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为什么国外那么多被动式舒适住宅都爱采用地板采暖技术?

归档日期:06-17       文本归类:被动式      文章编辑:爱尚语录

  今天我们分享的是国外典型的舒适住宅地暖工程案例,结合前面已经分享的案例来看,地板辐射采暖确实是低层建筑,尤其是独栋别墅经常采用的冬季采暖系统。

  随着经济的增长,人们对于生活质量的要求也日益提高,尤其是近年来,建筑业逐步成为国民经济发展的主要增长点,建筑的功能性和舒适性也有了很大的进步,于是,在供暖方面也出现了各种新型方式,其中地板辐射供暖系统,以其室内温度均匀性好,无吹风感,舒适性好,符合人体的生理要求,以及不影响室内使用面积等优点被人们广为接受,推广的速度非常快,相信在不久的将来,随着地板供暖辐射采暖辐射技术的日益完善,在多种供暖方式中,其将会成为主要的供暖方式。

  目前,地板辐射供暖主要采用两种结构形式:水系统地板供暖和发热电缆地板供暖(电热膜)。前者将蓄热体的构造层进行换交换,并经过构造层的热量传递,由地板均匀地向室内辐射热量,同时在冷热空气的比重差作用下,产生了空气的自然对流现象,从而创造出具有理想温度分布的室内热空气,使室内环境达到人体感官最舒适的状态,达到供暖的目的,后者将发热电缆埋设在地面下,利用电力加热地面垫层而实现供暖。此处主要针对前一种水系统地板供暖进行介绍。

  一个完整的地板供暖系统包括了热源、采暖管路系统、分水器、集水器、水泵、补水/定压装置及阀门、温度计、压力表等。

  任何置于室内地板的辐射采暖系统通常要包括发热水、保温(防潮)层、填料层等部分。地板采暖常用的发热体是水管。水管中通入30~60℃的热水,依靠热水的热量向室内供热。

  为了防止水管的热量向下传递,一般在水管底部铺设保温(防潮)层。特别是在建筑物的底层,向下的热量传递是纯粹的热损失,所以必须设置保温层,以及可能地减少这种热损失。保温材料应尽量选用密度小、轻质、有一定承载力、热阻高、吸湿率低、难燃或不燃、不腐不朽的高效保温材料,热阻大可以减小使用厚度从而减少建筑层高损失,轻质可以降低地面承重载荷,但绝热材料又必须有一定的强度,能承受其上的填充层的压力而不致有大的变形,更不能有破裂,在铺设保温层之前,一定要注意保持保温层基本干燥。

  防潮层应当做在保温层的高温侧,这样保温层内少量的水汽可依靠水蒸气分压力差排向低温侧,防潮层可以用各种塑料薄膜,目前也有的使用铝箔做防潮层。所谓铝箔一般是真空镀铝的聚酯膜或玻璃布基铝箔面层。铝箔不但强度高,还可以直到加强保温层及辅助卡钉固定的功效。如果在保温层底部做防潮,其本意是隔绝来自保温层下方的潮气,但同时也隔绝了保温层水汽的排出,所以除了做在底层潮湿土壤上的,一般不设底部防潮层,当保温层使用加气混凝土等材料时,则无需铺设防潮层。

  填料层或垫层的主要作用是保护水管,同时起到传热与蓄热的作用,使得地面形成温度较为均匀的辐射加热面,此时水管和填料层构成了一个加热体。要起到保护水管作用,就要求填料层有一定强度和刚度,并且尽可能传热效率高、蓄热性能好,当然也要廉价,易施工。目前填料一般使用水泥砂浆或碎(卵)石混凝土。蓄热性能好的材料往往热惰性也大,所以地暖不可能即开即热,当然也不会一关就冷。蓄热好往往与舒适性强相伴,所以填料层的选用也是很重要的。

