邵颖
山东天泽规划建筑设计有限公司 山东省淄博市 255000
摘要：近年来，地板辐射供暖系统凭借其具有较好的舒适性、室内温度分布均匀、温度梯度小、占用使用面积少等优点，得到了大力推广与应用，受到了人们的重视和青睐。大量的理论和试验研究证明地板辐射供暖总体比传统的散热器供暖可节能高达30%，可见节能效果明显。此外，该系统所需水温不超过60℃，为利用低品位能源提供了可能性。基于此，本文主要对地板辐射供暖室内热舒适性进行分析探讨。
关键词：地板辐射供暖；室内热舒适性
1、前言
随着人们生活水平不断提高，室内采暖舒适性也逐渐受到人们的重视，意识到了舒适性对人心理、生理健康具有重要影响。地板辐射采暖是以工作压力不高于0.8MPa、温度不高于60℃的热水为热媒，在管内循环流动对地板加热，地板表面以辐射和对流传热方式向室内供热的供暖系统，该系统以整个地板作为散热面，在与周围空气进行对流换热的同时，还与人体、家具及四周维护结构进行辐射换热，使室内温度得到提高，且辐射换热量约占总换热量的50%以上，可以有效解决散热器采暖所存在的有关问题。
2、地板辐射供暖室内热舒适性的影响分析
2.1面层材料的影响
地板提供的单位热量取决于地板的表面温度，此温度由一系列参数决定：活性填充层里加热管之间的间距，加热管里的热水温度和流量。同时，管的壁厚与导热系数，面层的种类，厚度与导热系数对地板的散热都有影响。这里主要讨论面层的影响。
不同面层种类的地板表面温度分布以及散热量存在着明显差异，这主要取决于不同面层种类的热传导系数。大理石表面的平均温度比地毯表面的温度高接近10℃，散热量是地毯表面的4倍。可见面层材料对低温地板辐射供暖的供热量产生的影响非常大，如果采用木板或者毛毯作为面层，会造成热量浪费，这与低温地板辐射供暖的节能特点背道而驰。虽然理论上可以通过提高进水温度来提高表面温度，但在实际中，加热时填充层会膨胀，如果过度加热，膨胀就会使填充层与地板断开，面层就会有翘起的危险。
2.2家具摆设减少了有效使用面积
低温地板辐射供暖运行时，系统都是埋在地板下，没有占用室内空间，这是相对于传统对流散热器系统的优势之一。我们在讨论低温地板辐射供暖的供热量时，通常会用单位面积供热量。但在实际运用中，不可能使用完整的散热地板表面来采暖。
卧室里安装了低温地板辐射供暖系统。床底下与衣柜底下的面积都是非活性表面。由于家具的遮蔽，家具底下的地板表面不能以辐射方式传出热量，也不能以对流方式传出热量。有效使用面积是指那些充分暴露在外面，与空气直接接触的那一部分面积。如果该采暖房间是一个5×4×3（长×宽×高）的房间，那么采暖地板的总面积为20m2。而床的面积为4m2，衣柜的面积为2m2，剩下的面积为14m2，这部分面积就是该采暖房间的有效使用面积，So=14m2。房间的有效使用面积占房间总面积的70%，相当于地板对室内的散热量减少30%。如果地板上的覆盖物是地毯或者其他热传导系数较低的材料，那么热量的损失会更多，很有可能会使房间达不到采暖要求，舒适性会大大降低。当然减少地板下加热管之间的距离或者提高加热管内热水的温度，能够增加地板表面的传热量。但一方面，过高的热水可能会导致填充层与地板之间产生断裂，另一方面，减少加热管之间的距离，比如从200mm减少到100mm，成本会增加不少。在采暖房间，由于家具影响，地板的散热量会大打折扣，无论家具如何摆放，达到舒适性要求还是有办法的，但这意味着提高采暖成本。相比较于低温地板辐射供暖，散热器供暖和空调器供暖不会产生这样的问题。无论采暖房间有无家具，或者家具如何摆放，它们的成本都不会改变。
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2.3系统反应时间慢
上文中提到，由于有家具存在，减少采暖房间的有效使用面积，也就减少地板对室内环境的散热量。但是损失的散热量并不是平白无故的消失了。被覆盖的地板表面与覆盖物比如床，衣柜之间也有着传热，覆盖物与室内也存在着换热，只是需要的时间很长，说到底就是增加了地板的热惰性。所谓热惰性，是指一定时间对某材料加一定量的热，材料表面的温度改变快慢的性质。
