辐射供暖系统
    根据辐射板表面的温度可以将辐射供暖分为低温(低于70℃)、中温(70~250℃)和高温(250~900℃)1。辐射供暖系统的热媒可以采用热水或蒸汽。中、高温辐射供暖以及采用蒸汽为热媒时，表面温度高，传热强度高，通常用于工业厂房。辐射供暖分为全面辐射供暖和局部辐射供暖。全面辐射供暖是指对一个有限的大空间全部用辐射方式供暖;而局部辐射供暖是指对一个有限大空间的某一部分辐射供暖，而其余部分无供暖要求的辐射供暖方式。本节主要介绍以热水为热媒的低温辐射供暖及其系统。
辐射供暖的特点
    同对流供暖相比辐射供暖提高了辐射换热量的比例。所提高的辐射换热量的比例与热媒的温度、辐射热表面的位置等有关。各种辐射供暖方式的辐射换热量在其总换热量中所占的大致比例是:顶棚式70%~75%;地面式30%~40%;墙面式 30%~60%(随辐射板在墙面上的位置高度和板面温度的增加而增加)。同时辐射供暖提高了围护结构内表面的温度(高于房间空气的温度)，减少人体的辐射换热量，设计合理的辐射供暖，相比其他供暖方式有较高的舒适性。
    辐射供暖时沿房间高度方向温度比较均匀。图5-11给出不同供暖方式下沿高度h方向室内温度tk的变化。以房间高1.5m处，空气温度18℃为基础来进行比较。图中的热风供暖指的是直接输送并向室内供给被加热的空气的供暖方式。从图上可看出，热风供暖时(曲线1)沿垂直方向温度变化最大，房间上部区域温度偏高，工作区温度偏低。采用辐射供暖，(曲线3和4)，特别是地面辐射供暖(曲线4)时，工作区温度较高。地面附近温度升高，也有利于提高人的舒适感。
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    全面辐射暖系统设计热负荷时，房间上部温度增幅降低，使上部围护结构传热温差减小，导致实际供暖热负荷减少，计算时可取较低的高度附加率;供暖室内设计温度可比对流供暖低2℃，室内温度的降低，使冷风渗透和外门冷风侵入等造成的室内外通风换气的耗热量减少。总之，在上述诸多因素的综合作用下，辐射供暖方式热负荷降低，有利于节约能源。
    大多数辐射板不占用房间有效面积和空间。一些辐射板暗装在建筑结构内，无明露供热设备，显得美观。
    没有强烈的对流，室内空气流动速度低，无尘土飞扬，卫生条件较好，使辐射供暖除可用于住宅、公用建筑和空间高大的厂房、场馆之外，还用于对洁净度有特殊要求的场合(如精密装配车间和医院手术室)和对静音要求比较高的地方。
    如果需要，在辐射板加热管中通以冷水，可实现夏季供冷。
    辐射供暖利用加热管向辐射表面供热。地面辐射板加热管埋设在地面面层下，通过地面散热，散热面大大增加。因而在相同的供暖设计热负荷下，地面辐射散热表面的温度可大幅度降低，正好适合人体健康的需求，并为利用40~60℃的低温热水(热泵机组供水、地热水、余热水等)创造条件。
     整体式或贴附式供暖辐射板，热惰性大，启动时间长，调节室温缓慢。在间歇供暖时，室内温度波动较小。不适宜用于要求迅速提高室内温度的间歇供暖系统。如发生渗漏，大多数辐射板维修困难。要求在施工安装和使用中，对加热管可能发生渗漏和堵塞的问题应给予足够的重视。
辐射供暖系统的供热量
    辐射板的供热量与辐射板的类型及位置、换热管的形式(管径、长度和间距等)和辐射板的结构和面积、热媒参数、室内供暖温度、辐射板对室内各围护结构辐射放热的相对位置等许多因素有关。
    辐射供暖系统的热媒参数
    辐射供暖系统采用的热水平均温度，直接影响和决定着辐射板的表面温度、进而影响辐射板的散热量和辐射供暖的效果。辐射板表面温度的最高限值不仅影响房间的舒适度，还要受到管材允许最高温度的限制。
    辐射供暖系统的热水供回水温度，应根据供暖辐射板的类型、布置位置和对表面温度的要求等条件决定。
    研究和计算表明，整体式供暖辐射板的表面温度取决于混凝土等表面覆盖物的厚度，加热管内的热媒温度可比地表面温度高20~40℃。对民用建筑顶棚式、地面式、墙面式供暖辐射板应选较低的设计供水温度和较小的温降[11。我国规定热水地面辐射供暖系统设计供水温度不应大于60℃，设计供回水温差不宜大于10℃且不宜小于5℃。一般采用35~45℃。如室外热网设计供水温度超过60℃时，宜在楼栋入口处设混水装置(利用较低温度的回水与较高温度的供水混合，降低供水温度的装置)或换热装置。
     对水平布置的供暖辐射板，确定其布置方式和计算其流量时，应注意保证水平管中水流速度不小于0.25m/s，有利排气。
     对用于厂房和场馆的悬挂式供暖辐射板，可选较高的设计供水温度。如加热管采用钢管时除可以用高温水作热媒之外，还可以用蒸汽作热媒，蒸汽的压力可以与高压蒸汽供暖系统一样，高达0.39MPa。
    对毛细管网辐射供暖系统的设计供水温度规定如下:
    墙面式和顶棚式25~35℃;地面式30~40℃。供回水温差宜采用3~6℃。
