毛細(xì)管網(wǎng)供暖室內(nèi)環(huán)境對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究

陳金華 梁秋錦 李楠 高亞鋒 劉紅 楊雯芳

摘要：對(duì)重慶地區(qū)毛細(xì)管網(wǎng)輻射供暖系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，分析在35 ℃供水工況下毛細(xì)管網(wǎng)頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式的室內(nèi)空氣溫度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁面溫度等參數(shù)。結(jié)果表明：在重慶地區(qū)35℃供水工況下，毛細(xì)管網(wǎng)頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式供暖穩(wěn)定時(shí)，室內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)平均溫度分別為16.53 ℃、16.4 ℃、16.94 ℃、輻射表面平均溫度分別為29.21 ℃、28.17 ℃、22.98 ℃，縱向最大溫差分別為1.76 ℃、3.16 ℃、0.3 ℃，水平最大溫差分別為-0.26 ℃、0.59 ℃、-0.34 ℃，在實(shí)驗(yàn)條件下，該地區(qū)3種敷設(shè)方式供暖時(shí)室內(nèi)溫度均≥16℃，毛細(xì)管網(wǎng)構(gòu)造層厚度與敷設(shè)位置直接影響室內(nèi)舒適度。

關(guān)鍵詞：毛細(xì)管網(wǎng)；敷設(shè)方式；輻射供暖；室內(nèi)舒適度

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：16744764（2018）02008807

收稿日期：20170618

基金項(xiàng)目：國(guó)家國(guó)際科技合作與交流專項(xiàng)（2014DFA62970）；重慶市科技研發(fā)基地建設(shè)計(jì)劃（cstc2013gjhz90002）；重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計(jì)劃一般項(xiàng)目（CSTC2014jcyjA90018）

作者簡(jiǎn)介：陳金華（1973），男，教授，博士生導(dǎo)師。主要從事暖通空調(diào)、建筑節(jié)能、綠色建筑、可再生能源及新能源開(kāi)發(fā)與利用研究，Email：c66578899@126.com

Received：20170618

Foundation item：National International Scientific and Technology Cooperation and Exchange Projects（2014DFA62970）；Chongqing Science and Technology Research and Development Base Construction Project（cstc2013gjhz90002）；Chongqing Foundation and Frontier Research Program General Project（CSTC2014jcyjA90018）

Author brief：Chen Jinhua （1973）， professor， PhD， main research interests： HVAC， Building energy conservation， Green building， Renewable energy and new energy development and utilization， Email： c66578899@126.com.Capillary radiant heating contrasting experimental research

on indoor environment

Chen Jinhua1， Liang Qiujin2， Li Nan1， Gao Yafeng1， Liu Hong1，Yang Wenfang1

（1a. Chongqing University Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Regions EcoEnvironment， Ministry of Education；

1b.National Centre for International Research of Lowcarbon and Green Buildings， Chongqing 400045， China；

2. Chongqing Newopen Real Estate，Co.， Ltd. Chongqing 400010， P.R. China）

Abstract：Tests of capillary radiant heating system in Chongqing district were taken and indoor temperature， surface temperature of envelope in condition of three different capillary laying modes （ceiling， wall and floor） with 35 ℃ supply water temperature were analyzed in this paper. The experimental data indicates that in the three different conditions， when the temperature of the supply water is 35 ℃， the average temperature of indoor air is 16.53 ℃， 16.40 ℃ and 16.94 ℃ respectively and that of radiation surface is 29.21 ℃， 28.17 ℃ and 22.98 ℃ respectively. The largest vertical temperature difference tested is 1.76 ℃， 3.16 ℃ and 0.3 ℃ while the largest horizontal difference tested in the direction fall is -0.26 ℃， 0.59 ℃， -0.34 ℃ respectively. It is shown that the system meets the requirements of indoor temperature16℃ in three conditions. Both the thickness of capillary structure layer and the laying mode have an directly influence on the indoor thermal comfort.

