摘要：从辐射供暖技术传热模型研究、室内热环境研究、控制方法研究、响应时间研究、优化研究等方面整理了国内外对辐射供暖技术的研究现状和进展。接着提出我国夏热冬冷地区冬季供暖形式的思考。最后总结并提出今后的研究方向，为相关研究学者提供参考和借鉴。
关键词：低温热水；辐射供暖；热舒适
0 引言:辐射供暖是指提升围护结构内表面中一个或多个表面的温度，形成热辐射面，依靠辐射面与人体、家具及围护结构其余表面的辐射热交换进行供暖的技术方法。辐射面可以通过在围护结构中埋入热媒管路来实现，也可以在天花板或墙外表面加设辐射板来实现。由于辐射面及围护结构和家具表面温度的升高，导致它们与空气间的对流换热加强，使房间空气温度同时上升，进一步加强了供暖效果[1]。低温热水地板辐射供暖的供水温度一般小于60℃。低温热水辐射供暖作为即节能又舒适的新型供暖技术，它创造了一个室内空气温度偏低、平均辐射温度较高的一个类似于大自然的微热环境，在这种方式下室内温度梯度比对流供暖分布均匀，室内地面有效温度高于室内上部空气温度，室温比较稳定，无效热损失少。国内外学者对其进行广泛的研究，并在诸多方面取得成果。
1 国内外研究现状
1.1传热模型研究
初期的辐射地板传热研究以实验测试为主并提出了一些经验公式。20世纪50年代，Hulbert 等[2]在假设地板上下表面都是等温面，地板下部热损失均匀的条件下分析了埋管地板内的热流情况；Schutrum[3-4]等在Hulbert等人研究的基础上提出了地板散热量计算的经验公式，指出地板表面温度应小于29℃，并在ASHVE研究实验室对不同室内围护结构表面温度分布和不同地面覆盖情况下的地板传热特性进行了测试；这些假设和经验公式后来成为ASHRAE handbook 1984关于地板辐射散热量计算模型的基础。
Abdelaziz Laouadi[5]建立了地面辐射供暖传热数学模型，使一维的传热数学模型和二维模型的分析相结合计算地板结构层内的传热。Weitzmann[6]等建立了二维动态模型，并利用模型模拟出采用地板采暖的地板板中的热损失和温度场。
1989年Delsante A E[7]将地板化分成方形核心区和周边区，分别建立二维和三维稳态传热模型，并用显式差分法求解模型。同年Bahnfleth W P[8]建立了地板三维稳态传热模型，对低层房间的计算结果表明：在寒冷季节，地板向下的传热损失可占总热损失的1/3甚至一半。
Kilkis于1992年提出稳态平面肋片模型，该模型将盘管之间地板上表面按传热肋片处理[9]，并对肋片效率进行了修正。众多学者在稳态平面肋片模型基础上进行了改进。刘艳峰通过对肋基温度修正将模型进行了改进，提高了计算准确度，并提出当量热阻算法，便于工程计算。
1.2室内热环境研究
1994年B.W.Olesen是以实物为对象进行了室内热环境的动态测试，对地板辐射供暖测试因素主要考虑了室外温度、窗、内热源等影响因子，此后他在分析了各种换热系数之后，提出了一种新的地板表面对流换热系数的计算方法。J．Miriel对金属辐射项板的性能、热舒适性和能耗进行了实验和模拟研究，为金属辐射板在法国的推广应用提供参考和依据。
翁文兵等利用毛细管辐射空调系统实验室，对天棚辐射供暖稳态工况进行了测试分析，得到了围护结构表面温度、室内温度、辐射天棚表面温度边界层的分布规律，计算与实测验证天棚辐射供暖换热性能。凌继红[19]通过传热模型建立并编制计算软件，利用软件计算低温热水地板辐射供暖系统单位面积散热量、地板表面温度与各因素间的定量关系。
1.3控制方法研究
ASHERAE HAND BOOK 研究了地板辐射采暖系统的供水温度与室外气温的关系，研究表明在系统循环水量不变的条件下，室外温度同供水温度之间呈线性关系。1994 年 S B Leigh 建立了两个地板辐射供暖实验房间研究水温—室外气温曲线偏移控制和流量控制，研究表明两种控制方式的控制效果相当，但后者反应较快。1994 年 D R Gibbs利用集总热容法建立埋管地板辐射采暖模型，研究了基于室温的间歇开启分区控制、基于室外气温和室内温度反馈的单区控制和基于室外气温和室内温度反馈的分区控制三种方式的控制效果。Sung-Hwan Cho 对地板辐射采暖的温度控制进行了实验测试研究；Cho S H 和Zaheer-Uddin M 对地板辐射供暖的运行控制进行了一系列研究，通过实验提出了利用双参数法对地板辐射供暖系统进行温度调节的控制方法，并于 2003 年提出对地板辐射供暖系统的间歇运行进行预兆控制。刘成林基于采暖空间的热网模型得到室内作用温度对室外干扰的传递函数，并在此基础上引入基于作用温度的低温热水地板辐射采暖的反馈控制系统模型。高智杰针对不同采暖末端的特性提出不同的调控策略，研究室外温度变化与热泵机组供水温度变化规律，并分析不同调控策略的节能性。
1.4响应时间研究
周兴红对低温地板辐射采暖进行数值模拟，获得不同温度工况下系统达稳定时的预热时间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高智杰等研究夏热冬冷地区不同采暖末端开关机时间与室内温度分布情况的关系。
1.5优化研究
