1、地板辐射供暖简化传热计算模型与实验研究第 26 卷第 8 期2006 年 8 月煤气与热力GASHEATV01.26No.8Aug.2006地板辐射供暖简化传热计算模型与实验研究王丽文,李建兴(1,天津大学建筑设计规划研究总院,天津 300072;2.天津市市政工程设计研究院,天津 300051)摘要:为简化地板辐射供暖系统的传热计算,将多表面间的辐射传热简化为地板表面与非热表面间的辐射传热,以此建立了地板辐射供暖系统的简化传热计算模型.对地板辐射供暖系统的简化传热计算模型的计算精度及地板辐射传热量占总传热量的比例进行了实验研究.通过实验研究计算得出简化传热计算模型的计算精度为4%.地板传热量
2、中辐射传热约占60%,在各非热表面中,屋顶面辐射传热比例最大,外墙较内墙大.关键词:地板辐射供暖;传热计算;非热表面中图分类号:TU995 文献标识码:A 文章编号:10004416(2006)08006904CalculationModelofSimplifiedHeatTransferforRadiantFloorHeatingSystemandItsExperimentalStudyWANGLi.wen.LIJianxing(1.AcademyofArchitecturalDesignandCityPlanning,TianjinUniversity,Tianjin300072,Chin
3、a;2.TianjinMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Tianjin300051,China)Abstract:Tosimplifythecalculationofheattransferforradiantfloorheatingsystem,theradiantheattransferbetweenseveralsurfacesissimplifiedintoradiantheattransferbetweenfloorsurfaceandanheatedsurface,andonthebasisofthat,acalculat
4、ionmodelofsimplifiedheattransferforradiantfloorheatingsystemisestablished.Anexperimentalstudyonthecalculationprecisionofthemodelofsimplifledheattransferforradiantfloorheatingsystemandtheproportionofradiantfloorheattransferintotalheattransferiscarriedout.Theresultshowsthatthecalculationprecisionofthe
5、modelis4-4%.Theproportionofradiantheattransferinfloorheattransferis60%,andforallunheatedsurfaces,thepropor-tionofradiantheattransferofroofsurfaceisthemaximum,andtheproportionofradiantheattransferofexternalwallislargerthanthatofinternalwal1.Keywords:radiantfloorheating;calculationofheattransfer;unhea
6、tedsurface地板辐射供暖系统具有舒适,卫生,节能等诸多优点,它能够有效利用各种低品位热源,如地热尾水及工业余热等,可节约常规能源,减少环境污染,提高能源利用效率 J.由于地板辐射供暖系统中辐射传热量占很大比例,因此一般使用黑球温度来表征人体对辐射,对流传热形成的综合作用的感觉.在满足同等热舒适度的条件下,采用地板辐射供暖一般可比采用常规散热器供暖的室内温度低23.地板辐射供暖系统的传统传热计算较复杂,为简化其传热计算,本文建立了地板辐射供暖系统的简化传热计算模型,并对其计算精度及地板辐射传热量占总传热量的比例进行实验研究.1 简化传热计算模型地板辐射供暖系统以地板作为散热面,室内温度取
