低溫地板熱水輻射供暖方式的應用已有10多年時間,由于這種供熱方式具有較多的優點,現在的住宅工程大量采用發展極快。低溫地板輻射采暖系統，以其室內溫度均勻性好，舒適性好，溫度梯度小，符合人體生理要求及不影響室內使用面積等優點，受到人們普遍歡迎，廣泛應用于別墅、住宅、賓館大堂、游泳池館等場所，尤其別墅和住宅使用更為普遍。
一、地板輻射供暖節能的優勢
1、減小室內設計溫度節省能耗。輻射供熱不同于對流供熱的一點就是并非直接加熱室內的空氣,而是通過輻射換熱加熱各圍護結構內表面,及室內各物體表面,提高表面的溫度,從而達到室內溫度均衡的舒服度。據介紹當室內風速小于0.05m/s時,平均輻射溫度變化1℃對人體熱感覺的影響與空氣溫度變化1℃時基本相同。但地板供熱所產生的平均輻射溫度的提高將使人體受到的輻射熱減少,在這種情況下要建立同樣舒適條件的需要,輻射供熱方式比對流供熱方式的熱效率高,所以室內設計溫度可以比其它供暖形式降低2～3℃。
利用低溫熱水地面輻射供熱方式供暖時,熱量主要以輻射形式傳送,輻射散熱量占總散熱量50～60%,這種傳送方式直接迅速,熱量不需要通過任何介質便可傳給供熱對象,提高了熱效率。因此地板供熱可以用較低的室內設計溫度得到散熱器較高室內設計溫度相同的供暖效果。室內設計溫度的降低,意味著室內供暖熱負荷的降低,也即是節省了能耗及資源。
2、為了節省能耗及資源,地板供暖容易使單戶自成系統,只需在水分器旁加裝熱計量裝置,即可實現分戶熱計量,適應了熱供應方式的變革,達到按需供給,實現行為上節能。地面輻射供暖的分室溫度控制,要求環路設計,按房間單獨布置,分集水器上每個支路設流量調節閥,使每個房間都能達到設計要求流量,從而避免了管長一致,流量一致及超出設計流量造成的過熱浪費現象。
采用自動分室溫度控制之后,溫控系統能自動關閉環路,減少熱量損失,可能會節省能耗10%左右。地板供暖智能化,分戶計量,自動調溫可以實現行為節能。但是該節能方式隨著傳統散熱器供暖系統形式的改變,行為節能的效果也會得到實現。因此該種節能方式并不能看作是低溫熱水輻射供暖方式比散熱器供暖更節能。
3、可以避免安裝散熱器的局部無效熱損失:通常是散熱器沿外墻布置在窗臺下,在墻內壁面附近有限局域形成的上升熱氣流,會影響從窗戶滲入室內下降的涼空氣,并使窗表面的溫度有一定提高。但這種供暖方式往往使散熱器背面的墻體溫度明顯升高。這部分熱量往往會通過外墻無味的損失浪費掉。據實驗和計算分析,對于不采取保溫措施的紅磚外墻,散熱器背面局部溫度升高,導致的無功熱損失約占散熱器散熱量的10%左右。因地板輻射供熱不存在這樣大的損失。
4、高度附加熱損失要小:根據現行的“地面輻射供暖技術規程”JGJ142-2004中規定的設計要求,人長期停留房間地表面溫度下不得高于28℃,采取地面輻射供暖時室溫在室內垂直方向的變化規律,地表面溫度接近30℃,垂直溫度開始降低,在人的呼吸地帶達到室內設計溫度。在距離地面30cm垂直方向的溫度變化不大,采取地面輻射供暖時,輻射供暖地面的溫度高于空間溫度,由于上部空間溫度偏低,因而大大降低了上部空間向外的無功熱損失。對于一般的建筑工程,這部分的損失不是很明顯,一般不作為考慮。但是對于層高大的建筑空間,差別顯得十分明顯,應該引起一定注意。
5、地板材料的蓄熱使得熱穩定性較好:地扳供熱管的上部一般有30～50mm厚度填充保護層,大多數采用C20左右的細石砼,熱容量大,樓板也比散熱器供暖系統的蓄熱量大,因此這種供熱方式具有熱穩定性較好的優勢,尤其是間歇供熱情況下室溫變化很緩慢,即使關閉熱水閥門降低供水溫度,填充層的材料蓄熱量可使室溫保持5～6h。相比較看出對流暖氣片供暖一旦關閉暖氣閥門,或者停止供熱1～2h后,室溫會很快降低。應用實踐表明,地板輻射供熱的蓄熱也是具有一定的節能效果,有利于蓄熱節能。另外還可以利用低溫熱水,低溫熱水地板輻射供熱所需水溫低,可利用熱泵技術,廣泛用于地熱,空氣,污水熱量,太陽能等可再生能源和低品位能源。
二、地板供熱節能的不利因素
1、小溫差大流量增加了運行的能耗:現行的“地面輻射供暖技術規程”JGJ142-2004中對于無坡度的加熱管內熱媒流速規定不應小于0.25m/s。低溫地面輻射供暖水溫一般為50～60℃,要保證與房間較好的地面溫度均勻,回水溫度不宜過低。在房間的熱負荷基本相同的情況下,與散熱器95/70℃的回水溫度相比,地面輻射供暖溫差一般只有10℃左右的小溫差,如果人為加大回水溫差,必然引起流速降低達不到設計要求,因此,對于水溫差運行必然引起流速加快。流量G的計算公式:G=0.86Q/(tg-th)
