標準化裝配式干式地暖供暖特性實驗研究

黃 瑩，郭 芃

（1.南京奧體建設開發(fā)有限責任公司，江蘇 南京 210019；2.南京師范大學 能源與機械工程學院，江蘇 南京 210023）

低溫熱水供暖是以低于60 ℃的熱水為熱媒，輸送到地板下的管道加熱地面，通過熱輻射和熱對流對整個房間加熱的供暖方式。它具有熱舒適性好、節(jié)能環(huán)保、室內環(huán)境好、噪音小等優(yōu)點。低溫熱水供暖系統(tǒng)可分為傳統(tǒng)濕式供暖系統(tǒng)和干式供暖系統(tǒng)，干式地板輻射供暖相較于傳統(tǒng)的濕式供暖，具有對建筑物載荷較輕、加熱快、層高損失更小等優(yōu)點，因此得到了更廣泛的關注。隨著建筑標準化裝配率要求提高，干式地暖在建筑中應用越來越多，研究其供暖特性具有很好的實用價值。

文章建立了干式低溫熱水輻射供暖系統(tǒng)的實驗系統(tǒng)和實驗房間，進行了一定時間的連續(xù)供暖實驗研究以及房間降溫特性研究，采集了系統(tǒng)與實驗房間的相關數(shù)據(jù)，對該系統(tǒng)的運行特性進行了分析討論，為干式低溫熱水輻射供暖系統(tǒng)的推廣應用提供了參考和依據(jù)。

1 實驗介紹

1.1 供暖系統(tǒng)與實驗房間

實驗中的供暖系統(tǒng)與實驗房間位于作者單位開發(fā)的某樣板房內，實驗于2023年12月30日持續(xù)至2024年1月2日。供暖系統(tǒng)采用10 kW電鍋爐作為熱源，對房間內地暖系統(tǒng)中的熱水進行加熱，如圖1所示，由熱源加熱的熱水經水泵輸送至分水器，分水器將熱水輸送至房間地板或地磚下的干法地暖盤管，由此實現(xiàn)房間內不同區(qū)域的加熱。流經房間的熱水降溫后回到集水器中，再輸送至熱源加熱，以此形成循環(huán)。

圖1 干式地暖系統(tǒng)圖

實驗房間為一樣板房內的部分區(qū)域。作為實驗區(qū)域，樣板房相比一般的實驗室，能夠更加真實地反應干式低溫熱水輻射供暖系統(tǒng)在實際應用中的運行效果。

1.2 實驗儀器及方案

本實驗所采用的儀器如表1所示。

表1 測量儀器及其對象

實驗在冬季的某樣板房內進行，使用10 kW電鍋爐加熱地暖循環(huán)水，鍋爐控制方式為啟停控制，通過熱水循環(huán)為樣板房進行供熱。設定水溫為60℃，實驗周期為72 h，其中，前48 h開機供熱，后24 h關機冷卻。使用Agilent 34970A記錄房間內的實時溫度數(shù)據(jù)，以及Fluke Ti25紅外熱成像儀拍攝房間內部分圍護結構的溫度分布情況。 圖2所示為房間內以及分、集水器的測點布置情況。

圖2 實驗測點布置情況

2 實驗結果及分析

2.1 客廳地磚區(qū)域溫度特性分析

圖3描述了系統(tǒng)從10：00到次日10：00過程中供、回水溫度隨時間變化的情況。如圖3所示，在系統(tǒng)開機運行7 h后，供水溫度達到穩(wěn)定，在達到設定水溫60 ℃后，電鍋爐開始啟停調節(jié)?；厮疁囟确€(wěn)定在41 ℃左右。

圖3 開機內24 h供回水情況

圖4為同時間供暖區(qū)域各溫度參數(shù)與室外空氣溫度的變化情況，前7 h升溫較快，室外溫度9～12 ℃波動時，室內地磚表面溫度從13 ℃上升到33 ℃、室內1 m高處空氣溫度從13 ℃上升到23 ℃，這是由于供水溫度升溫較快，與樣板房內圍護結構形成較大溫差，傳熱量較大。開機后7～20 h期間，室外空氣溫度在4～10℃波動，但地磚表面溫度能穩(wěn)定在30～35 ℃范圍內，室內1 m高處空氣溫度穩(wěn)定在20～25 ℃，供暖溫度能達到設計規(guī)范要求，且滿足人體“足暖而頭涼”的舒適性要求。同時，房間地板以及空氣溫度上升極為緩慢，干式地暖系統(tǒng)供熱與建筑維護結構散熱基本達到供需平衡。

