中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司 北京 100120
摘要：针对煤矿联建浴室，建立供暖房间计算简化模型，散热器供暖和地板辐射供暖的室内设计温度均为25℃，人体皮肤表面温度取32℃，计算分析辐射换热量和对流换热量。煤矿联建浴室采用地板辐射供暖比采用散热器供暖综合效果好。
关键词：浴室散热器供暖地板辐射供暖辐射换热量对流换热量
目前，我国煤矿的联合建筑大都采用散热器供暖，但是随着供暖技术的不断发展，部分新建矿井的联合建筑开始采用地板辐射供暖。国内外对于两种不同供暖形式的研究比较都是围绕居住建筑和办公建筑进行[1-5]。联建浴室相对于居住建筑和办公建筑有其特殊性，前人的研究结论并不一定适用于联建浴室。基于前人对散热器供暖和地板辐射供暖的研究，本文针对联建浴室的不同供暖形式下人体的失热量进行对比分析。
本文以小保当煤矿与曹家滩煤矿的联建浴室设计条件为研究基础，两矿均为新建矿井，直线距离约15公里，位于陕西省榆林市榆阳区和神木市交界处。冬季供暖室外计算温度均为-15℃，联建浴室室内设计温度均为25℃。小保当煤矿联建浴室采用散热器供暖，供暖热媒为95/70℃热水；曹家滩煤矿联建浴室采用地板辐射供暖，供暖热媒为50/40℃热水。
联建浴室内均为隔间布置，每个隔间可近似看作是一个单独的供暖房间。建立房间几何模型，如图1所示，房间长×宽×高为4m×4m×3m，一面外墙1，一个外窗长×高为1.8m×1.5m，其余围护结构均为内围护结构，不考虑传热量，人处于房间中央。散热器供暖模型在外窗下部设长×高为1.5m×0.6m的散热器（忽略厚度）。
图1 房间几何模型
1.失热量的比较：
人体热量主要是通过热辐射和热对流的方式散失[6]。
1.1辐射失热量
人体对房间各表面的辐射传热量Fb，s为：
Fb，s=esb（Tb4-Ts4）A b（1）
式中Fb，s──人体对房间各表面的辐射传热量，W
e──发射率
Ab──人体表面积，m2
sb──黑体辐射常数，5.67×10-8W/（m2•K4）
Tb──人体表面温度，K
Ts──房间表面温度，K
其中发射率e的计算式为：
（2）
式中eb──人体的发射率
es──房间表面的发射率
Xb，s──人体对房间表面的辐射角系数
Xs，b──房间表面对人体的辐射角系数
计算条件
两种供暖方式的室内设计温度均为25℃，人体表面温度32℃。根据胡健[7]、郑德晓[8]等人的研究，人体的外表面积为1.73m2，由于人体自身的遮挡，对房间各表面辐射角系数之和为0.78。人体表面发射率为0.98，散热器表面发射率为0.65，房间各表面发射率均为0.94。对于地板辐射供暖系统，人体对屋顶的角系数为0.14，对外窗的角系数为0.018，对外墙1的角系数为0.062，对内墙2的角系数为0.1，对内墙3的角系数为0.08，对内墙4的角系数为0.1，对地面的角系数为0.28。取地面平均温度为28℃，其余各表面温度与室内设计温度相同为25℃；对于散热器供暖系统，人体对屋顶的角系数为0.14，对外窗的角系数为0.018，对散热器的角系数为0.006，对外墙1的角系数为0.056，对内墙2的角系数为0.1，对内墙3的角系数为0.08，对内墙4的角系数为0.1，对地面的角系数为0.28。取散热器表面温度为82.5℃，其余各表面温度与室内设计温度相同为25℃。
地板辐射供暖计算表
通过计算得出，地板辐射供暖人体的失热量为49.74W，散热器供暖人体的失热量为53.80W。
1.2对流失热量
人体与房间空气间的对流传热量Fc为：
Fc=aAb（tb-tf）（3）
式中Fc──人体与房间空气间的对流传热量，W
a──人体表面传热系数，W/（m2•K）
tb──人体表面温度，℃
tf──室内空气温度，℃
人体表面传热系数a的计算式为
（4）
Nu=c（Gr•Pr）n（5）
（6）
式中Nu──空气的努谢尔数
l──空气的热导率，W/（m•K）
h──人体高度，m
c、n──计算常数，取值分别为0.10、0.33
Gr──空气的格拉晓夫数
Pr──空气的普朗特数
g──重力加速度，m/s2
aV──空气的体积膨胀系数，K-1
Dt──人体表面温度与室内空气温度差，℃
n──空气的运动黏度，m2/s
这种供暖方式环境温度相同，均为25℃，因此两种供暖方式的对流失热量相同，均为14.02W。
1.3两种供暖方式的对比分析
通过上述计算，地板辐射散热供暖人体的总失热量为63.76W，散热器供暖人体的总失热量为67.82W，相同室内设计温度条件下，采用散热器供暖比采用地板辐射供暖人体要多散失4.06W的热量。地板辐射供暖地面温度较高，浴室地面上的水可以更快蒸发，并且即使矿工光脚洗澡也比较舒服。地板辐射供暖室内温度分布较散热器供暖更加均匀，温差梯度相对较小。散热器供暖，靠近散热器部分温度较高，远离散热器地点温度降低。地板辐射供暖地面温度较高，浴室地面上的水可以更快蒸发，并且即使矿工光脚洗澡也比较舒服。因此地板辐射供暖更加适用于联建浴室。
参考文献：
[1]邹通，王烨，孙鹏宝.地板供暖和散热器供暖综合性能对比分析[J].制冷与空调（四川），2015（6）：744-748.
[2]覃宗胜，陈晓宁，吴艳，et al.地板辐射供暖系统与散热器供暖系统性能的数值分析与 实验研究[J].制冷技术，2017（3）.
[3]唐文，周君明，彭冬根.地板辐射供暖与散热器供暖的比较分析[J].建筑技术，2016（11）.
[4]陈镇.地板辐射、散热器供暖方式下人体失热量比较[J].煤气与热力，2015（7）：8-10.
[5]杨晓敏，王伟浩，张雪，et al.居民建筑传统散热器供暖与地板辐射供暖的对比分析[J].洁净与空调技术，2017.
[6]章熙民，任泽霈，梅飞鸣.传热学（第五版）[M].2007.
[7]胡健.多壁面辐射板与围护结构及人体间的角系数研究[D].湖南大学，2017.
[8]郑德晓，李念平，杨昌智.辐射空调房间表面的角系数[J].土木建筑与环境工程，2015（1）.
论文作者:王策
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/16
标签：散热器论文; 系数论文; 人体论文; 地板论文; 热量论文; 浴室论文; 房间论文; 《基层建设》2019年第11期论文;