浅谈干式地暖与湿式地暖房间热环境及系统的节能率对比
2022-07-22 09:52:24
 

对于干式地暖与湿式地暖的对比研究,不仅限于各自结构层内盘管管径、排管间距、材料层厚度对传热量的影响,而在于房间的热环境及系统的节能率等状态参数的比较,本文通过数值计算方法,对干式地暖与湿式地暖的热工特性参数进行对比分析,旨在为今后工程设计中参数的选择及系统的优化改造提供一些借鉴。

 

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干式地暖与湿式地暖

 

低温热水地板辐射采暖是一种在房间地面下埋设供暖盘管,通过温度不超过60℃(民用建筑供水温度宜采用 35~50 ℃,供回水温差不宜大于10 ℃)的低温热水为载热介质来加热地面,再以整个地面作为散热面,通过辐射为主对流为辅的换热形式向室内房间传热的供暖方式。

 

所谓湿式地暖顾名思义就是在地面铺(保温板+反射膜+钢丝网)为基地+地暖盘管并用卡钉稳固+水泥混凝土回填+铺设地板或地砖。

 

 

干式地暖是采用预制沟槽保温地暖模块嵌入发热管铺设无需水泥回填的一种薄型地暖。

 

 

 

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 传热模型

 

2.1 物理模型

 

以大庆地区的采暖住宅为分析对象,房间尺寸为5000mm×3000mm。其外墙采用复合节能外保温结构墙体,即20 mm 水泥砂浆加370 mm 普通砖10mm水泥砂浆加50mm聚苯乙烯泡沫塑料板加20mm水泥砂浆[4]。传热边第三类边界条件,传热系数 23.26 W·m-2·K-1,内表面发射率 0.9。

 

其材料物性见表1。

 

 

 

2.2求解控制参数的设定 

 

选用流动方程,能量方程,辐射方程[6]。离散格式采用 PRESTO!、QUICK 及二阶迎风格式,欠松弛系数 采用标准值,求解格式采用 AMG格式,循环类型压力为 V 型,动量、流动、能量、DO 均为 Flex 型。

 

 

2.3控制方程

 

流体流动遵循物理守恒定律,即质量守恒定律、 动量守恒定律、能量守恒定律。这些基本定律对应的 控制方程如下:

 

连续性方程

 

动量方程

 

能量方程式

 

 

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3 结果说明

 

数值计算过程中,两种供暖方式采用相同的初始条件及边界条件, 即供暖进水温度 50 ℃,回水温度40 ℃,大庆冬季室外计算温度-26 ℃[8];除地热管线外,无其他内热源,忽略门窗渗透风及人员活动对流场的扰动,其计算结果如下。

 

3.1室内温度及气流矢量分布

 

通过数值计算,得出房间内的温度分布及速度矢量分布,其结果如图3~图8所示。

 

图3 湿式地板辐射采暖房间温度分布云图/℃

 

图 4 湿式地板辐射采暖房间温度分布等值线图/℃

 

图 5 干式地板辐射采暖房间温度分布云图/℃

 

图 6 干式地板辐射采暖房间温度分布等值线图/℃

 

图 7 湿式地板辐射采暖房间速度分布矢量图/m/s

 

图 8 干式地板辐射采暖房间速度分布矢量图/m/s

 

 

3.2 竖向空气温度分布

 

房间净高3 m,其竖向空气温度分布如图9所示。

 

图 9 湿式及干式地暖房间竖向温度分布

 

 

3.3 室内平均温度、地板平均辐射温度及地板散热量

 

房间内的空气平均温度,地板表面平均辐射温度及地板总散热量如表2所示。

 

表2 室内温度、地板辐射温度及散热量汇总

 

 

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4 结果分析

 

通过对干式地暖及湿式地暖的数值计算,得出以下结论:

 

(1)从温度云图及等值线图可以看出,无论湿式地暖还是干式地暖,室内温度分布都较均匀,靠近辐射源(地面)处空气温度较高,外墙、地板、顶棚附近 处等温线比较密集,空气温度梯度相对较大;房间中心位置温度高,气流在中间处上升,遇冷壁面下降, 房间的气流速度不高于 0.02 m·s-1。

 

在相同的供回水温度下,干式地暖房间比湿式地暖房间温度更高。

 

(2) 传统的采暖方式,房间的顶部温度大约是30 ℃,而人体所处的位置尤其是脚部仅有15℃甚至更低,房间的温度分布特点是上热下冷。湿式地板辐射采暖的脚部温度为25.3℃,头部温度为21.4℃,温 差大约4℃;干式地板辐射采暖的脚部温度为30.2℃,头部温度为26.3℃,温差大约6℃。地板辐射采暖的房间温度分布是下热上冷,即脚热头冷,符合人体的舒适性要求。

 

(3)地板辐射采暖房间的竖向温度分布较均匀; 临近地面 0.2 m以内,温度梯度较大,湿式地暖温度波动范围是 21~25 ℃,干式地暖温度波动范围是 26~ 30 ℃,原因是地板温度相对较高,空气的对流换热系数较大,热流密度较高;在稳态传热时,人员活动区 域温度梯度较小,温度变化范围在0.05~0.1℃之间,温度较高(两种采暖方式温度均在 20 ℃以上),符合人体的舒适度及供暖要求 (国标规定冬季室内设计 参数为 18~22 ℃)。

 

(4)在相同的供回水温度下,干式地暖房间内的空气平均温度比湿式地暖房间高出4.9 ℃,地板平均辐射温度干式地暖比湿式地暖高出 5.1 ℃,干式地暖地板散热量比湿式地暖高出 19.93 W。可见,干式地暖比湿式地暖更具有节能优势,且其节能率较传统湿式地暖高出11.6%

 

 

END

 

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