毛细管网供暖室内环境对比实验研究

陈金华 梁秋锦 李楠 高亚锋 刘红 杨雯芳

摘要：對重庆地区毛细管网辐射供暖系统进行测试，分析在35 ℃供水工况下毛细管网顶棚、墙面、地面3种敷设方式的室内空气温度、围护结构壁面温度等参数。结果表明：在重庆地区35℃供水工况下，毛细管网顶棚、墙面、地面3种敷设方式供暖稳定时，室内人员活动区平均温度分别为16.53 ℃、16.4 ℃、16.94 ℃、辐射表面平均温度分别为29.21 ℃、28.17 ℃、22.98 ℃，纵向最大温差分别为1.76 ℃、3.16 ℃、0.3 ℃，水平最大温差分别为-0.26 ℃、0.59 ℃、-0.34 ℃，在实验条件下，该地区3种敷设方式供暖时室内温度均≥16℃，毛细管网构造层厚度与敷设位置直接影响室内舒适度。

关键词：毛细管网；敷设方式；辐射供暖；室内舒适度

中图分类号：TU831 文献标志码：A文章编号：16744764（2018）02008807

收稿日期：20170618

基金项目：国家国际科技合作与交流专项（2014DFA62970）；重庆市科技研发基地建设计划（cstc2013gjhz90002）；重庆市基础与前沿研究计划一般项目（CSTC2014jcyjA90018）

作者简介：陈金华（1973），男，教授，博士生导师。主要从事暖通空调、建筑节能、绿色建筑、可再生能源及新能源开发与利用研究，Email：c66578899@126.com

Received：20170618

Foundation item：National International Scientific and Technology Cooperation and Exchange Projects（2014DFA62970）；Chongqing Science and Technology Research and Development Base Construction Project（cstc2013gjhz90002）；Chongqing Foundation and Frontier Research Program General Project（CSTC2014jcyjA90018）

Author brief：Chen Jinhua （1973）， professor， PhD， main research interests： HVAC， Building energy conservation， Green building， Renewable energy and new energy development and utilization， Email： c66578899@126.com.Capillary radiant heating contrasting experimental research

on indoor environment

Chen Jinhua1， Liang Qiujin2， Li Nan1， Gao Yafeng1， Liu Hong1，Yang Wenfang1

（1a. Chongqing University Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Regions EcoEnvironment， Ministry of Education；

1b.National Centre for International Research of Lowcarbon and Green Buildings， Chongqing 400045， China；

2. Chongqing Newopen Real Estate，Co.， Ltd. Chongqing 400010， P.R. China）

Abstract：Tests of capillary radiant heating system in Chongqing district were taken and indoor temperature， surface temperature of envelope in condition of three different capillary laying modes （ceiling， wall and floor） with 35 ℃ supply water temperature were analyzed in this paper. The experimental data indicates that in the three different conditions， when the temperature of the supply water is 35 ℃， the average temperature of indoor air is 16.53 ℃， 16.40 ℃ and 16.94 ℃ respectively and that of radiation surface is 29.21 ℃， 28.17 ℃ and 22.98 ℃ respectively. The largest vertical temperature difference tested is 1.76 ℃， 3.16 ℃ and 0.3 ℃ while the largest horizontal difference tested in the direction fall is -0.26 ℃， 0.59 ℃， -0.34 ℃ respectively. It is shown that the system meets the requirements of indoor temperature16℃ in three conditions. Both the thickness of capillary structure layer and the laying mode have an directly influence on the indoor thermal comfort.

