第5章 辐射采暖与辐射供冷5.1 定义与分类华北电力大学-荆有印5.1.1 辐射采暖(供冷)定义主要依靠供热(冷)部件与围护结构内表面之间的辐射换热向房间供热(冷)的采暖(供冷)方式称为辐射采暖(供冷)。
辐射采暖与对流采暖的主要区别：辐射采暖时，房间各围护结构内表面(包括供热部件表面)的平均温度m s t .高于室内空气温度R t ，即m s t .> R t对流采暖时，m s t .< R t 。
通常称辐射采暖的供热部件为采暖辐射板。
辐射供冷时,房间各围护结构内表面(包括供冷部件表面)的平均温度m s t .低于室内空气温度R t ，即m s t .<R t5.1.2 辐射板的分类1.按与建筑物的结合关系埋管式辐射板：将通冷、热媒(冷冻水或热水)的金属管或塑料管埋在建筑结构内，与其合为一体，如图5-1(a)；风道式辐射板：利用建筑结构内的连贯空腔输送热媒(热空气等)向室内供热，如图5-l(b)。
图5-1 与建筑结构结合的辐射采暖板(整体式)(a)埋管式 (b)风道式l-防水层 2-水泥找平层 3-保温层 4-采暖辐射板5-钢筋混凝土板 6-加热管(流通热媒的钢管) 7-抹灰层贴附式辐射板：将辐射板贴附于建筑结构表面，如图5-2所示。
单体式：由加热管1、挡板2、辐射板3(或5)和隔热层4制成的金属辐射板。
如图5-3所示。
单体式辐射板还可串联成带状辐射板吊在顶棚下，挂在墙上或柱上，如图5-4。
吊棚式辐射板：将通热媒(或冷媒)的管道4、隔热层3和装饰孔板5构成的辐射面板用吊钩挂在房间钢筋混凝土顶板2之下，如图5-5所示。
这种辐射板也常用于辐射供冷。
2．采暖辐射板按其位置5.1.3 辐射采暖的特点1．辐射供暖比对流供暖舒适辐射采暖同对流采暖相比，↑围护结构内表面温度 (R m s t t .)，创造了对人体有利的热环境，↓人体向围护结构内表面的辐射放热量，热舒适度增加。
辐射采暖同对流采暖相比，↑辐射换热的比例，但仍存在对流换热。
↑辐射换热比例=f(热媒的温度、辐射热表面的位置)各种辐射采暖方式的辐射放热量比例：顶面式70％-75％；地面式30％-40％；墙面式30％-60％2．辐射采暖时沿房间高度方向温度比较均匀，温度梯度小，房间无效热损失减少，节省采暖能耗。
图5-8给出不同采暖方式下沿高度方向室内温度的变化。
比较条件：以房间高h 为1.5m 处，空气温度R t 为18℃。
从图上可看出：⑴热风采暖时(曲线1)，沿高度方向温度变化最大，房间上部区域温度偏高，工作区温度偏低。
⑵采用辐射采暖(曲线3和4)，特别是地面辐射采暖(曲线4)时，工作区温度较高，地面附近温度升高，有利于改善人的舒适度。
⑶设计辐射采暖时相对于对流采暖时规定的房间平均温度可低1-3℃，使人体对流放热量↑，人的舒适感↑，并↓房间上部温度升高增加的无效热损失。
因此辐射采暖可节省采暖能耗。
图5-8 不同采暖方式下沿房间高度室内温度的变化1-热风采暖 2-窗下散热器采暖3-顶面辐射采暖 4-地面辐射采暖3．辐射供暖对流散热量少，室内气流速度低，避免了尘土飞扬，卫生条件好。
4．辐射供暖出投资大。
5.2 辐射采暖系统5.2.1 辐射采暖系统的热媒可用：热水、蒸汽、空气和电。
1．用热水作热媒温升慢，混凝土板不易出现裂缝；可以采用集中质调节。
2．蒸汽作热媒温升快，混凝土板易出现裂缝；不能采用集中质调节。
混凝土板热惰性大，与蒸汽迅速加热房间的特点不相适应。
3．用热空气作热媒将墙板或楼板内的空腔作风道，使建筑结构厚度要增加。
4．用电热媒用电加热的辐射板,具有许多优越性，板面温度容易控制，调节方便，但要消耗高品位电能。
