低温地板辐射采暖方式中水泥砂浆导热系数对传热的影响

低温地板辐射采暖方式中水泥砂浆导热系数对传热的影响 低温地板辐射采暖方式中水泥砂浆导热系 数对传热的影响 一 30一 节能 ENE]RGY0洹|RVAT10N 2007年第4期 (总第297期) 低温地板辐射采暖方式中水泥砂浆 导热系数对传热的影响 马英子,郑庆红 (西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055) 摘要:讨论在填充层水泥砂浆的导热系数发生改变时,地板辐射采暖的各种的 变化情况,以及节能 效果比较. 关键词:地板辐射采暖;水泥砂浆;导热系数;节能 中图分类号:TU832;TU578.1文献标识码:A文章编号:1004—7948(2007)04—0030 —02 1引言 由于低温地板辐射采暖符合人类足暖头冷的生 理舒适要求,运行无噪音,并且较传统的采暖方式节 能,因此是近年来发展很快的一种采暖方式.这种 采暖方式使得低温管道周围填充物的导热系数在热 量传递过程中占有重要的地位.导热系数的改变会 对传热效果,节能程度,地板表面温度等产生一系列 的影响.根据百顺公司提供的新型填充层水泥砂浆 的资料,现对填充层水泥砂浆的导热系数对传热产 生的影响进行分析. 2填充层导热系数对传热的影响分析 2.1研究对象及相关前提条件的设定和选取 (1)地面结构及相关参数如下: 地面层陶瓷瓷砖:热阻R0=0.021TI2?K/W; 找平层水泥砂浆:厚度=20mm,导热系数入 =0.93W/(m?K); 填充层水泥砂浆:厚度=50mm,导热系数入 变值; 绝热层聚苯板:厚度:20mm,导热系数入= 0.047W/(m?K); 楼板:厚度8:150mm. 其中填充层的水泥砂浆原有的导热系数入= 0.96,1.2W/(m?K),现新研发的节能型水泥砂浆 的导热系数入=5.9--6.1w/(m?K). 图2四角切圆沿宽度方向烟温偏差分布曲线 从图2的模拟结果来看,本文提出的计算方法 完全符合"M"型烟温分布,且在烟道两侧没有出现 振荡现象. 6结论 (1)用传统的烟温模拟方法不能准确模拟出 "M"型烟温分布,本文采用分段函数来模拟,避免了 用一个函数来模拟烟温分布时出现的高次振荡现 象,为精确地从理论上计算热偏差提供了一个解决 办法. (2)通过用本文提出的计算方法对某厂1025t 型锅炉高温过热器进口烟温宽度方向烟温分布计算 可以看出,本文提出的计算方法完全符合水平烟道 宽度方向烟温分布规律. (3)本文的计算方法没有考虑到所有烟温的算 术平均值等于平均烟温,可进一步修正. 参考文献 [1]陈之航,赵再三,等.锅炉中单相流体在并联管的流量分 布及热力偏差的理论分析和计算[R].上海理工大学, 1978. [2]张才根,庄文贤.锅炉两侧烟温差的起因及改善措施探讨 [J].锅炉技术,1992,(5):1—7. [3]周臻,刘勇,等.670t/h四角切圆燃烧锅炉再热器超温试 验研究[J].中国电力,2001,84(10):12—13. 作者简介:成恒生(1975一),男,江苏南京人,本科,讲师,主 要研究方向:空调制冷. 收稿日期:2006—12—19;修回日期:2007—03—07 OOOOOOOOOOOm?s:如 p\越赠 2007年第4期 (总第297期) 节能 ENERGYo0NSERVAT10N一31一 (2)供暖管道选用常见的交联聚乙烯管(PEX), 直径20ram,壁厚1.5mm,导热系数入=0.35, 0.46W/(m?K).采用常见的回字形敷设方式. (3)供回水的温差设定为10?(其中供水温度 为50?,回水温度为40?).