不同管间距及供水温度下温度场寻最佳地暖条件

2020-08-12夏秋怡任小洁陈亦闻邓展鹏周之茹

居业 2020年7期

夏秋怡任小洁陈亦闻莫帅邓展鹏周之茹刘东

(西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳 621010)

随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们对于生活质量的要求也越来越高。舒适性高，污染低，供热效率高，并且比传统散热器等采暖方式节能20%～30%[1]的地暖已逐渐成为被人们所接受的冬季供暖方式。而在地暖设计中，对室内环境直接发生热辐射进行传热的地板温度高低显得至关重要，无论是低温还是高温都会引起人的不舒适感。查文献可知，不同的面层材料、不同加热管材、不同管间距等变量对单位地面面积散热量与向下损失量的影响规范里都有提到[2]，但单位时间内同样的变量对地板的散热量却较少被人们提及，换言之，如何设计出开启时间短，运行时间长并且供热温度适宜的地暖是一个有待解决的问题。

1 模型的建立

1.1 地暖的物理模型

相比于湿式地暖，干式地暖因没有发泡水泥等填充的回填层而有效降低了层高从而增大了居住层高，因此也称作超薄地暖；经过前人研究也可知干式地暖与湿式地暖相比，在相同供水温度下，前者的温升更高，即干式地暖节能性更高[3]。基于上述原因，因此在此模拟实验中选择干式地暖作为模型。其中设置地板为30mm厚的木地板，供水管道为外径15mm，内径15.7mm的PE管，均热层为1mm的超导碳晶膜以及厚度为50mm的聚苯泡沫板EPS保温层，以其模型如图1所示。

图1 地暖物理模型图

为了方便计算及分析，假定以下条件。

(1)地暖分为板层、均热层、管层及保温层，其中设置保温层最下部为绝热层。

(2)管层向地板表面的热量传递过程为非稳态传热过程。

(3)地板内各层材料均质恒物性，忽略各层之间的接触热阻。

(4)由于相邻两管之间温差较小，用供回水平均温度代替实际水温。

(5)不考虑管壁热阻对温度场的影响[4]。

1.2 边界条件

本实验用FULENT软件进行模拟。在模拟过程中，取高度为2.7m，面积为2×1m2的房间为对象，且设置环境温度为2℃，从上至下分为地板上部室内空间、地板、均热层、水管及保温层五个部分。为了观察得到不同设置条件下的房间温度场变化，因此保持地板材料、水管材料等地暖材料不变，以及保持其各部分厚度不变，改变水管供水温度及水管间距两个变量模拟得出相关结论。

2 传热理论分析

普通干式地暖是通过供回水管道通入热水作为热源给地暖带来热量，利用温度差带来传热动力引起能量的传递，再通过均热层向地板均匀传热，并且采用铝板结构层，大大提高地暖散热面积以及导热速度，最下方增设保温层以减少热量向下传递而带来能量损失，即一定程度上加快地板升温，使地板与室内空气发射长波辐射及对流换热等过程最终达到提高室内温度的目的。在本章所描述且进行的地暖模型模拟过程中，便是利用此原理进行热量传热分析。且模拟时，在室内地板对上部空间的长波辐射过程中，我们设置为二维非稳态导热。