标准化装配式干式地暖供暖特性实验研究

黄 莹，郭 芃

（1.南京奥体建设开发有限责任公司，江苏 南京 210019；2.南京师范大学 能源与机械工程学院，江苏 南京 210023）

低温热水供暖是以低于60 ℃的热水为热媒，输送到地板下的管道加热地面，通过热辐射和热对流对整个房间加热的供暖方式。它具有热舒适性好、节能环保、室内环境好、噪音小等优点。低温热水供暖系统可分为传统湿式供暖系统和干式供暖系统，干式地板辐射供暖相较于传统的湿式供暖，具有对建筑物载荷较轻、加热快、层高损失更小等优点，因此得到了更广泛的关注。随着建筑标准化装配率要求提高，干式地暖在建筑中应用越来越多，研究其供暖特性具有很好的实用价值。

文章建立了干式低温热水辐射供暖系统的实验系统和实验房间，进行了一定时间的连续供暖实验研究以及房间降温特性研究，采集了系统与实验房间的相关数据，对该系统的运行特性进行了分析讨论，为干式低温热水辐射供暖系统的推广应用提供了参考和依据。

1 实验介绍

1.1 供暖系统与实验房间

实验中的供暖系统与实验房间位于作者单位开发的某样板房内，实验于2023年12月30日持续至2024年1月2日。供暖系统采用10 kW电锅炉作为热源，对房间内地暖系统中的热水进行加热，如图1所示，由热源加热的热水经水泵输送至分水器，分水器将热水输送至房间地板或地砖下的干法地暖盘管，由此实现房间内不同区域的加热。流经房间的热水降温后回到集水器中，再输送至热源加热，以此形成循环。

图1 干式地暖系统图

实验房间为一样板房内的部分区域。作为实验区域，样板房相比一般的实验室，能够更加真实地反应干式低温热水辐射供暖系统在实际应用中的运行效果。

1.2 实验仪器及方案

本实验所采用的仪器如表1所示。

表1 测量仪器及其对象

实验在冬季的某样板房内进行，使用10 kW电锅炉加热地暖循环水，锅炉控制方式为启停控制，通过热水循环为样板房进行供热。设定水温为60℃，实验周期为72 h，其中，前48 h开机供热，后24 h关机冷却。使用Agilent 34970A记录房间内的实时温度数据，以及Fluke Ti25红外热成像仪拍摄房间内部分围护结构的温度分布情况。 图2所示为房间内以及分、集水器的测点布置情况。

图2 实验测点布置情况

2 实验结果及分析

2.1 客厅地砖区域温度特性分析

图3描述了系统从10：00到次日10：00过程中供、回水温度随时间变化的情况。如图3所示，在系统开机运行7 h后，供水温度达到稳定，在达到设定水温60 ℃后，电锅炉开始启停调节。回水温度稳定在41 ℃左右。

图3 开机内24 h供回水情况

图4为同时间供暖区域各温度参数与室外空气温度的变化情况，前7 h升温较快，室外温度9～12 ℃波动时，室内地砖表面温度从13 ℃上升到33 ℃、室内1 m高处空气温度从13 ℃上升到23 ℃，这是由于供水温度升温较快，与样板房内围护结构形成较大温差，传热量较大。开机后7～20 h期间，室外空气温度在4～10℃波动，但地砖表面温度能稳定在30～35 ℃范围内，室内1 m高处空气温度稳定在20～25 ℃，供暖温度能达到设计规范要求，且满足人体“足暖而头凉”的舒适性要求。同时，房间地板以及空气温度上升极为缓慢，干式地暖系统供热与建筑维护结构散热基本达到供需平衡。

图4 开机内24 h室内外温度变化情况

系统于开机48 h后关机，图5展示了关机后供暖区域各温度参数与室外空气温度的变化情况，关机后降温速度起初较快，之后渐渐平缓。样板房供暖系统关机5 h内，地砖表面温度从34 ℃下降到22 ℃，空气温度从26 ℃下降到22 ℃。供暖系统关机20 h后，样板地面温度和空气温度缓慢下降至15 ℃温度趋于一致。室内温度与室外空气温度仍有12 ℃左右的温差，说明供暖系统和建筑围护结构具有一定的蓄热能力。

图5 关机后24 h室内外温度变化情况

2.2 卧室地板区域温度特性分析

测试表明卧室内地面（木地板）和1 m处空气温度的升温24 h与降温24 h的情况如下：卧室地板温度初始为12.8 ℃左右，在开机的5 h内提升到了26.5 ℃左右。卧室1 m处空气温度初始为13.1 ℃左右，在开机后的8 h内提升到了20 ℃以上。地板区域地面温度比地砖区域温度低6～7 ℃，地板区域空气温度比地砖区域低1～2 ℃。地面温度的差异较大是地板热阻大于地砖导致的，空气温度差异小是因为空气流体降低了地面温度的影响。

2.3 地面温度分布情况

图6展示了开机0.5 h时的房间内温度热成像，图中温度最低点7.6 ℃，是没有铺设供暖水管的墙角处，最高温度14.4 ℃，下方是样板房内的地暖供水管。由于热水管埋在地板下，水管由下而上逐渐加热地面，房间其他墙面再逐步由地面通过热辐射和热对流加热。图7展示了开机后6 h时的房间内温度热成像，图中温度最低点为11.3 ℃，最高温度为33.5 ℃。从图中可以看出，在地板温度高达30 ℃以上时，墙面温度接近20℃，房间内空气可达到20℃以上，可以满足人体舒适需求。红外热成像很好地呈现了地面辐射供暖系统随着时间推移逐步给室内供暖的过程以及实际效果。

图6 开机0.5 h时样板房地面温度热成像

图7 开机6 h时样板房地面温度热成像

3 结论

（1）干式地板辐射供暖系统，符合建筑装配式规范，便于规范化安装。

（2）干式地板辐射供暖系统开机升温较快，开机7 h内室外温度在9～12 ℃波动时，地砖表面温度从13 ℃上升到33 ℃、室内1 m处空气温度从13℃上升到23 ℃，地面及室内空气温度能达到供暖设计规范要求，又满足人体“足暖而头凉”的舒适性要求。

（3）干式地板辐射供暖系统关机降温呈现地面快、空气慢的特性，关机5 h内，地砖表面温度从34 ℃下降到22 ℃，室内1 m处空气温度从26 ℃下降到22 ℃，说明干法地暖由于没有混凝土蓄热层，只靠地砖蓄热，降温速度相对于湿法地暖降温速度较快。

（4）铺设木地板的卧室和铺设地砖的客厅，地面温度客厅比卧室高6～7 ℃，空气温度客厅比卧室高1～2 ℃，地砖区域效果更好。

（5）红外热成像对比图片表明，干法地暖系统开机初期地面温度场并不均匀，地暖供水管横向导热逐步将地面加热均匀，同时地面通过热辐射和热对流对室内墙面和空气加热达到设计温度，整体需要6 h左右。