建筑物所在地为西安, 查得:冬季室外采暖计算温度为一5?;室内供暖计 算温度16?. (4)房间尺寸为3.6m×3.6m×3m,房间的外 围护结构为I型,?D=6.05.房间设定在第二层, 且第一层,第三层房间与此房间构造完全相同(供热 管道向下层的传热被上层房间向此房间的传热抵 消). 经负荷计算,得出房间冬季热负荷Q= 2514W,则地板单位面积需向室内传热的热流密度 值q=Q/A=194W/m2,式中A为室内面积,A= 3.6×3.6:12.96m2. 2.2地表面温度相同情况下不同导热系数的填充材 料传热量的比较 (1)根据文献[1]传热公式计算填充层改变 前后的地板表面温度. 一!二Qr1,一I?- R1+Rw+R_雌+R0, 式中:q一地面单位面积的传热量,W/m2; tl一管道内热水的平均温度,?; ,0一地板表面温度,?; R1一管道的导热热阻,m2?K/W; R一填充层的导热热阻,m2?K/W; Ris-一找平层的导热热阻,m2?K/W; R0一地面层的导热热阻,m2?K/W. 将各项对应参数带人公式,经计算:填充层材料 未改变时表面温度t0=26.25?;填充层材料改变 以后表面温度t0=34.73?. 当填充层材料改变以后,在保证相同表面温度 26.25?的情况下,利用式(1)可算出热流密度q= 363.78w/m2.显然这一热流密度值远远大于所需 的194W/m2. 3节能效果比较 3.1采取降低水温的措施后节能效果的比较 由式(1)可导出管道内热水的平均温度为: tl=(q×R)+to(2) 其中R为传热的总热阻,m2?K/W. 计算得管道内热水的平均温度为40?,可见 供,回水的平均温差可达5?左右.原来的供水温 度为50?,现在仅为45?即可满足要求. 在水流量不变,自来水初始温度为10?的情况 下及改变材料后加热到供水温度所需热量比为 '2 = 三=号,故节能12.5%.. 3.2相同传热量下敷设供暖管道长度的比较' 对于原有水泥砂浆填充材料,由文献[2]及单位 面积的采暖负荷量,采暖PEX管道间的敷设距离为 200mm,可以计算出所需管道长度为46.31m. 对于新型水泥砂浆,由于导热系数的大幅提高 使得导热量提高,在相同的情况,管道的长度可以适 当的减少. 因此所需辐射面积减少到6.91m2,则相同敷设 方式下,辐射管道的长度减少到29.1m.改进材料 后所需的辐射面积可减少46.68%,或可减少热水 管材37%. 4温升速度的比较 对于非稳态导热,由于没有成熟的适合概算的 经验公式,做定性的分析如下: 有资料可查普通水泥砂浆的导温系数?= 6.13×10一m2/s. 百顺公司改性后的水泥砂浆导温系数a2= 1.34×10,m2/s. 这两个数据表明,新型水泥砂浆的导温系数提 高21倍,它的温升速度比普通的水泥砂浆快. 5结论 综上所述,百顺公司新研发的新型水泥砂浆提 高了原来水泥砂浆的导热系数,使用在低温地板采 暖辐射中.在设定条件下:提升填充层材料的导热 系数达到了节能的目的.由于温度与传热量是一对 相互耦合的关系,它们相互影响,相互制约,所以精 确的数值可以进行计算机迭代计算.由于地板辐射 采暖的散热量与敷设热水管的地表面积,管道的管 径,管间距等因素有关,本文的计算是在保证满足低 温地板辐射的相关技术规程及选取的技术参数的基 础上通过概算取得的,精确的数据可以通过相关实 验取得. 参考文献 [1]章熙民,等,传热学.第四版[M].北京:中国建筑工业出 版社,2001. [2]JGJ142—2004J365—2004.地面辐射供暖技术规程[S]. 作者简介:马英子(1979一),女,安徽宿州人,在读研究生,研 究方向:室内环境控制. 收稿日期:2007—01一l1;修回日期:2007—03—06