Keywords：capillary floor， laying mode， radiant heating， indoor thermal comfort

毛細(xì)管網(wǎng)輻射供暖系統(tǒng)作為一種新型低溫?zé)崴椛涔┡问?，具有舒適度高、安靜、衛(wèi)生安全、節(jié)能、蓄熱能力較強(qiáng)、節(jié)省建筑空間、布置靈活、可利用低品位能源等諸多優(yōu)勢(shì)。因此無(wú)論是從系統(tǒng)的舒適性還是節(jié)能性上考慮，毛細(xì)管網(wǎng)輻射供暖系統(tǒng)都有巨大的應(yīng)用潛力[12]。Miriel等[3]等對(duì)毛細(xì)管頂棚供冷/供暖進(jìn)行了軟件模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，效果良好；Causone等[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，提出了冷卻吊頂與房間換熱的自然對(duì)流換熱系數(shù)和輻射換熱系數(shù)，并提出了統(tǒng)一參考溫度設(shè)計(jì)及計(jì)算的重要性；Mikeska等[56]針對(duì)毛細(xì)管輻射供冷供暖系統(tǒng)在高性能混凝土夾層中的傳熱過(guò)程，分析了不同的供水溫度、毛細(xì)管間距和混凝土厚度時(shí)混凝土的表面溫度；Lbeurn等[7]從舒適性指標(biāo)和節(jié)能型指標(biāo)論證了低溫?zé)崴匕遢椛涔┡哂泻艽蟮墓?jié)能效果；Olesen等[8]建立地板輻射供暖系統(tǒng)，通過(guò)室外環(huán)境溫度、外窗傳熱和內(nèi)部熱源等主要影響因素對(duì)地板換熱進(jìn)行分析，提出了地板表面對(duì)流換熱系數(shù)新的計(jì)算方法；Leiq等[9]研究了地板輻射供暖系統(tǒng)室外溫度同供水溫度之間呈線性關(guān)系；吳小舟等[10]等對(duì)輻射地板傳熱過(guò)程進(jìn)行分析，提出了基于形狀因子的輻射地板傳熱量計(jì)算等效熱阻模型。王婷婷等[1112]等建立物理及數(shù)學(xué)模型，研究了不同輻射方式的供暖換熱量。并通過(guò)設(shè)定物理模型，對(duì)不同供水溫度，不同敷設(shè)方式下的供冷能力進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算。李永安等[13]等闡述了毛細(xì)管網(wǎng)傳統(tǒng)敷設(shè)方式及其換熱性能，利用Airpark對(duì)毛細(xì)管網(wǎng)與天花板呈一定夾角敷設(shè)形式進(jìn)行了模擬研究；李莉等[14]采用CFD軟件建立模型，對(duì)毛細(xì)管席敷設(shè)在房間內(nèi)的不同位置進(jìn)行了冬夏兩季多工況的數(shù)值模擬，得到了相對(duì)應(yīng)的溫度和PMV，PPD分布圖；薛紅香等[15]、孫娟娟等[16]分別建立了數(shù)學(xué)模型模擬了毛細(xì)管網(wǎng)不同輻射情況下的舒適性。

現(xiàn)有文獻(xiàn)的研究均是通過(guò)模擬與理論計(jì)算對(duì)毛細(xì)管網(wǎng)不同敷設(shè)方式進(jìn)行供暖的研究，或是僅對(duì)單一敷設(shè)方式進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析，并沒(méi)有通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)毛細(xì)管網(wǎng)不同敷設(shè)方式進(jìn)行供暖研究。通過(guò)35 ℃供水溫度下頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式供暖的實(shí)驗(yàn)，從室內(nèi)空氣溫度、輻射表面溫度、其他壁面溫度等角度全面分析不同敷設(shè)方式毛細(xì)管網(wǎng)供暖的舒適性。為毛細(xì)管網(wǎng)輻射供暖系統(tǒng)在重慶地區(qū)的應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。

