关于辐射采暖房间的热负荷分析

摘要：为解决散热器采暖存舒适性差、系统能耗大和难以计量等问题，低温辐射采暖正逐渐被采用。散热器采暖与辐射采暖房间热状况的最大区别在于外围护结构内表面温度有较大差别，若外墙保温性能相同，则前者仅受控于室内外空气温度，而后者还受到辐射采暖板的热辐射作用。
　　一、引言
　　为解决散热器采暖存舒适性差、系统能耗大和难以计量等问题，低温辐射采暖正逐渐被采用。散热器采暖与辐射采暖房间热状况的最大区别在于外围护结构内表面温度有较大差别，若外墙保温性能相同，则前者仅受控于室内外空气温度，而后者还受到辐射采暖板的热辐射作用。辐射板采暖时，若室内采暖温度与散热器采暖时取同一值，则外围护结构内表面温度将偏高，在相同的围护结构保温性能和室外气象条件上，房间热损失会有所增加，不利于整个采暖系统性能性提高。本文将利用人体舒适理论对该问题进行讨论和分析，并给出提高辐射采暖房间节能性的途径和建议。
　　二、散热器采暖与顶棚辐射采暖房间外墙内表面温度比较计算
　　辐射采暖时的外围护结构内表面温度高于同等室内气温时散热器供暖的外墙内表面温度，因此可以认为若辐射和散热器采暖取同样的室内采暖计算温度，前者的节能性将低于后者，这种差异与外围护结构内表面对辐射热的吸收系数ρq有关。
　　三、辐射板采暖房间外围护结构的热损失Q及提高节能性的途径
　　本文典型房间的耗热量即为从室内通过南墙传出的热量，辐射采暖房间内表面温度由辐射参数和室内气温共同决定。因此，外墙的传热情况类似于夏季外围护结构在太阳辐射下的传热情况，故可将冬季辐射采暖房间内表面受到的辐射热Qq与室内气温tif的共同影响用室内综合温度tiZ=tif+Qq/Fqai表示。这样，房间热损失Q由下式求得
　　Q=K0Fq(tiZ-te)(1)式中：K0为外墙的总传热系数。
　　散热器采暖房间的热损失Qs可由下式确定
　　Qs=K0Fq(tis-te)(2)
　　式中tis为散热器采暖房间的室内气温。将式(1)、(2)结合可知，就房间节能性而言，辐射采暖较散热器采暖节能的必要条件为Qs->Q，即
　　Qqρq/Fqai 从影响人体热感觉的各种因素来看，散热器和辐射板采暖形成的室内热环境的实质性区别是外围护结构内表面温度差异大。在室内气温相同的情况下，后者的平均辐射温度将明显高于前者。当人体活动量和衣着条件不变时，两种采暖方式的室内热状况不同。文献[5]通过对两种采暖房间内人体热舒适状况的分析计算，提出在保证热舒适指标PMV不下降的前提下，辐射采暖的室内气温可在原散热器采暖室内供暖温度18℃的基础上至少降低2℃，文献[1]的实验实际上也证实了这一点。采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87)条文说明中指出，在相同热舒适条件下，辐射采暖可比散热器采暖的室内气温低2～3℃。因此，保证辐射采暖房间节能性不低于散热器采暖的基本要求可取为Qqρq/ai<2～3℃。
　　四、辐射采暖相对于散热器采暖方式的节能率η及ρq的适宜范围
　　由于降低辐射采暖房间的采暖计算温度将导致房间热损失下降，从减小建筑物耗热量方面来年，实现了辐射采暖方式的节能目的。
　　五、结论
　　(1)辐射采暖方式提高了室内平均辐射温度，总体看来辐射采暖同时具备舒适节能的特点，但由于辐射采暖的传热主要方式不同于散热器或热风采暖，在房间本身的热损失方面，是否可实现节能目的，还与外围护结构内表面的辐射吸收系数和房间供暖温度有关，这些参数对建筑耗热量指标和设计热负荷的计算都有较大的影响，若处理不当，辐射采暖房间的耗热量指标甚至会高于散热器采暖房间;
　　(2)辐射采暖房间内，辐射采暖换热量的比例将大大高于散热器采暖，内表面温度由"辐射板--围护结构"系统的参数和室内气温共同决定。而外墙内表面温度直接影响到房间的实际热损失值，因此，除在满足人体热舒适的前提下减小室内供暖温度，设法降低外墙内表面温度是实现辐射采暖房间耗热量指标下降的唯一途径;
　　(3)外墙内表面辐射吸收系数ρq对外围护结构内表面温度有较大影响，根据有关文献和建筑热工设计规程，本文通过求解辐射采暖采暖房间外墙内表面的热平衡方程以及一系列计算与分析，认为ρq的允许取值范围应为0.35～0.54≥ρq≥0.10，在这一范围内，ρq值越小，辐射采暖方式的节能效果越好。