一種低溫地板輻射采暖系統(tǒng)熱工性能的實驗研究

1、<p>　　一種低溫地板輻射采暖系統(tǒng)熱工性能的實驗研究</p><p>　　摘要　　為了推廣應用具有節(jié)能和熱舒適特性的低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，各種型式的地析輻射系統(tǒng)的熱工特性的研究勢在必行。通過對PTR（改良聚丙烯）管材，等密度雙回型鋪高方式的低溫地板輻射采暖的實驗研究，獲得了此系統(tǒng)的熱工特性曲線，反映了流量，散熱量，供水溫度之間的變化關(guān)系。對比傳統(tǒng)的采暖方式--散熱器采暖中的鋼制柱式散熱器的傳熱特性，結(jié)

2、合實驗數(shù)據(jù)，筆者提出了在供水溫度在30℃～65℃之間，水系統(tǒng)流量在0.03M3/H～0.60 M3/H時此種低溫地板輻射采暖系統(tǒng)中地板輻射的熱工特性計算公式，并將部分實驗值與理論計算值進行了對比分析，初步地驗證了此公式的有效性。</p><p>　　關(guān)鍵詞　　地板輻射采暖；熱工特性；實驗研究</p><p><b>　　一、問題的提出</b></p>&

3、lt;p>　　低溫地板輻射采暖是一種利用建筑物內(nèi)部地面進行供暖的系統(tǒng)。在我國，低溫地板輻射采暖是一種新興的供暖方式。當前，對此系統(tǒng)的熱工特性和供熱的基本規(guī)律的認識尚不完備和成熟。因此，筆者通過對天津大學環(huán)科院的地板地板輻射采暖系統(tǒng)實驗小室（4000CM×2960 CM×2000CM）進行了實驗研究和分析，希望獲得主要熱工參數(shù)之間的變化規(guī)律，并試圖在結(jié)合此系統(tǒng)的熱工特性實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，回歸出系統(tǒng)熱流量與計算對數(shù)

4、溫差和系統(tǒng)流量的數(shù)量關(guān)系(計算公式)。</p><p><b>　　二、實驗裝置介紹</b></p><p>　　1　實驗裝置平面示意圖</p><p><b>　　2系統(tǒng)裝置說明</b></p><p>　　本低溫地板輻射采暖系統(tǒng)是由熱工參數(shù)測量子系統(tǒng)，溫度控制子系統(tǒng)，地板輻射采暖子系統(tǒng)構(gòu)成。&l

5、t;/p><p>　　（1）參數(shù)測量子系統(tǒng)：</p><p>　　由DANFOSS智能化熱力參數(shù)測量儀完成供回水溫度，水系統(tǒng)瞬時流量和水系統(tǒng)散熱量的測量。室內(nèi)溫度由標準水銀溫度計測量而得。同時采用紅外線溫度測量儀測出地板表面的溫度值，以供實驗參考。</p><p>　?。?）溫度控制子系統(tǒng)</p><p>　　由四組電加熱管（每組熱功率2000瓦

6、），調(diào)壓箱，220伏特交流電源，電路連接用銅線組成。</p><p>　?。?）地板輻射采暖子系統(tǒng)：</p><p>　　水箱一個（熱源），閘閥（三個）改良聚丙烯（PTR）管材，實驗用水管組成。</p><p>　　地板輻射采暖鋪設(shè)圖（一） </p><p>　　地板輻射采暖地面做法剖面圖（二）</p><p>　　a

7、.圖一中，地板輻射的PTR管材的管徑為DN20。</p><p>　　b.圖二中，剖析面從下到上各部分依次為（1）基礎(chǔ)地面，（2）聚苯乙烯保溫層，（3）鋁箔，（4）卵石混凝土，（5）水平找平層，（6）地板面。</p><p><b>　　三．實驗內(nèi)容：</b></p><p>　　1．實驗數(shù)據(jù)采集方案：</p><p>

8、　　采用定供水溫度變流量法（參考文獻4）：通過選定供水溫度，調(diào)節(jié)系統(tǒng)瞬時流量，使流量滿足欲先選定值。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取其它測量參數(shù)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2．選定數(shù)據(jù)分布</b></p><p>　　供水溫度：65℃，55℃，45℃，40℃，35℃，30℃（攝氏度）</p><p>　　流量：0.03M3/H，0.05 M3/H，0