7、决于辐射,对流传热的综合作用.一方面,地板-69-第 8 期煤气与热力第 26 卷表面通过对流传热使室内空气温度升高.另一方面,地板表面通过辐射传热使房间内其他物体表面温度升高,进而间接提高室内温度.地板表面的辐射传热量地板表面的辐射传热属于多表面间的辐射传热,为简化问题,将其简化为两种表面(地板表面和非热表面)问的辐射传热.非热表面的温度可近似为各非热表面的面积加权平均温度(AUST,AverageUnheatedSurfaceTemperature)j.非热表面温度的计算式为:AAU 卵=(1)卵一 n,A1J式中非热表面温度,K凡非热表面的数量Ai第 i 个非热表面的面积,m第 i 个非
8、热表面的平均温度,K经简化后,地板表面与非热表面间总的辐射传热量的计算式为:=4.9810(一 u 卵)Af(2)式中地板表面与非热表面问总的辐射传热量,W地板表面平均温度,KA地板表面积,m地板表面的对流传热量地板表面的对流传热量的计算式为:=2.13Af(一)(3)式中地板表面的对流传热量,w室内温度,K围护结构的热平衡方程为简化问题,仅考虑房间基本耗热量,对房间内除地面外的 5 个非热表面(墙面及屋顶面)建立热平衡方程,其中第 i 个非热表面的热平衡方程为:(.):h()+44(一)+4,:()J(4)式中 K第 i 个非热表面的传热系数,W/(m?K,.第 i 个非热表面另一侧的空气温
9、度,Khi第 i 个非热表面的表面对流传热系数,w/(m?K)第 i 个非热表面对地板表面的辐射角系数除第 i 个非热表面外的第个非热表面的平均温度,K第 i 个与第个非热表面间的辐射角系数当第 i 个非热表面为外墙时,.即为室外温度.当第 i 个非热表面为内墙或内屋顶面时,.=.对整个房间而言,有下式成立:5K(.)=+(5)各非热表面的辐射传热量各非热表面与地板表面间的辐射传热量计算式为:=4()i.i(6)式中“ 第 i 个非热表面与地板表面间的辐射传热量,w各非热表面的对流传热量各非热表面的对流传热量的计算式为:.=hiA()(7)式中第 i 个非热表面的对流传热量,w当供热量及室外温
10、度已知时,由式(1)一(5) 可计算得各非热表面的平均温度及室内温度.当各非热表面的平均温度及室内温度已知时,由式(1)一(3)可计算得地板表面与非热表面间总的辐射传热量及地板表面的对流传热量.2 实验研究2.1 实验测试系统测试小室所在房间长宽高=6.0m4.0m2.5m,内部被等分为东,西 2 个小室.南侧,西侧外墙为 240mm 厚砖墙,内抹灰.房间采用矿棉板吊顶,热源及测试仪器均放置在实验测试系统北侧房间内.西侧小室作为测试小室,将西侧外窗及隔墙上的窗户用厚度为 30mm 的聚苯板封死.测量墙体内表面温度,地板表面温度,屋顶内表面温度及距地面垂直高度分别为 0.3,1.2,1.8m 处
11、的空气温度,由于地板辐射供暖房间的室内温度垂直梯度较小且无外门,窗的影响,因此室内温度可用各点温度的平均值表示.2.2 实验结果的分析与讨论为了减少室外气象条件波动的影响,在选择气?70?第 8 期王丽文,等:地板辐射供暖简化传热计算模型与实验研究第 26 卷温变化平缓时段内测量的同时,缩短实验时间也是必要的.因此,本实验稳定工况的判定参照文献9,而没有参照文献 10.按文献 9规定,稳定工况为在至少 30min 的测试时间内,不少于 12 次连续等时间间隔的读数满足测量精度要求.简化传热计算模型的计算精度本实验通过测量不同供水温度下地板表面与墙面,屋顶面温度,利用式(2),(3)计算地板表面
12、与非热表面的辐射传热量及地板表面的对流传热量并与热表读数进行比较,以计算简化传热计算模型的计算精度.不同供水温度下地板辐射供暖系统回水温度及测试小室相关表面温度的测量,计算结果见表 1.表 1 相关参数的测量,计算结果Tab.1Measuredandcalculatedresultsofrelevantpm-mnetera供水温度回水温度地板表面室内温度非热表面/温度/C/温度/C65.056.231.721.318.16o.051.629.220.417.155.048.327.119.616.350.044.224.918.815.545.040.123.017.814.840.036.2
