低温热水地板辐射采暖地面散热量的分析与计算
摘要低温热水地板辐射采暖地面散热量计算是一个涉及复杂几何尺寸、复杂边界条件下的复合传热问题，本文用有限单元法对非线性边界条件下各种地面层材料与尺寸地板板体中发生的多介质二维导热问题做了数值解，给出并讨论了地面层材质与厚度、管间距、管径、水温及室温等因素对地面散热量影响的定量关系。
关键词地板辐射采暖对流换热辐射换热有限单元法
1 前言
目前，低温热水地板辐射采暖采暖技术在我国北方广大地区得到相当规模的应用，有的地区已形成热点，并编制了地区的技术标准[1～3]。国内外的许多研究人员也针对某一情况下地板板体结构进行了关于传热的数值计算或实验研究，总结了一些宝贵的经验但目前许多企业与地方标准中使用的地板散热量的计算表都来自国外，国内还没有人对其数据的准确性进行认真的分析与校核。从表的内容看，也比较粗糙，没有确切反映管径、板体结构、材质与厚度变化对散热量的影响。国内一些关于地板板采暖传热过程的数值模拟研究大都是把地板表面边界条件中的对流换热系数及当量辐射换热系数取为定值，而实际上它们是地板表面温度和室温的函数，而且地表温度也是不均匀的，这种取定值的做法难以得到可信的结果。
针对我国目前对地板采暖复杂传热过程研究还不尽完善的情况，本文用有限单元法对非线性边界条件下各种地面层材料与尺寸地板板体中发生的多介质二维导热问题做了数值及室温等因素对地面散热量影响的宣关系。
2 计算过程的说明
通常地板采暖的板体结构与外部条件如图1所示，计算中做了如下近似与假定：地板板体内导热是二维问题；板体内各层材料是均质恒物性，相互紧密接触，忽略接触热阻；忽略塑料管的导热热阻；用供回水平均温度代替实际水温；管下部绝热层热阻为无穷大。
填充层λ
1=1.28W/(m2·℃)，δ
1
=30mm、40mm、50mm
找平层λ
2=1.28W/(m2·℃)，δ
2
=20mm
表面层
大理石λ
3
=2.91W/(m2·℃)，δ
2
=20mm
塑料地板λ
3
=0.048W/(m2·℃)，δ
2
=3mm
瓷砖λ
3
=1.1W/(m2·℃)，δ
2
=10mm
化纤地毯λ
3
=0.036W/(m2·℃)，δ
2
=10mm
木质地板λ
3
=0.14W/(m2·℃)，δ
2
=20mm
管间距
100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、225mm、
250mm、300mm
管径Φ16、Φ20、Φ25
室内设计温度15℃、18℃、20℃、22℃、24℃
供回水平均温度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃
（2）对地板上表面与房间的传热即计算单元上表面的边界条件进行了尽可能精确的处理地板上表面以对流与辐射两种方式向房间传热，因此计算单元上表面的边界条件为：
3 计算结果
低温热水地板辐射采暖的对流换热量大致占总换热量的33%～51%。利用本文方法，作者已取得了关于地板板体在不同工况下的大量计算数据，并已做出不同变量搭配的大量计算表格，这些表格可作为修订标准时的参考，篇幅所限，容另行介绍。本文给出反映各影响因素与散热量关系图，如图3～8所示，篇幅关系，不再说明。
参考文献
1 低温热水地板辐射供暖应用技术规
程（DBJ T01-49-00）
2 改性聚丙烯管地板辐射采暖、建筑给水及热水供应技术标准（试行）（DB22
T166-98）
3 地板国徽采暖铝塑复合管道工程技
术规程（DB23 T692-00）
4 宗立华，塑料埋管地板辐射供暖的热性能分析，暖通空调，2000，30（1）：
6～8
5 胡松涛，于慧俐，李绪泉，宗立华，地板辐射供暖系统运行工况动态仿真，暖通空调，1999，29（4）：15～17
6 Kilkis B I, M Eltez, S S Sager.
A simplified model for the design of radiant in-slab heating panels. In : ASHRAE Trans, 1995, 101(1).210～216.
7 Yang Chen, Athienitis A K. A
three-dimensional numerical investigation of the effect of cover materials on heat transfer in floor heating systems. In: ASHRAE Trans, 1998, 24(4). 1350～1355
8 陆耀庆，供热通风设计手册，北
京：中国建筑工业出版社，1987。
9 Shan K Wang. Handbook of Air
Conditioning and Refrigeration. Second Edition. The United States of America: McGraw-Hill Companies Inc,
2000
10 Zmeureanu R, P P Fazio, F
Haghighat. Analytical and interprogram validation of a building thermal model. Energy and building, 1987, 10 (2): 121～133