9、.10 M3/H，0.150 M3/H，0.20 M3/H，0.30 M3/H，0.45 M3/H，0.60 M3/H(立方米/小時)</p><p><b>　　四．數(shù)據(jù)圖表輸出：</b></p><p>　　地板輻射采暖系統(tǒng)流量M3/H（橫坐標）</p><p>　　--熱量KW（從坐標）關(guān)系圖象（圖二）</p><p&

10、gt;　　不同的標記線代表不同的供水溫度下的測量曲線*</p><p>　　柱式散熱器的流量M3/H（橫坐標）</p><p>　　--熱量KW（從坐標）關(guān)系圖為（圖三）參考文獻3</p><p>　　1．從圖二中，我們直觀的可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　水系統(tǒng)流量在0.03 M3/H～0.6 M3/H之間變化時，隨著流量的增加，系

11、統(tǒng)散熱量對水系統(tǒng)流量的變化量將逐漸減小。</p><p>　　2．從"圖表二"和"圖表三"的對比中，我們直觀的可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　參考典型柱式散熱器的熱工特性，通過圖二與圖三的直觀對比，筆者發(fā)現(xiàn)柱式散熱器與地板輻射的熱工特性，通過圖二與圖三的直觀對比，筆者發(fā)現(xiàn)柱式散熱器和地板輻射的熱工特性相似性。所以，本系統(tǒng)的Q（系統(tǒng)的散熱量）由

12、ΔT（計算對數(shù)溫差）和G（系統(tǒng)流量）共同決定，即Q（系統(tǒng)的散熱量）是ΔT（計算對數(shù)溫差）和G（系統(tǒng)流量）的函數(shù)。 </p><p>　　（系統(tǒng)向供熱空間的散熱量）=Q0（系統(tǒng)的散熱量）×0.9 </p><p>　　定Q1（向下供熱量）為Q0（系統(tǒng)的散熱量）的10% </p><p>　　Q0= Q+ Q1 </p><p>　　關(guān)

13、于ΔT（計算對數(shù)溫差）和G（系統(tǒng)流量）的具體定義見"公式一"的說明部分 </p><p><b>　　五、數(shù)據(jù)分析：</b></p><p><b>　　1．數(shù)據(jù)的分析：</b></p><p>　　應用的非線形三元兩因素回歸方法，在不同標準供水溫度下，均均選取21組測量數(shù)據(jù)得到--供水溫度在30℃～6

14、5℃之間，水系統(tǒng)流量在0.03M3/H～0.60M3/H時，管間距為200MM，管徑為ＤＮ20，埋深為60MM，管材為PTR（改良聚丙烯），等密度雙回型鋪設(shè)方式的低溫地板輻射采暖系統(tǒng)熱工特性的計算公式（參考文獻2）：</p><p>　　q=a0+a1ΔTk1+ a2ΔGk2+ a3ΔTk3Gk4 公式一</p><p>　　其中，a0,a1,a2,a3,k1,k2,k3,k4由實驗確定：

15、</p><p>　　a0=125315W；a1=-123247W/℃；</p><p>　　a2=-4455J/KG;a3=388J/(KG/℃)；</p><p>　　k1=0.01;k2=1.61;k3=0.94;k4=0.22；</p><p>　　q：系統(tǒng)的單位面積散熱量；（q=Q/S）W/M2；</p><p&

16、gt;　　S:系統(tǒng)散熱面積，2.96 M2×4.00M2；</p><p>　　ΔT（計算對數(shù)溫差）=ΔTgh/Ln[(Tg-Tn.c)/(Th-Tn.c)]；</p><p>　　ΔTgh =ΔTg-Th；</p><p>　　G:系統(tǒng)流量，KG/S；</p><p><b>　　Tg：供水溫度℃；</b>&

17、lt;/p><p><b>　　Th：回水溫度℃；</b></p><p>　　Tn.c：實測室內(nèi)溫度℃。</p><p>　　2．誤差分析：通過回歸得到"公式一"的有效性指標：R（相關(guān)系數(shù)）=0.994；</p><p>　　剩余標準誤差=11.23；最大誤差=26.76；平均誤差=9.93；AVGS（

18、平均相對誤差）=4.74%</p><p><b>　　表一 </b></p><p>　　ΔT：計算對數(shù)溫差（℃ ）</p><p>　　G：系統(tǒng)流量（KG/S）</p><p>　　Q1：測量系統(tǒng)散熱量（W）</p><p>　　Q2：計算系統(tǒng)散熱量（W）</p><p&g