根据低温地板辐射供暖的地板内部传热机理。加热管内的热水将热量传给加热管，加热管通过地板结构层将热量传到地板表面，最后是地板与环境之间的传热。只有当地板的温度上升到比周围环境和非加热墙壁内壁温度更高的时候，地板才开始散热，当地板温度高于室内空气温度时，对流传热才会发生。地板的热惰性高是因为加热管被埋在填充层里，使得加热管表面的热量传到地板表面需要较长时间，同时地板表面传热给室内环境也需要时间。因此，热惰性高是低温地板辐射供暖的一个负面因素，它影响系统达到正常运行的时间。
根据建模分析，将正在稳定运行的低温地板辐射供暖系统停止运行24个小时之后继续运行，得到不同供暖方式下室内温度变化特性。
传统的对流散热器系统在停止运行24h后重新开启，只用2个小时左右，室内温度就迅速上升至设计温度20℃，并在之后保持稳定。而低温地板辐射供暖房间内，当系统停止运行24小时后重新开启，系统运行接近20个小时，室内温度才逐步稳定在20℃左右。
低温地板辐射供暖系统从开始运行到稳定状态都需要20个小时左右。这个时间不仅取决于地板的热惰性，还有地板与空气之间的对流传热速率。当地板温度高于室内空气时，开始对流换热，但当温差很小的时候，传热量很小，空气被加热就很缓慢。对于一个保暖良好的采暖环境来说，这种情况将更严重，因为保暖条件好的话，低温地板辐射供暖系统的散热量就会减少，整个系统从开始运行到稳定状态所需要的时间将更长。相对而言，对流散热器供暖时，散热器表面直接与空气接触，省去地板内部结构层的传热，并且壁面与室内空气的传热温差大，所以室内空气被加热到设计温度的时间短，只需不到2个小时。
如果低温地板辐射供暖系统一直稳定运行，即使热惰性影响第一次运行到稳定状态的时间，似乎可以忽略不计。但在现实生活中，如果为家用低温地板辐射供暖系统，当主人不在家里，那么系统的持续运行就是一种巨大浪费。相对节能的方式有低温地板辐射供暖系统的间歇运行，供回水平均温度的调节控制等。但是低温地板辐射供暖系统由于热惰性产生的浪费始终无法避免。
3、结语
低温地板辐射供暖系统相对于其他供暖方式，其节能，室内舒适性好，室内清洁卫生的优势明显，但在实际运用中还是存在着一些缺点：
（1）热阻高的面层材料会降低地板表面温度，减少散热量，造成一定的热损失。因此，在采用低温地板辐射供暖系统进行采暖时，地板表面最好不要铺设热阻高的材料，以免减少地板散热量，达不到设计要求，进而影响室内舒适性。
（2）家具摆放减少了低温地板辐射供暖的有效使用面积，减少了散热量。在家用低温地板辐射供暖系统中，比如卧室这样家具覆盖面积比较大的房间里，管道可以在有效使用面积以下进行敷设，这样就可以避免由于床、衣柜等家具覆盖所引起的有效使用面积减少。虽然总的辐射面积还是少了，但没有热量损失，通过调节供回水流量或者温度可以使房间达到设计要求。当然这种方法需要提前知道采暖房间内家具的摆放位置，所以在现实生活中较难实现。
（3）由于地板的热惰性，使得系统从运行达到稳定温度的时间过长，同时无法快速适应热负荷的变化，即使运用间歇运行等调节方式，由于热惰性产生的浪费也无法避免。从节能角度来说，还是要尽量使能源损失达到最小化，根据房主的生活和工作习惯，设计不同的间歇运行方案，这样便可以使节能和舒适性要求同时兼顾。
参考文献：
［1］靳俊杰，唐中华，高理福，等．农村住宅多能互补节能模式探讨［J］．建筑热能通风空调，2012，31（5）：72-75．
［2］吴媛媛．北京农村地区供暖方式及技术经济性分析［J］．煤气与燃力，2011，31（5）：15-18．
论文作者:邵颖
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/27
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