5.2.2 热水辐射采暖系统1．采暖辐射板的加热管采暖辐射板加热管的型式与采暖辐射板的位置、尺寸及类型有关。
⑴窗下辐射板加热管如图5-9所示。
图5-9 窗下采暖辐射板的加热管(a)蛇型管 (b)排管⑵踢脚板式采暖辐射板加热管一般采用图5-10所示的U形加热管。
图5-10 踢脚板式采暖辐射板(a)侧视图 (b)正视图⑶墙面采暖辐射板加热管如图5-11所示，(a)为用于带闭合管单管系统；(b)用于双管系统；(c)用于垂直双线系统。
图5-11 墙面采暖辐射板的加热管(a)用于带跨越管的单管系统 (b)用于双管系统；(c)用于垂直双线系统⑷地面采暖辐射板加热管如图5-12所示，(a)平行排管式；(b)蛇形排管式；(c)和蛇形盘管式。
加热管可采用铝塑复合管等热塑性管材，埋设部分无接头，避免了渗漏之忧。
图5-12 地面采暖辐射板的加热管(a)平行排管式 (b)蛇形排管式 (c)蛇形盘管式埋设方案见图5-13。
图5-13 地面采暖辐射板中铝塑复合管的设置l-面层 2-混凝土 3-加热管 4-锚固卡钉5-隔热层和防水层 6-楼板 7-侧面隔热层与建筑结构结合或贴附的顶面采暖辐射板的加热管与地面采暖辐射板类似。
⑸单体悬挂式金属采暖辐射板加热管如图5-14所示。
图中尺寸a、b、c分别为辐射板的长度、高度和厚度。
图5-14 单体悬挂式辐射板的加热管(a)加热管为蛇形管，波形辐射屏 (b)加热管为排管，平面辐射屏l-加热管 2-辐射屏 3-隔热材料2．辐射采暖系统设计要点⑴系统型式热水辐射采暖系统：上供式或下供式，单管或双管系统。
①窗下辐射板可采用单管系统、双管系统或双线系统，如图5-11。
②地面辐射板、顶面辐射板、地面-顶面辐射板应采用双管系统，以利于调节和控制。
a.地面-顶面辐射板如图5-15所示，采用下供上回式双管系统中的辐射板与管路连接方式。
图5-15 下供上回双管系统中的地面-顶面采暖辐射板1-地面-顶面采暖辐射板 2-供水立管 3一回水立管4-关闭调节阀 5-放水阀辐射板1并联于供水立管2和回水立管3之间，可用阀门4独立地关闭，用放水阀5放空和冲洗。
b.墙面采暖辐射板可按图5-11的型式采用单管、双管或双线系统。
可只在建筑物的个别房间(例如公用建筑的进厅)装设混凝土辐射板。
如安装窗下辐射板，可连到供水管上；如安装顶面、地面辐射板，可连到回水管上。
如图5-16所示。
图5-16地面采暖辐射板与回水干管的连接 l-地面采暖辐射板 2-集气罐 3-温度计4-阀门 5-回热源的回水干管 6-来自采暖系统的回水于管 7-旁通管上的调节阀 8-放水阀3．辐射板水平安装时，其加热管内的水流速不应小于0.25m/s ，以便排气。
应设放气阀和放水阀。
4．采暖辐射板作为末端装置，其阻力损失比散热器大得多，且不同辐射板阻力损失差别较大，因此在一个采暖系统中宜采用同类辐射板，否则应有可靠的调节措施及调节性能好的阀门调节流量。
5.3 辐射采暖系统的设计计算5.3.1 辐射板的表面温度混凝土辐射板的表面温度t s 与加热管的管径d 、管间距s 、管子埋设厚度h 、混凝土的导热系数λ、热媒温度t hm 和房间温度t R 等有关,即) , , , , ,(R hm s t t h s d f t λ= (5-3)一般采用铝塑复合管等热塑管，其管径规格为12/16、16/20、20/25(内径/外径)等，在给定R hm t t d , , ,λ的数值后，辐射板表面温度 ) , (h s f t s =。
s 越小，h 越大，板面温度越均匀，但造价越高。
⑴地面辐射板加热管周围温度分布地面辐射板在每一加热管周围的混凝土块内温度分布，如图5-17所示，图中实线为等温线，虚线表示热流。