13、21.416.714.3注:测试时间为 2002 年 1 月 27 日 16:0o23:30,室外温度变化范围为 3.50.5,供热介质质量流量为150kg/h.利用简化传热计算模型的计算结果与热表读数的比较见图 1.18o015o0120090060O3o0O656O555O4540供水温度/图 1 模型计算结果与热表读数的比较Fig.1Comparisonbetweencalculatedresultbymodelandreadi gofheatmeter热表读数包括地板向房间内的有效散热量和向地板下面,侧面的传热热损失.根据文献5,地板传热热损失约占总传热量的 12.1%.因此根据图 1
14、 的比较结果并考虑地板传热热损失可计算得,简化传热计算模型的计算精度为4%.辐射传热量的比例地板辐射供暖系统的辐射传热量所占比例直接决定房间各表面的温度,本实验通过测量测试小室各表面温度及室内温度,分别由式(2),(3),(6),(7)计算地板表面与非热表面总的辐射传热量,地板表面的对流传热量,各非热表面与地板表面问的辐射传热量及各非热表面的对流传热量,计算结果见表 2.表 2 各表面辐射,对流传热量的计算结果I 址.2Calculatedresultsofradiantandeonveellveheattrluerforall8tnface8表面平均传热面积辐射传对流传辐射传热表面温度/C/
15、m 热量/W 热量/W 量比例/%地板 29.612.0801.3494.761.8北墙 17.87.580.055.758.9南墙 16.77.5124.676.661.9东墙 17.610.0109.174.159.5西墙 15.610.0231.0129.264.1屋顶面 16.112.0274.2l10.571.3注:测试时间为 2003 年 3 月 15 日 4:00_6:00,室外温度变化范围为 6.57.0,供水,回水及室内温度分别为 55,51,20,供热介质质量流量为 360kg/h.由表 2 可知,由式(6)计算的各非热表面与地板表面间的辐射传热量之和为 818.9w,由式
16、(2)计算的地板表面与非热表面总的辐射传热量为 801.3w,二者仅相差 17.6w,这证明采用简化传热计算模型计算地板辐射供暖系统的辐射传热量可行.地板传热量中辐射传热约占 60%,在各非热表面中,屋顶面辐射传热比例最大,外墙较内墙大.3 结论将地板辐射供暖系统中的多表面间的辐射传热简化为地板表面与非热表面间的辐射传热,可使地板传热计算大为简化.实验结果表明,简化传热计算模型的计算精度为4%.地板辐射传热量约占总传热量的 60%,在各非热表面中,屋顶面辐射传热比例最大,外墙较内墙大.参考文献:1王荣光,张于峰 ,郑晓彤,等.地热水作为低温辐射供暖热源的特点及节能效果J.太阳能,2002,23
17、(4):455458.2王荣光.低温地板辐射供暖J.煤气与热力,1999,19(4):5355.?71?第 8 期煤气与热力第 26 卷?工程信息?济南市东部主城区供热工程简介热网工程根据济南市供热发展规划(2005 年2O20 年) ,济南市东部主城区将建设管径为 1200mill 高温热水管网,管网主管道从黄台电厂南墙引出,穿越胶济铁路,沿八涧堡,建材路至工业南路,穿越大辛河工业南路桥洞后,沿大辛河东侧至经十东路,并为沿途的省政务办公等用户供热,穿越经十东路桥洞后继续沿河行至奥体中心,为政务办公区,奥体中心南片区,奥体中心东片区以及汉峪片区供热.主管道在穿越工业南路时预留接口,将来与规划的大环状网.x-,_Ik 南路主干管连接.在穿越经十东路时与经十东路现有管道连接,向经十东路两侧用户供热(主要包括林家庄,龙泉山庄,浆水泉风景区,友谊置业,中润世纪城,省地矿,省卫生厅,省建工学校等单位).首期建设供热主管道长度为 7.5km,支管道长度为 21km,沿线建设各类换热站约 60 座.热源工程近期热源为山东黄台电厂 7 号,8 号机组.目前,鲁能发展集团公司已批准 7 号,8 号机组供热改造并制定了机组改造方案.7 号,8 号机组供热改造后,可形成 800t/h 蒸汽的对外供热能力,可满足东部城区近期