19、t;<b>　　Φ：相對誤差（%）</b></p><p><b>　　26.68</b></p><p><b>　　0.0086</b></p><p><b>　　81</b></p><p><b>　　86.51</b>&l

20、t;/p><p><b>　　6.8</b></p><p><b>　　35.03</b></p><p><b>　　0.0422</b></p><p><b>　　228</b></p><p><b>　　228.4

21、2</b></p><p><b>　　0.2</b></p><p><b>　　28.61</b></p><p><b>　　0.055</b></p><p><b>　　184</b></p><p><

22、b>　　194.58</b></p><p><b>　　5.7</b></p><p><b>　　18.73</b></p><p><b>　　0.0083</b></p><p><b>　　62</b></p>&

23、lt;p><b>　　55.81</b></p><p><b>　　10</b></p><p><b>　　28.22</b></p><p><b>　　0.1667</b></p><p><b>　　300.6</b>

24、</p><p><b>　　279.58</b></p><p><b>　　7</b></p><p><b>　　21.12</b></p><p><b>　　0.0278</b></p><p><b>　　10

25、4.4</b></p><p><b>　　107.72</b></p><p><b>　　3.2</b></p><p><b>　　21.47</b></p><p><b>　　0.1669</b></p><p&g

26、t;<b>　　215</b></p><p><b>　　204.42</b></p><p><b>　　4.9</b></p><p><b>　　14.68</b></p><p><b>　　0.0081</b></p

27、><p><b>　　41</b></p><p><b>　　42.92</b></p><p><b>　　4.7</b></p><p>　　系統(tǒng)散熱量的隨樣要點的相對誤差Φ的計算表</p><p>　　其中：Φ=（Q1-Q2）/Q1*100%<

28、/p><p>　　根據(jù)"表一"的數(shù)據(jù)顯示，Φ相對誤差&lt;15%</p><p><b>　　3．誤差分析結(jié)論：</b></p><p>　　由"1"和"2"可初步驗證"公式一"的有效性</p><p><b>　　六．實驗結(jié)

29、果：</b></p><p>　　1．獲得了不同供水溫度下地板輻射采暖系統(tǒng)流量M3/H（橫坐標）--熱量KW（縱坐標）關(guān)系圖，得出此種低溫地板輻射采暖水系統(tǒng)流量在0.03M3/H～0.6 M3/H之間變化時，隨著流量的增加，系統(tǒng)散熱量對水系統(tǒng)流量的變化率將逐漸減小，即當流量較大時，系統(tǒng)的量調(diào)節(jié)能力變?nèi)醯膶嶒灲Y(jié)論。</p><p>　　2．通過與柱式散熱器的對比分析，獲得了供水溫

30、度在30℃～65℃之間，水系統(tǒng)流量在0.03 M3/H～0.60 M3/H時，管間距為200MM，管徑為DN20，埋深為60MM，管材為PTR（改良聚丙烯），等密度雙回型鋪設(shè)方式的低溫地板輻射采暖系統(tǒng)熱工特性的計算公式并初步驗證了公式的有效性。為此種低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的設(shè)計計算提供了依據(jù)。</p><p><b>　　七、實驗研究展望</b></p><p>　　1

31、．擴大流量測量范圍，獲得此種低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的全面數(shù)據(jù)，重新擬合測量數(shù)據(jù)，簡化計算公式 同時保證計算公式的有效性。</p><p>　　2．由于，在地板輻射中，總的系統(tǒng)散熱量最多有50%是以輻射方式進行的（參考文獻2），而傳統(tǒng)散熱器采暖系統(tǒng)中，以輻射方式散出的熱量占總散熱量的比例很小。所以，低溫地板輻射采暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)散熱器采暖系統(tǒng)的傳熱計算在質(zhì)的相似性中，存在著不同傳熱方式之間的散熱量分布的量的顯著差異。因此

32、，建立標準低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的實驗臺，開展多種型式的低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的熱工特性的實驗研究有其自身的特殊意義。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1．王榮光，低溫地板輻射采暖，煤氣與熱力（天津）。V01.19 N0.4 1999;</p><p>　　2．宗立華，塑料埋管地板輻射供暖的熱性能分析，暖通空調(diào)（北