第2期 陳金華，等：毛細(xì)管網(wǎng)供暖室內(nèi)環(huán)境對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

1.1實(shí)驗(yàn)房間概況

實(shí)驗(yàn)在重慶大學(xué)輻射供暖實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是如圖1所示兩間相同房間，410房間，412房間，每個(gè)房間面積為21 m2，房間尺寸為6 000 mm×3 500 mm×2 700 mm（長(zhǎng)×寬×高），門尺寸800 mm×2 100 mm（寬×高），外窗尺寸2 700 mm×2 000 mm（寬×高）；窗戶為鋁合金單層窗，玻璃厚度為6 mm，內(nèi)敷設(shè)藍(lán)色厚窗簾；建筑外墻為240 mm的實(shí)心磚墻（未做保溫），內(nèi)墻為200 mm厚的實(shí)心磚墻，室內(nèi)未布置任何家具。

圖1實(shí)驗(yàn)房間平面圖

Fig.1Experimental room plan1.2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.2.1冷熱源實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)冷熱源采用空氣源熱泵機(jī)組，冬季利用空氣源熱泵機(jī)組制取45 ℃的熱水，45 ℃的高溫?zé)崴ㄟ^(guò)換熱水箱溫度降為35 ℃，供給毛細(xì)管網(wǎng)末端，毛細(xì)管網(wǎng)管路的供水溫度通過(guò)換熱水箱上的比例積分調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。原理圖如圖2所示。

圖2冷熱源原理圖

Fig.2Schematic diagram of cold and heat source1.2.2實(shí)驗(yàn)?zāi)┒藢?shí)驗(yàn)系統(tǒng)分為3種敷設(shè)方式，412房間頂棚敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)，地面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)，410房間墻面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)，毛細(xì)管網(wǎng)均采用同側(cè)供回的S型，為滿足室內(nèi)熱負(fù)荷，計(jì)算得出毛細(xì)管網(wǎng)規(guī)格數(shù)量等參數(shù)見(jiàn)表1。表1實(shí)驗(yàn)房間毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)參數(shù)

Table 1The situation of capillary radiation敷設(shè)

部位房間面

積A/

m2敷設(shè)面

積A1/

m2管徑d/

mm規(guī)格/

mm數(shù)量/

塊間距d/

mm頂棚2110.54/4.81 000×3 500320墻面21104/4.81 000×2 500420地面2110.54/4.81 000×3 500320

3種敷設(shè)方式具體敷設(shè)位置圖，構(gòu)造示意圖，如圖3、4所示。

圖3毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)具體位置

Fig.3The location map of capillary radiation圖4毛細(xì)管網(wǎng)構(gòu)造示意圖

Fig.4The structure map of capillary radiation1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1測(cè)試方案實(shí)驗(yàn)測(cè)試于冬季（2016年1月末至2016年2月初）早上9：00-次日7：00進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)房間前一天未做任何實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)期間為保證后續(xù)人員實(shí)驗(yàn)提前2 h關(guān)閉機(jī)組。頂棚，墻面，地面3個(gè)工況，每個(gè)工況測(cè)試1 d，具體運(yùn)行工況詳見(jiàn)表2。根據(jù)文獻(xiàn)[17]，毛細(xì)管網(wǎng)輻射系統(tǒng)供暖時(shí)，供水溫度宜符合表3的規(guī)定，供回水溫差宜采用3 ℃～6 ℃。因此本實(shí)驗(yàn)測(cè)試35 ℃供水溫度下，3種敷設(shè)方式室內(nèi)外溫度與圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁面溫度等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)房間相鄰房間均為供暖房間，實(shí)驗(yàn)人員1人。測(cè)點(diǎn)按照文獻(xiàn)[18]相關(guān)規(guī)定布置，具體見(jiàn)圖5和圖6。測(cè)試時(shí)間間隔均為10 min一次，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。表2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行工況

Table 2The running state of experiment system供水溫度測(cè)試房間運(yùn)行時(shí)間備注35 ℃412頂棚