圖4 開機內24 h室內外溫度變化情況

系統(tǒng)于開機48 h后關機，圖5展示了關機后供暖區(qū)域各溫度參數(shù)與室外空氣溫度的變化情況，關機后降溫速度起初較快，之后漸漸平緩。樣板房供暖系統(tǒng)關機5 h內，地磚表面溫度從34 ℃下降到22 ℃，空氣溫度從26 ℃下降到22 ℃。供暖系統(tǒng)關機20 h后，樣板地面溫度和空氣溫度緩慢下降至15 ℃溫度趨于一致。室內溫度與室外空氣溫度仍有12 ℃左右的溫差，說明供暖系統(tǒng)和建筑圍護結構具有一定的蓄熱能力。

圖5 關機后24 h室內外溫度變化情況

2.2 臥室地板區(qū)域溫度特性分析

測試表明臥室內地面（木地板）和1 m處空氣溫度的升溫24 h與降溫24 h的情況如下：臥室地板溫度初始為12.8 ℃左右，在開機的5 h內提升到了26.5 ℃左右。臥室1 m處空氣溫度初始為13.1 ℃左右，在開機后的8 h內提升到了20 ℃以上。地板區(qū)域地面溫度比地磚區(qū)域溫度低6～7 ℃，地板區(qū)域空氣溫度比地磚區(qū)域低1～2 ℃。地面溫度的差異較大是地板熱阻大于地磚導致的，空氣溫度差異小是因為空氣流體降低了地面溫度的影響。

2.3 地面溫度分布情況

圖6展示了開機0.5 h時的房間內溫度熱成像，圖中溫度最低點7.6 ℃，是沒有鋪設供暖水管的墻角處，最高溫度14.4 ℃，下方是樣板房內的地暖供水管。由于熱水管埋在地板下，水管由下而上逐漸加熱地面，房間其他墻面再逐步由地面通過熱輻射和熱對流加熱。圖7展示了開機后6 h時的房間內溫度熱成像，圖中溫度最低點為11.3 ℃，最高溫度為33.5 ℃。從圖中可以看出，在地板溫度高達30 ℃以上時，墻面溫度接近20℃，房間內空氣可達到20℃以上，可以滿足人體舒適需求。紅外熱成像很好地呈現(xiàn)了地面輻射供暖系統(tǒng)隨著時間推移逐步給室內供暖的過程以及實際效果。

圖6 開機0.5 h時樣板房地面溫度熱成像

圖7 開機6 h時樣板房地面溫度熱成像

3 結論

（1）干式地板輻射供暖系統(tǒng)，符合建筑裝配式規(guī)范，便于規(guī)范化安裝。

（2）干式地板輻射供暖系統(tǒng)開機升溫較快，開機7 h內室外溫度在9～12 ℃波動時，地磚表面溫度從13 ℃上升到33 ℃、室內1 m處空氣溫度從13℃上升到23 ℃，地面及室內空氣溫度能達到供暖設計規(guī)范要求，又滿足人體“足暖而頭涼”的舒適性要求。

（3）干式地板輻射供暖系統(tǒng)關機降溫呈現(xiàn)地面快、空氣慢的特性，關機5 h內，地磚表面溫度從34 ℃下降到22 ℃，室內1 m處空氣溫度從26 ℃下降到22 ℃，說明干法地暖由于沒有混凝土蓄熱層，只靠地磚蓄熱，降溫速度相對于濕法地暖降溫速度較快。

（4）鋪設木地板的臥室和鋪設地磚的客廳，地面溫度客廳比臥室高6～7 ℃，空氣溫度客廳比臥室高1～2 ℃，地磚區(qū)域效果更好。

（5）紅外熱成像對比圖片表明，干法地暖系統(tǒng)開機初期地面溫度場并不均勻，地暖供水管橫向導熱逐步將地面加熱均勻，同時地面通過熱輻射和熱對流對室內墻面和空氣加熱達到設計溫度，整體需要6 h左右。