Keywords：capillary floor， laying mode， radiant heating， indoor thermal comfort

毛细管网辐射供暖系统作为一种新型低温热水辐射供暖形式，具有舒适度高、安静、卫生安全、节能、蓄热能力较强、节省建筑空间、布置灵活、可利用低品位能源等诸多优势。因此无论是从系统的舒适性还是节能性上考虑，毛细管网辐射供暖系统都有巨大的应用潜力[12]。Miriel等[3]等对毛细管顶棚供冷/供暖进行了软件模拟和实验测试，效果良好；Causone等[4]通过实验研究，提出了冷却吊顶与房间换热的自然对流换热系数和辐射换热系数，并提出了统一参考温度设计及计算的重要性；Mikeska等[56]针对毛细管辐射供冷供暖系统在高性能混凝土夹层中的传热过程，分析了不同的供水温度、毛细管间距和混凝土厚度时混凝土的表面温度；Lbeurn等[7]从舒适性指标和节能型指标论证了低温热水地板辐射供暖具有很大的节能效果；Olesen等[8]建立地板辐射供暖系统，通过室外环境温度、外窗传热和内部热源等主要影响因素对地板换热进行分析，提出了地板表面对流换热系数新的计算方法；Leiq等[9]研究了地板辐射供暖系统室外温度同供水温度之间呈线性关系；吴小舟等[10]等对辐射地板传热过程进行分析，提出了基于形状因子的辐射地板传热量计算等效热阻模型。王婷婷等[1112]等建立物理及数学模型，研究了不同辐射方式的供暖换热量。并通过设定物理模型，对不同供水温度，不同敷设方式下的供冷能力进行了对比计算。李永安等[13]等阐述了毛细管网传统敷设方式及其换热性能，利用Airpark对毛细管网与天花板呈一定夹角敷设形式进行了模拟研究；李莉等[14]采用CFD软件建立模型，对毛细管席敷设在房间内的不同位置进行了冬夏两季多工况的数值模拟，得到了相对应的温度和PMV，PPD分布图；薛红香等[15]、孙娟娟等[16]分别建立了数学模型模拟了毛细管网不同辐射情况下的舒适性。

现有文献的研究均是通过模拟与理论计算对毛细管网不同敷设方式进行供暖的研究，或是仅对单一敷设方式进行模拟实验分析，并没有通过实验对毛细管网不同敷设方式进行供暖研究。通过35 ℃供水温度下顶棚、墙面、地面3种敷设方式供暖的实验，从室内空气温度、辐射表面温度、其他壁面温度等角度全面分析不同敷设方式毛细管网供暖的舒适性。为毛细管网辐射供暖系统在重庆地区的应用提供一定的参考价值。

第2期 陈金华，等：毛细管网供暖室内环境对比实验研究1实验系统介绍

1.1实验房间概况

实验在重庆大学辐射供暖实验平台进行，实验对象是如图1所示两间相同房间，410房间，412房间，每个房间面积为21 m2，房间尺寸为6 000 mm×3 500 mm×2 700 mm（长×宽×高），门尺寸800 mm×2 100 mm（宽×高），外窗尺寸2 700 mm×2 000 mm（宽×高）；窗户为铝合金单层窗，玻璃厚度为6 mm，内敷设蓝色厚窗帘；建筑外墙为240 mm的实心砖墙（未做保温），内墙为200 mm厚的实心砖墙，室内未布置任何家具。

图1实验房间平面图

Fig.1Experimental room plan1.2实验系统

1.2.1冷热源实验系统冷热源采用空气源热泵机组，冬季利用空气源热泵机组制取45 ℃的热水，45 ℃的高温热水通过换热水箱温度降为35 ℃，供给毛细管网末端，毛细管网管路的供水温度通过换热水箱上的比例积分调节阀进行控制。原理图如图2所示。

图2冷热源原理图

Fig.2Schematic diagram of cold and heat source1.2.2实验末端实验系统分为3种敷设方式，412房间顶棚敷设毛细管网，地面敷设毛细管网，410房间墙面敷设毛细管网，毛细管网均采用同侧供回的S型，为满足室内热负荷，计算得出毛细管网规格数量等参数见表1。表1实验房间毛细管网敷设参数

Table 1The situation of capillary radiation敷设

部位房间面

积A/

m2敷设面

积A1/

m2管径d/

mm规格/

mm数量/

块间距d/

mm顶棚2110.54/4.81 000×3 500320墙面21104/4.81 000×2 500420地面2110.54/4.81 000×3 500320

3种敷设方式具体敷设位置图，构造示意图，如图3、4所示。

图3毛细管网敷设具体位置

Fig.3The location map of capillary radiation图4毛细管网构造示意图

Fig.4The structure map of capillary radiation1.3实验内容

1.3.1测试方案实验测试于冬季（2016年1月末至2016年2月初）早上9：00-次日7：00进行。实验房间前一天未做任何實验，实验期间为保证后续人员实验提前2 h关闭机组。顶棚，墙面，地面3个工况，每个工况测试1 d，具体运行工况详见表2。根据文献[17]，毛细管网辐射系统供暖时，供水温度宜符合表3的规定，供回水温差宜采用3 ℃～6 ℃。因此本实验测试35 ℃供水温度下，3种敷设方式室内外温度与围护结构壁面温度等参数。实验期间，实验房间相邻房间均为供暖房间，实验人员1人。测点按照文献[18]相关规定布置，具体见图5和图6。测试时间间隔均为10 min一次，实时监测。表2实验系统运行工况

Table 2The running state of experiment system供水温度测试房间运行时间备注35 ℃412顶棚