[01226211]新型通水式辐射地板热工特性与舒适性研究

课题来源：天津市建设委员会 在我国,供暖地区冬季供暖能耗已经占到全国总能耗量的10%,且这一比例还在不断增长。特别是北方供暖城市,不到50%的集中供热普及率,其供暖能耗却已经达到全国建筑总能耗的1/4;随着居民生活水平的提高,长江流域地区（夏热冬冷地区）对建筑供暖需求已日益迫切,其能耗近几年也在持续增长。建筑行业巨大的能耗问题亟待解决,全面的节能势在必行,特别是对于占建筑能耗75％的暖通空调,最大限度地降低能源消耗,减少有害物质的排放成为其发展要求。 建筑供暖要求室内温度20℃左右时,所需供水温度在60℃～95℃。然而,常规能源燃烧所达到的温度是其十几倍,这种大温差使得能源利用效率降低,造成了能源利用的不合理性。低温热源-太阳能、地热能、工业余热、热泵等更适合于解决供暖问题,以达到能源利用的合理性。但是,传统的供暖散热设备不能满足低温热源供暖的要求,由此,低温辐射供暖系统应运而生。 低温辐射供暖系统是指通过埋于地板下的热源,来加热采暖空间的地板,以整个地板铺设面作为散热面,实现向使用空间散热供暖的一种供暖形式,设计与运行中普遍采用的低温热水参数一般低于60℃。目前已经用于实际工程的低温热水供暖末端形式有供暖地板、采暖装饰辐射板、自然循环散热器、强制循环散热器4类,其中供暖地板的应用最多。 本研究采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法。 （1）热工特性研究 首先对新型通水式辐射地板的传热机理进行理论分析;其次,利用Fluent软件对该新型地板单个管槽的导热特性进行数值模拟分析;再采用实验室供暖散热器散热量测定实验台（参照国家标准GB/T 13754-2008《供暖散热器散热量测定方法》）测试新型通水式辐射地板在不同工况下（即不同供回水温度、不同组合与热媒通道数目、不同流速等）的散热量、表面温度及通水阻力,研究其散热特性以及水力特性,并验证Fluent模拟的可靠性,为今后实际工程的设计与施工提供理论基础。 （2）组合优化与节能分析 通过试验测试,分析不同辐射地板组合的通水阻力与单位面积散热量,优化得到该新型辐射地板的最优组合,并对最优组合下的散热性能与现行规范对比,分析其节能性。 （3）热舒适性研究 利用Airpak软件对该新型辐射地板在最优组合下的室内热舒适性进行模拟分析,并通过实际测试对比分析,验证模拟的可靠性。 （4）实际应用效果研究 对采用通水式辐射地板的示范建筑进行供热能耗和室内环境参数的监测,通过检测数据和模拟分析结果比较的方法研究其实际应用效果。以新型通水式辐射地板为末端装置的建筑全年供暖、空调能耗降低15%,为以新型通水式辐射地板为末端装置的供暖、空调系统设计提供设计方法。公开发表高水平论文2篇以上,申请专利1项并提交研究报告。 成果的创造性、先进性： 对新型通水式辐射地板的热工性能和舒适性做了测试与分析。利用实验测试与实际应用相结合的方法,分析总结了该地板的热工性能和热环境的舒适性。测试确定了通水式辐射地板不同工况下的单位面积散热量、平均地表温度和通水阻力,并分析确定了工程设计优化方法。与常规地板辐射供暖以及现行规范对比,该地板可以在更低的供水温度下,达到规范要求的单位面积散热量,获得更好的热舒适性,可与其他低品位热源相结合,更为节能。对天津某办公建筑进行实际应用研究,该系统运行效果良好,最不利工况下仍可满足供热需求,可以推广使用。 本课题研究的新型通水式辐射地板具有节材、节能、舒适、施工费用低的明显优势,推广使用将对促进建筑节能发展起到重要作用。本课题研究明确了该地板的热工、水力性能,提出了工程设计方法步骤及优化措施,为推广应用奠定了理论基础。 本项目研究的新型通水式辐射地板适用于各类民用建筑,特别适合与可再生能源系统相结合,提供舒适的热环境,具有广泛的应用前景。今后要进一步加大推广力度,不断总结工程经验并修订完善现行企业标准。