在房間的熱負荷基本相同的情況下,散熱器的供回水溫差25℃,地面輻射供暖供回水溫差10℃,這就意味著地面輻射熱要比散熱器的供暖提高1倍。在熱力系統入口處的循環泵電耗將會大大增加,而且消耗的是無污染的電能。
以某生活區域為例,供熱面積近50萬m2,單位面積熱指標65W/m2,采用散熱器供回水溫度95/70℃,如果改變為低溫熱水地面輻射熱供水溫度55℃,供回水溫差10℃,計算比較二者水泵電耗:
（1）散熱器供暖:
供暖總負荷Q=ɡ.F×50000=3.25×106J;設計流量為:G=0.86Q/(tg-th)=0.68×3.25×106/(95-70)=112t/h;揚程大概為30mH2O,選擇的循環水泵為IS型單級單吸離心泵125-100-315,流量120t/h;揚程為30mH2O,配置的電機功率為15kW。
（2）地板輻射供暖:
供暖總負荷Q=95%ɡ.F=0.95×65×50000=3.09×106J;設計流量為:G=0.86Q/(tg-th)=0.58×3.09×106/10=265.5t/h;揚程變化不大也考慮取30mH2O,選擇的循環水泵為Sh型雙吸離心泵8Sh—13A,流量270t/h;揚程為36mH2O,配置的電機功率為37kW,而耗電量增加了1.5倍。
2、室內外墻內表面溫度增高,加大了傳熱耗能。輻射供暖并非直接加熱室內空氣,而是通過輻射換熱加熱各圍護結構內表面,及室內各物體表面,從而提高了室內的平均輻射溫度。在輻射供溫過程中55%以上的熱量是通過輻射方式進行的。這樣就導致室內物體以及外墻內表面的溫度要比室內平均溫度要高。同樣室內溫度,散熱器供暖的外墻內表面溫度要比輻射供暖的外墻內表面溫度低,室內外的傳熱量與室外的溫度,外墻內表面溫度有直接關系,而與室內空氣平均溫度無關。試驗分析表明,當室內平均溫度為18℃,散熱器供暖的外墻內表面溫度一般為14℃,地板輻射供暖的外墻內表面的溫度為15.9℃,溫差接近2℃,會導致熱量損失的增加。在相同溫度時和散熱器供暖的系統相比,地板輻射供暖與室外傳熱引起的熱量損失要大。
3、雙向傳熱加大底層地面傳熱量:現在設計應用溈的輻射供暖,基本上是在地板加熱管下敷設一層30～40mm厚度的聚苯乙烯板,這樣可以減小標準層地板下表面向下樓層的傳熱,有利于分戶控制和分戶計量。即使在管下墊了保溫板,還是有一些熱量損失。整個建筑都設計為地面輻射供暖時,由于向下傳熱與來自上層地板的散熱基本相當,標準層的熱損失可以不考慮,但是底層用戶向土壤的散熱損失要大于散熱器供暖的地面熱損失。
4、樓板熱橋加大局部傳熱量:在結構層中由于加熱管表面溫度一般在50～60℃,會造成樓板層及構造層與外部的連接處出現局部的較高溫度,形成為熱橋,加大了熱損失。盡管標準及規程有要求,第一根加熱管與外墻的距離不得小于300mm,使得熱損失略微減少,但仍存在熱橋現象(效應),增加了局部的傳熱損失。
三、堅強和完善低溫地板輻射供暖系統設計
綜上淺述,通過低溫地板輻射供暖與散熱器供暖的簡單比較,存在不利節能的因素問題,所以低溫地板供暖的節能效果與行為節能,分戶控制,計量有很大的關系。但是在舒適性方面而言,低溫地板供暖有著散熱器供暖無法比擬的優勢,推廣應用前景看好。鑒于地板輻射采暖與傳統散熱器或空調送風采暖在傳熱原理上有所不同，前者輻射所占比例大，而后者則以對流方式為主，因此兩種方式房間得熱有所不同，系統設計也有諸多不同之處。筆者調研了一些低溫地板輻射采暖工程，發現存在許多問題，以下幾種情況比較普遍：（1）室內偏熱；（2）地面溫度偏高；（3）地面溫度分布不均勻等。出現這樣那樣的問題的更本原因多是由于設計中沒考慮輻射采暖的特點而造成的。地板輻射采暖設計看似簡單，實際設計中需綜合考慮室內溫度、地面溫度高低、地面溫度分布均勻性等的要求，以及相互之間的關系。室內溫度與地面溫度以及地板散熱量有很強的耦合性，某一者的變化將引起其他量的連鎖變化。
（1) 低溫地板輻射采暖是以輻射傳熱為主的采暖方式，因此熱負荷計算時應與對流采暖方式加以區別。
（2) 室內溫度、地面溫度及地表面散熱量有很強的耦合關系，注意某個量的變化將引起其他量的相應變化。
（3) 管路布置時應注意保證地面溫度分布均勻。
總之，低溫地板輻射采暖系統設計應認真計算，不應簡單按經驗套用，否則一方面將造成室內不舒適，另一方面造成能源的浪費。
參考文獻
1 低溫熱水地板輻射采暖工程技術規程.河北省工程建設標準DB13/T（J）28-2000
3亢燕銘等地板輻射供暖的節能效益分析[J].暖通空調,2001;31(4)