    辐射供暖系统的压力与一般对流供暖系统一样，系统中的最大压力应不超过加热管的承压能力。
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    地面供暖辐射板的表面温度
供暖辐射板的表面温度ts及其均匀程度与热媒温度t、房间温度tr、加热管的管径d、管间距s、管子埋设厚度h、混凝土等覆盖物的导热系数λ等有关。图5-12 中示出了地面一顶棚混凝土供暖辐射板中每一加热管周围的地面材料层内形成的温度场，图中细实线为等温线，带箭头的虚线表示热流”。热流线起始于加热管，终止于辐射板表面。沿加热管周边不同热流方向材料层的热阻是变化的，使得地面表面的温度曲线呈波状起伏。加热管管顶所对应的地面表面温度最高，为to;两相邻加热管之间(距离s/2处)的地面表面温度最低为 ts/2。地面辐射板不仅每两两加热管之间上部地面表面温度不均匀，而且沿水的流程地表表面温度也是不均匀变化的。图5-13 (a)、(b)、(c)分别表示采用平行排管式、蛇形排管式和螺旋盘管式地面供暖辐射板沿房间进深表面温度的变化情况[”]。图中 △t、表示地面表面平均温度的变化范围。图(a)平行排管式用单根管道平排成蛇形，辐射板表面平均温度沿水的流程逐步均匀降低，温度变化曲线为小波单向倾斜;图(b)蛇形排管式供水管和回水管并列平排成蛇形，辐射板表面温度在小面积上波动大，平均温度分布较均匀，温度变化曲线呈波状起伏;图(c)螺旋盘管式供水管和回水管并列盘成螺旋形，辐射板表面平均温度沿水的流程波动，波幅较小。可见三种排管表面温度的分布和波动情况不同。在辐射板中加热管之上均铺设金属板或金属箔作为均热层，可改善辐射板表面温度的不均匀性。
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辐射板表面的平均温度是计算辐射供暖的基本数据，辐射板表面最高允许平均温度应根据卫生要求、人的热舒适性条件和房间的用途来确定。顶棚辐射板温度过高，使人头部不适，层高较低的顶棚辐射板宜有较低的表面温度值。地面辐射板温度过高，时间长久之后，人体也会不适。人员停留时间长的地面供暖辐射板表面的适宜温度值较低;住宅和托幼机构的供暖辐射板表面的适宜温度值较低。地面供暖辐射板表面的平均温度还应受地面覆盖层最高允许温度限制。表5-1中列出了《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142 中规定的辐射供暖辐射板表面的平均温度。
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    供暖辐射板供热量计算
供暖辐射板以对流和辐射两种方式向房间供热。供暖辐射板的供热量与辐射板的类型和结构，热媒参数和流量，辐射板表面的平均温度及其分布，室内温度;加热管的形式、管径、材质、间距，覆盖层材料的导热系数、厚度，辐射板的位置、在室内所占的面积及布局等许多因素有关。对确定的辐射板，其供热量Q可用下式表示:
Q= f(t、tr、d、s、h、λ、Ar,ϕ)
式中:
t-热媒温度;
tr-室内空气温度;
d-加热管的管径;
s-管间距;
h-覆盖层的厚度;
λ-覆盖层的导热系数;
Ar,-辐射板面积;
ϕ--辐射板与其他围护结构之间的角系数。
    显然，根据辐射换热的具体条件全面考虑上述因素，分别计算辐射板的辐射传热量和对流传热量，详细计算辐射板的供热量是相当复杂和繁琐的。在有关的规程、手册和样本中提供一些定型的辐射板、一定条件下的性能数据，可方便使用[5][8]。
    辐射板的供热量应满足房间所需供热量。一般辐射板在下层或背面设置有绝热层，它们只能减少向下层或背面传热。因此在向上层或正面供热的同时，仍向下层或背面传热。
    对地面辐射板，除顶层房间外，各房间的得热量是地面供暖辐射板向上的供热量和上层房间地面供暖辐射板向下的供热量之和(见图5-14)。如认为各层房间传给下层房间的热量接近相等，则可写出下式:
Q=Q1+Q2
式中
Q房间设计热负荷，W;
Q1辐射板向上供热量，W;
Q2辐射板向下传热量，W。
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    当房间均匀铺设地面辐射板时，房间所需单位地面面积向上的供热量用下式计算:
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    对顶层房间，Q2=0。对底层房间，计算房间供暖设计热负荷时不计算地面热损失。
    地面向下的供热量用下式计算:
Q₂ = q2Ar
式中q单位地面面积向下的供热量，W/m2;
其他符号同式(5-5)。
同时，可按下式核算辐射板表面平均温度:
