一種低溫地板輻射采暖系統(tǒng)熱工性能實驗

1、一種低溫地板輻射采暖系統(tǒng)熱工性能實驗    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)合實驗數(shù)據(jù)，筆者提出了在供水溫度在3065之間，水系統(tǒng)流量在0.03M3/H0.60 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，

2、初步地驗證了此公式的有效性。關(guān)鍵詞地板輻射采暖；熱工特性；實驗研究    一、問題的提出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)溫差和系統(tǒng)流量的數(shù)量關(guān)系(計算公式)。二、實驗裝置介

3、紹1實驗裝置平面示意圖2系統(tǒng)裝置說明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。（1）參數(shù)測量子系統(tǒng)：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。（2）溫度控制子系統(tǒng)由四組電加熱管（每組熱功率2000瓦），調(diào)壓箱，220伏特交流電源，電路連接用銅線組成。（3）地板輻射采暖子系統(tǒng)：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。    地板輻射采暖鋪設圖（

4、一）    地板輻射采暖地面做法剖面圖（二） a.圖一中，地板輻射的PTR管材的管徑為DN20。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。三實驗內(nèi)容：1實驗數(shù)據(jù)采集方案：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)。2選定數(shù)據(jù)分布供水溫度：65，55，45，40，35，30（攝氏度）流量：0.03M3/H，0.05 M3/H，0.10 M3/H，0.150 M3/H，0.20

5、 M3/H，0.30 M3/H，0.45 M3/H，0.60 M3/H(立方米/小時)四數(shù)據(jù)圖表輸出： 地板輻射采暖系統(tǒng)流量M3/H（橫坐標）-熱量KW（從坐標）關(guān)系圖象（圖二）不同的標記線代表不同的供水溫度下的測量曲線*柱式散熱器的流量M3/H（橫坐標）-熱量KW（從坐標）關(guān)系圖為（圖三）參考文獻31從圖二中，我們直觀的可以得出以下結(jié)論：水系統(tǒng)流量在0.03 M3/H0.6 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)流量的變化量將逐漸減小。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：參考典型柱式散熱器的熱工特性，通過圖二

6、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T（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T（計算對數(shù)溫差）和G（系統(tǒng)流量）的函數(shù)。    （系統(tǒng)向供熱空間的散熱量）=Q0（系統(tǒng)的散熱量）×0.9 定Q1（向下供熱量）為Q0（系統(tǒng)的散熱量）的10% Q0= Q+ Q1 關(guān)于T（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 五、數(shù)據(jù)分析：1數(shù)據(jù)的分析：應用的非線形三元兩因

7、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3065之間，水系統(tǒng)流量在0.03M3/H0.60M3/H時，管間距為200MM，管徑為20，埋深為60MM，管材為PTR（改良聚丙烯），等密度雙回型鋪設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）：q=a0+a1Tk1+ a2Gk2+ a3Tk3Gk4 公式一其中，a0,a1,a2,a3,k1,k2,k3,k4由實驗確定：a0=125315W；a1=-123247W/；a2=-4455J/KG;a3=388J/(KG/)；k1=0.01;k2=1.61;k3=0.94;k4=0.22；q：系統(tǒng)的單位面積散熱

8、量；（q=Q/S）W/M2；S:系統(tǒng)散熱面積，2.96 M2×4.00M2；T（計算對數(shù)溫差）=Tgh/Ln(Tg-Tn.c)/(Th-Tn.c)；Tgh =Tg-Th；G:系統(tǒng)流量，KG/S；Tg：供水溫度；Th：回水溫度；Tn.c：實測室內(nèi)溫度。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；剩余標準誤差=11.23；最大誤差=26.76；平均誤差=9.93；AVGS（平均相對誤差）=4.74%表一    T：計算對數(shù)溫差（ ）    G：系統(tǒng)流量（KG

9、/S）    Q1：測量系統(tǒng)散熱量（W）    Q2：計算系統(tǒng)散熱量（W）    ：相對誤差（%）    26.68    0.0086    81    86.51    6.8    35.03   

10、60;0.0422    228    228.42    0.2    28.61    0.055    184    194.58    5.7    18.73    0.0083 

11、   62    55.81    10    28.22    0.1667    300.6    279.58    7    21.12    0.0278    

12、;104.4    107.72    3.2    21.47    0.1669    215    204.42    4.9    14.68    0.0081    41 

13、60;  42.92    4.7 系統(tǒng)散熱量的隨樣要點的相對誤差的計算表其中：=（Q1-Q2）/Q1*100%根據(jù)"表一"的數(shù)據(jù)顯示，相對誤差<15%3誤差分析結(jié)論：由"1"和"2"可初步驗證"公式一"的有效性六實驗結(jié)果：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/H0.6 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

14、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。2通過與柱式散熱器的對比分析，獲得了供水溫度在3065之間，水系統(tǒng)流量在0.03 M3/H0.60 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)的設計計算提供了依據(jù)。七、實驗研究展望1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。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，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