓋率變化趨敞勢示意圖，其谷中陰影部分表寬示輻射采暖板臂，空白部分表賴示沒有鋪設輻至射采暖板的地核面部分。吳圖俱3每中婚1監)增表示只有一面射外墻的普通采亂暖房間沿周邊礙安裝輻射采暖蘭板姜，抄2放)貝表示有兩面外夠墻的山墻采暖鴿房間，沿周邊羅安裝輻射采暖杏板致，疑3喪)織表示輻射采暖摔板安裝在房間竟中心位置。在構各自不同的模待擬工況下，輻他射板覆蓋率按職圖中箭頭所示攀方向增加。殖3.2仰木普通采暖房間疤模擬結果分析虹：敬帳在輻射板覆蓋看率較大的情況遲下，輻射采暖魔板表面溫度低旋，如輻射板覆序蓋率毯為惠9慮0宣％時，兩種安窯裝方式輻射采同暖板表面溫度紹均在尚2茅3愁℃熄左右。而輻射柄板覆蓋率較小晨時，相應的輻助射采暖板表面毫溫度很高。這雄主要是由于在謊保持室內相同字舒適度下啟，思當輻射板覆蓋莫率降低時，為嫌了彌補供熱面吐積減小所減少打的供熱量，需著要相應提高輻哈射采暖板單位閉面積散熱量，叫而輻射采暖板微單位面積散熱樂量主要取決于熊輻射采暖板表倍面的溫度。烘兵輻射采暖板覆蘋蓋率較小時，按為了達到相同擱的熱舒適指標耳，輻射采暖板悠周邊安裝方式象比中心安裝方時式的表面溫度玩高。這主要是陪由于，采用周食邊安裝的方式伴時，輻射采暖味板對內圍護結詠構表面的角系莫數很小，以覆道蓋率峽為番3可0色％為例，采用跟周邊安裝的方違式時，輻射采鼻暖板對所有內迷圍護結構表面春的角系數暴為濃0.7佛1腰，而采用中心社安裝的方式時清，輻射采暖板靈對內圍護結構犯表面的角系數呼為臨0.9陰1猛，也就是當輻貝射板覆蓋率消為染3綿0丑％時，輻射采掠暖板安裝在周示邊位置時投射期到內圍護結構神表面的輻射能練比安裝在中心麗位置時箱少蜘2宰0積％。為了使房忘間內側能夠滿伏足相同的舒適巾性要求，則需臉相應提高安裝爛在周邊位置的莊輻射采暖板的短表面溫度。睛擦輻射板位置影予響溪當輻射采暖板眉安裝在中心位曾置時，隨輻射砍板覆蓋率的變根化，房間采暖妄能耗變化不大畏。當輻射采暖列板安裝在周邊吵位置時，在滿司足房間相同的貴舒適度的條件雪下，隨著輻射救板覆蓋率增加瓦，房間采暖能制耗逐漸減小。盼根據《暖通空霉調規范》養［宮6企］揮的規定，對于煙人員長期停留錘區，輻射地板件表面溫度的最肺高限值為念2賭8許℃花，為了滿足這旁一要求，當輻嶼射板表面溫度銀為說2坊8社℃釘時，兩種布置貞方式的輻射板以覆蓋率約愉為渾4估8年％左右，而輻嗓射板覆蓋率宴為矮4景8幼％時，對于輻橡射板中心安裝生的房間，其采發暖能耗蘆為醋860致W且，而對于輻射請板周邊安裝的闊房間，其采暖街能耗濃為烘883避W扔，前者比后者賞節灣能丈2.議6俱％。駐3.錫3的山墻采暖房間竟模擬結果分析半：龜對于有兩面外涌墻的山墻采暖祖房間，輻射板哀覆蓋率需達到雀88邀％左右時才能挑滿足地板輻射殖板表面溫度不宗大于蛾28剝℃訓的要求。當地武板輻射采暖板瓣的覆蓋率很高丘時，為了滿足啦相同的熱舒適蘆，兩種安裝方辜式下所需地板船表面溫度差別潑不大。為了滿康足地板表面溫因度不大于塑2微8索℃賭的要稠求濁(趙輻射板覆蓋率洞大班于廟8速8早％澆)染，兩種安裝方捷式的房間采暖芒能耗相差不大挪。4結論跑模擬計算結果步表明：礦當地板輻射采本暖板覆蓋率很主小時，輻射采疊暖板安裝在房生間中心位置可涂以降低房間的矛采暖能耗；而職當地板輻射采領暖板覆蓋率很雖大時，兩種安尊裝方式下房間濃的采暖能耗差擠別很??；對于籃寒冷地區，有滿兩面外墻的山調墻采暖房間，亡采用地板輻射萄采暖時，為了襲滿足舒適性要毫求，所需的輻咽射采暖板覆蓋橋率相對較大，制采用兩種不同得布置方式時，悔房間內的熱力病工況的差