①热流线起始于加热管，终止于辐射板表面。
沿不同的热流方向混凝土的热阻是变化的，使得辐射板表面是不等温面。
，两相邻加热管②加热管管顶所对应的混凝土表面温度最高，为t之间(距离s/2处)的混凝土表面温度最低，为t。
s/2图5-17 两面放热的采暖辐射板中的温度场和板表面温度的变化1-地面-顶面混凝土辐射板 2-加热管 3-等温线 4-热流线⑵地面辐射板沿水的流程混凝土表面温度分布图5-18所示。
图5-18 地面采暖辐射板表面温度的变化(a)平行排管式 (b)蛇形排管式 (c)蛇形盘管式t --地面表面平均温度的变化范围。
图中s图(a)平行排管式：用单根管道平排成蛇形，辐射板表面平均温度沿水的流程逐步均匀降低；图(b)蛇形排管式：用供水管和回水管并列平排成蛇形，辐射板表面温度在小面积上波动大，平均温度分布较均匀；图(b)蛇形盘管式：供水管和回水管并列盘成螺旋形，辐射板表面平均温度也是沿水的流程波动的。
混凝土辐射板表面的平均温度是计算辐射采暖的基本数据，辐射板表面最高允许平均温度应根据卫生要求、人的热舒适性条件和房间的用途来确定。
对不同采暖辐射板，各房间的最高允许平均温度：✧ 对地面采暖辐射板托儿所、幼儿园 24℃住宅 24℃厂房 26℃人员长期停留场所 26℃人员短期停留场所 30℃卫生间 31℃✧ 对顶面采暖辐射板层高 2.5-2.8m 28℃2.9-3.0m 30℃3.1-3.4m 33℃3.5-6m 36℃✧ 对墙面采暖辐射板离地面高度 ＜1m 95℃l-3.5m 45℃＞3.5m 不规定顶面辐射板温度过高，使人头部不适；地面辐射板温度过高，时间长久之后，人体也会不适。
地面采暖辐射板表面的平均温度还应受地面覆盖层最高允许温度限制。
例如：镶木地板采用铝塑复合管辐射板时，最高允许温度为27℃。
5.3.2 盘管的水力计算1.铝塑复合管的沿程比摩阻Rdv R 22λρ= 式中 λ--沿程阻力系数，可由下式计算：Kd K d b b i p i 7.3lg1Re lg 7.3lg )2(312.125.0⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--+=λ b--水的流动相似系数；K--管子的当量粗糙度，m ；对铝塑管：K ＝1×10-5m ； Re p --实际的雷诺数； d i --铝塑管的内径，m 。
热媒温度为80℃时，铝塑管的比摩阻R 值可查附录5-1“铝塑管的水力计算表”。
如热媒平均温度不等于80℃时，由附录5-1查出的比摩阻R 需用下式进行修正：R R t α= (5-8)式中 R t --热媒在计算温度和流量M下的比摩阻，Pa/m ； R--用M查附录5-1得到的比摩阻，Pa/m ； α--比摩阻修正系数，查表5-1。
2．管径计算铝塑管的材质和制造工艺与钢管不同。
在进行水力计算时应考虑管子的管径及壁厚的制造偏差。
用下式来确定管子的计算直径(内径)：)242(5.0s s d d d e e i ∆--∆+= （5-9） 式中 d e --铝塑管外径，m ；Δd e --铝塑管外径的允许误差，m ； s--铝塑管壁厚，m ；Δs--铝塑管壁厚的允许误差，m 。
3．局部阻力损失铝塑管所有的局部阻力系数可由附录5-2确定。
5.3.3 地面辐射板供热量的计算地面采暖辐射板的供热量与热媒的温度、流量，加热管的管径、材质、间距、位置、盘管型式，混凝土的导热系数、厚度，采暖辐射板表面的温度及其分布、背部材料的导热系数、厚度等许多因素有关。
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