【地暖】-行业新闻
  • 薄型预制水盘管用于顶板辐射供冷(暖)的研究

  • 来源:  发布时间:2015-01-27  浏览:993
  • 摘要:本文提出了一种用薄型预制管网为末端,进行建筑物顶棚、墙面辐射供冷(暖)的装置,并给出了它的计算数据。结果表明,在大多数北方寒冷地区,应用平均35℃左右温度的低温水可以满足采暖要求,在夏季,用18~19℃的高温冷水,可以去除房间的显热负荷。

    前言

    室内热舒适性需求的提高,使供暖、空调能耗在建筑能耗中占据40~50%以上,而建筑能耗在社会总耗能中又占有较大的比例。因而,在建筑围护结构采取节能措施的同时,研究高效节能的供暖、空调设备集成装置十分必要。

    辐射供冷(暖)是近年发展迅速的一种末端,在公建、大堂和居室都有其舒适与节能减排的优势。所谓“辐射”热交换,是在建筑内表面之间进行的传热,它只与换热表面的面积、位置、物性、温度有关,而与其接触的空气温度无关。人们往往利用建筑内较大的表面和对人有利的位置向室内人体给冷、热,实现一不占用地面,二直接到达人体活动区的效果,以致不用高品位的冷(热)媒就能满足冷(暖)负荷要求。

    从供暖来讲,利用地面辐射比较舒适、节能,尤其是大堂;从供冷来讲,利用顶棚更合理。但是,有些情况下,出于技术经济考虑也可以采用顶棚供冷暖合一的末端,本文限于讨论这种方式。

    一、概述 

    面临着建筑围护结构保温的加强,冬季采暖负荷显著下降,但对夏季而言冷负荷下降不多,例如,北方寒冷地区多数冷负荷大于热负荷。但采用地板水盘管辐射供暖时,如夏季兼作供冷,则一是长期停留的人不舒服;二是供冷量较小,而现有的毛细管顶板供暖(冷)在不少工程实践中虽然已证明了它的舒适性与可行性,但是造价和水质要求都比较高。国外关于天花板辐射供冷、暖的结构型式也颇多,但都是以有色金属为主,造价昂贵,不宜照搬。为克服上述缺点,本文提出了一种置于顶棚下PE-RT管帘,如图1、2所示,给出了这种预制管帘安装在混凝土板下的主要示意结构,表1列出了这种预制管帘的材料与物性参数。

    如图所示,这种薄型预制管帘型的末端,重量轻、热容小、启动快,与管间有填充材料的辐射地板相比向外传热热阻减小,所以,所需冷水温度高,节能性好,对于以空气源热泵为冷、热源,尤其是既有建筑的节能改造很适用,特别是公用建筑在间歇使用的条件下能量损失小。

    由于目前对顶棚辐射供冷、暖尚无实用的设计计算方法,本文对这种结构进行了理论计算,在此,略去计算过程,给出结果,供讨论。

     二、单位面积的供冷量

    图1及图2所示的安装在楼板下的薄型预制管帘,对应于1m2的板面中包括1m长的20支管,内通冷水,它的供冷量分为两部分,其一是管网的冷表面与房间非供冷表面之间的辐射热交换,其二是管网冷表面与其周围空气的对流热交换。

    但是值得注意的是,薄型预制管帘的有效对外辐射面积不是它所有管道的外表面积,即不是20πd=20π×0.01≈0.628m2,因为这些面积并不能都对除顶板外所有包围它的非冷表面进行辐射换热,它们的管子之间有互辐射,还有与顶板之间的辐射、反射。又由于如图1所示的顶板有楼板及保温层,近似地认为辐射管网的上部为绝热的。于是根据图1、2所示的几何尺寸可以算出1m长,20支管对房间内的有效辐射面积仅为其自身面积的40%。

    其次,当夏季供冷时,管内通冷水的温度应高于空调房间空气的露点温度。表2给出夏季一般办公建筑的空调设计工况,以及露点温度。

     由表2可见,辐射管网内的冷水应高于18.5℃(因为管壁还有热阻)。

    标准规定空调房间空气温度tr为26~28℃,如果,向管内通入的冷水温度为18、19、20℃,则计算得出辐射管帘的供冷量qL列于图3、4、5、6中。tr=tpj-1,tpj作为房间非供冷表面平均温度,℃。

     三、单位面积辐射供热量

    在辐射供热时管中的水温自然不受室内空气露点的限制,但辐射有效传热面积仍然和供冷的有效辐射面积是一样的。其中辐射换热部分的机理和算法与辐射供冷是一样的,而对流换热则不同,因为,在供冷时与管网接触变冷的气流向下流动,不受顶棚限制,但是,在加热空气时,由于受热的空气沿圆管向上流动会受顶棚的限制,不能自由发展,所以换热强度比地板辐射换热要低。图7给出平均供水温度31℃、32℃、33℃时,薄型预制水管网向房间的供热量为31.7~38.6W/m2

    四、关于辐射面位置对供冷、暖的影响

    从辐射换热来看,辐射面在地面顶棚和墙面上对辐射换热量的影响不大,条件是:其表面不是凹面并被房间其它围护结构(如门、窗)内表面包围,但对流换热则不同,粗略来讲地面供暖比墙面供暖减少6%,比顶棚供暖大10~11%,而供冷则相反。此外,墙面供冷、暖的辐射面不宜太高,高度对墙面的换热影响比较大。

     

    五、关于与国外相关技术理论的比较

    关于顶板辐射供冷,显然,本文所提供的冷量尚未经实践检验,但可以与ASHRAE手册中关于毛细管网抹灰或石膏一类的顶板辐射供冷量进行对比。例如,当毛细管Ø3.35×0.5mm,以1.5mm间距制作的管网,吊在顶板下,下表面抹5mm石膏构成的辐射板,当室温与冷水差为10℃时,其供冷量最高110W/m2,最低不到60W/m2。而本文的管帘中的水管直径大,间距也大得多,当室温27℃,tpj=28℃时,上述的平均温差10℃所对应的供冷量为58W/m2(见图3),与其低值相近。

     

    结论:

    薄型预制管帘用于顶棚(墙面)辐射供冷(暖)时,相对现有的毛细管网,有管径大,接头少,刚度大,对水质要求及造价较低等优点。在北京为代表的节能建筑中用于供暖时,由于管间及与背板间的互辐射,水温比用于地板的平均温度高5℃左右。但仍为低温范围;供冷时,如室内空调工况按标准设定,则最低冷水平均温度为19℃左右,供冷量约为50W/m2(地面)。可基本承受围护结构显热负荷。与新风置换通风配合,可实现温、湿度独立控制,节能30%以上。

    上述供冷(暖)方式因不涉及地板结构,对于节能改造尤其是公共建筑更适合。对中小型建筑适宜采用空气源热泵为冷、热源。

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