刘成林基于热网模型，利用Matlab软件编程对采暖空间在不同设计参数下室内的热环境和能耗进行数值分析，得到低温热水地板辐射采暖系统的性能和能耗指标随这些参数变化的规律，并对辐射板布置位置进行优化选择。赵加宁[29]利用层次分析法从热工性能、经济性、水阻力以及热舒适性四个方面进行低温供暖末端装置的优化选择，给出了各种低温供暖末端综合评价的指标及其优选排序。
2 我国夏热冬冷地区供暖形式思考
目前我国建筑能耗约占社会总能耗的30%-40%，而采暖能耗高、比例大则是我国建筑能耗所表现出来的一个主要问题。随着经济的发展，人们对物质生活的要求不断提升，对热舒适的要求也不断提高。我国三北地区冬季集中供暖，居住建筑内温度可以满足卫生或舒适要求；而夏热冬冷地区冬季阴冷潮湿，非供暖（空调）房间已不能满足人体的热舒适要求。
目前，我国夏热冬冷地区住宅供暖多采用分体式空调或电加热器，其存在着耗电量大，舒适度低并且使用不当容易引发火灾等安全问题。而北方集中供暖体系又不适合我国其他地区的社会模式和节能减排，它会与在市场经济条件下高速发展的多样化的供暖需求产生诸多难以解决的矛盾和问题。我国其他地区不能照搬北方集中供暖方式，应基于现代科学技术建立新型的供暖体系，它应是健康的、舒适的、高能效的，以及社会环境友好的。低温热水辐射供暖以舒适性高、节能、不占建筑空间、不影响室内装饰，并可有效利用低温热源等优点在国外及我国北方地区较为广泛应用。我国夏热冬冷地区也可考虑针对自身气候特点和供暖需求设置低温热水辐射供暖系统。
3 结语
（1）我国各地区建筑围护结构保温性能和气候均存在较大差异，针对不同地区的低温辐射供暖技术研究应充分考虑不同地区特点，其供暖模式和设计参数应个性化设置，不能一概而论。
（2）由于墙体蓄热等原因，低温热水辐射供暖时，室内温度达到舒适性的时间较长，未来可从不同的低温热水辐射供暖运行模式下的室内舒适性和室内温度响应时间等方面展开研究。
（3）如今的研究中针对低温热水辐射供暖系统的动作时间和控制研究较少，未来可针对满足不同室内舒适性要求前提下的辐射供暖末端动作时间展开进一步研究。
参考文献
[1] 王子介. 低温辐射供暖与辐射供冷[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004.
[2] Hulbert L E, et al. . Heat flow analysis in panel heating or cooling sections: Case I uniformly spaced pipes buried within a solid slab [J]. ASHVE trans, 1950, 57: 221-232.
[3] Schutrum L F, et al. . Heat exchange in a floor panel heated room [J]. ASHVE trans, 1953, 59: 495.
[4] Schutrum L F, Humphery C M. Effects of non-uniformity and furnishings on panel heating performance [J]. ASHVE trans, 1954, 60: 121-134.
[5] Abdelaziz Laouadi. Development of a Radiant Heating and Cooling Model for Building Energy Simulation Software [J]. Building and Environment, 2004, 39: 421-431.
[6] Weitzmann P, Kragh J, Roots P, Svendsen S. Modelling Floor Heating Systems Using a Validated Two Dimensional Ground-coupled Numerical Model [J]. Building and environment, 2005, 40(2): 153-163.
[7] Delsante A E. Steady-state heat losses from the core and perimeter regions of a slab-on-ground floor [J]. Building and environment, 1989, 24(3): 253-257.
[8] Bahnfleth W P. Three-dimensional modeling of heat transfer form slab floor [R]. Technical manuscript, USA Construction Engineering Research Lab, 1989.
[9] KILKIS B I. Enhancement of heat pump performance using radiant floor heating systems [J]. American Society of Mechanical Engineers, 1992, 28: 119-127.
论文作者:杨巧霞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/11
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