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     计算所得到的地表面平均温度不应超过表5-1的数值。
    在辐射供暖供冷技术规程中列出了结构一定的整体式地面辐射板，在不同的平均水温、室内温度和管间距下单位面积向上的供热量q1和向下的传热量q2，设计时可直接查用[5]。如计算所得到的单位面积供热量与查得的数值不同，则改变辐射板加热管的管径、间距、热水平均温度等重新计算。
    如为悬挂式辐射板、电热膜和加热电缆(见5.4)等其他类型辐射板，其单位供热面积或单位长度的供热量可查相关产品的样本或说明书。如无相关数据，则需按文献[5]提供的公式进行计算。
    辐射供暖水系统的设计
    辐射供暖水系统的系统形式
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    热水辐射供暖系统的管路设计与一般热水供暖系统基本相同。可采用上供式或下供式、单管或双管系统。地面供暖辐射板和顶棚供暖辐射板一般应采用双管系统，以利于调节和控制。大多数辐射板加热管的管径较小，为了防止堵塞，应在辐射板供暖用户入口供水管上设置过滤器。供暖辐射板水平安装时，应设放气阀和放水阀。图5-15 表示了下供上回式双管系统中的辐射板与管路连接方式1。此系统有利于排除辐射板中的空气。供暖辐射板1并联于供水立管2和回水立管3之间，可用阀门4关闭，用放水阀5放空和冲洗。同一用户有多个房间，连接多个辐射板时，可采用放射式双管系统，如图5-16所示[1。在用户入口设关断阀。在分、集水器上设放气阀，并在引至各辐射板的管路上安装阀门(图上未示出)，供调节和维修之用。需要时，还可以只在建筑物的个别房间(例如公用建筑的进厅)装设供暖辐射板。在这种情况下热水供暖系统的设计供回水温度是根据建筑物主要房间的供暖系统(例如散热器热水供暖系统)确定的。采用顶棚或地面供暖辐射板的个别房间要求供水温度低一些，这时可采用散热器热水供暖系统的回水作为辐射板的供水。图5-17给出了一个大厅两块地面供暖辐射板1连到热水供暖系统回水干管6连接的情况。从回水干管6 流入的供暖系统回水温度正好适合地面供暖辐射板所要求供水温度较低的条件。经辐射板供热之后，回水温度进一步降低再返回热源。不仅美观，而且可解决一层进厅等需要散热器面积大、布置困难的问题。集气罐2用于集气和排气，旁通管上的阀门7可调节流入辐射板的流量。温度计3显示辐射板的供热情况。
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布置地面和顶棚供暖辐射板时，宜将水温较高的加热管优先布置于房间设计热负荷较大的外窗或外墙侧。
    在房间的部分顶棚、部分地面布置供暖辐射板时，一般沿房间顶棚的周边、地面靠外墙处或布置家具少的地面中央。
    在严寒和寒冷地区，供暖辐射板，尤其是地面供暖辐射板应适当远离外门，以防由于排气不畅等原因，导致加热管水冻结，影响整个辐射板供暖系统。固定设备和卫生器具下方的地面，不应布置加热管。
供暖辐射板作为末端装置，其阻力损失(2~5mH2O)比散热器大得多，使辐射供暖系统不易产生水力失调。不同的辐射板阻力损失差别较大，因此在一个供暖系统中宜采用同类辐射板，否则应有可靠的调节措施及调节性能好的阀门调节流量。
    对热水系统，一般最大工作压力处于系统的底层。地面辐射供暖系统的工作压力不宜大于0.4MPa，应不超过辐射板承压能力。当超过上述压力时，应采取相应的措施。例如，采用竖向分区式热水供暖系统(见图3-15、图3-16)。
    辐射供暖水系统的水力计算
    辐射板供暖系统的水力计算方法原则上与一般热水供暖系统基本相同。供回水干管、立支管的水力计算与一般热水供暖系统完全相同。也是先分别计算长度阻力损失和局部阻力损失，然后求和得到管段的总阻力损失。区别仅在于辐射板中加热管的阻力计算有些不同，而且与辐射板的形式、管材有关。如加热管用钢管和铜管，其水力计算公式与一般热水供暖系统相同。如加热管为塑料管和铝塑管时，水力计算所采用的比摩阻公式和局部阻力系数与一般热水供暖系统稍有不同。由于塑料管和铝塑管的材质和制造工艺与钢管不一样，应考虑管子的管径及壁厚制造偏差来确定管子的计算直径[”。该方法已被我国《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142--20125]所采纳。该规程附录D中给出了塑料管和铝塑管的水力计算公式、水力计算表和局部阻力系数，计算时可采用这些公式和表格。水力计算表中的数值是用某一个平均热水温度计算得到的。如水温有变化，比摩阻的数值要进行修正。

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辐射供暖系统

#楼主# 2024-9-28

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