  使用混凝土做填料时,上面压光找平之后已可以做地面,或在上面直接铺设地板革、塑料地毡、也可以做实木地板、复合木地板或铺各种材质的面砖等,但尽量不要使用热阻很大的纯毛地毡,以免影响地暖效果。

  盘管的铺设形式不是唯一的,总体要求尽量简单及温度分布均匀、图所示为几种常见的铺设形式,可以根据建筑形式灵活使用。由于回字形铺设较简单,供回水管路相间使得温度较为均匀,所以成为常用的铺设方式。地面层可用各种地板,但有研究证明了使用木地板传热效果较佳,但同时尽量选用较为优质的木地板,以免日后因长期受热而导致的变形。

  地板辐射供暖系统一般要设分水器、集水器。它们是连接热源和分支环路水管的集管,分水器将来自热源的供水按需要分为多路;集水将多路回水集中,便于输送回热源再加热。分、集水器上设有阀门,可以调节和开关不同的水环路,是采暖系统的枢纽和中转站。为防止锈蚀,分、集水器一般要求是铜质的,且需做保温处理。普通型的,配用手动阀,高档型的可配温度高一些,有时需在系统中加装散热器,在上述两种情况下,更要注意满足水温和水量的要求。

  随着地板辐射采暖系统的广泛应用,相应的研究工作也日渐增多和日益完善。早在20世纪40年代就有美国的J.R.Carroll对地板辐射采暖形式的自然对流进行了分析:美国的Peter Simmonds对地板辐射采暖进行了舒适性的实验研究和理论分析;日本的Haruo等人做了对地板辐射采暖的温度控制的实验测试研究;土耳其的Kilkis等利用计算机模拟研究了地板采暖系统的传热过程,并提出了简化的地板采暖系统设计方法,使人们对地板辐射采暖技术有了更加全面的认识;美国的戴维斯能量集团公司(Davis Energy Group Inc.)把计算机技术同地板采暖技术结合在一起,有力促进了地板采暖的发展。

  1978~1980年间,Hannay及Lebrun等美国诸多学者对不同的采暖系统的热舒适性及能量消耗进行了研究。这些研究表明,对于绝热性能较差的建筑,当各种不同的采暖系统达到相同的热舒适性时,其各自的能量消耗有明显的不同;且研究结果表明,地板加热采暖系统可节能10%~40%。1987年ASHERAE HANDBOOK对低温地板辐射采暖系统的供水温度同室外空气温度的关系进行了研究,认为室外温度同所需的供水温度之间呈线性关系,当保持循环水量不变的条件下,供水温度随室外温度的降低而升高;反之,则降低供水温度。1994年回拿大学者A.K.Athienitics,利用有限差分法,对低温地板辐射采暖系统进行了数值模拟,得出如下结论:有效地利用太阳辐射以降低室内热负荷以及室内设计温度按照正弦规律变化都可以有效降低地板表面最高温度,减少热流量。同时,若室内温度按照正弦规律变化而系统节约的能耗同时在夜间降低室内最高温度和平板最高辐射温度所节约的能耗相同。1998年美国学者P.Calvin Lindstrom和Daniel E.Fisher对辐射表面特征对辐射量的影响做了研究,经过试验发现,辐射板表面的材料对辐射率影响并不显著。2000年美国学者Jeanne M.Palmer和Klrby S.Chapman比较了几种算法的优、缺点,指出用辐射强度对地板辐射采暖室内的平均辐射温度进行计算是优化的方法,可以解决极限边界条件。近几年来,日本和韩国对旧有建筑传统的采暖改造为地板辐射采暖进行了大量的开发研究工作,研究开发了不同形式的地板辐射采暖,使地板辐射采暖得到了新的发展。

  众所周知,低温地板辐射供暖因其在舒适性、节能性、洁净性、经济性等方面的优势而得到迅速发展,已经成为时下采暖用户的新宠。在国内,很多应用低温地板采暖的实际工程已经竣工使用,也得到很多用户的赞誉,但是,与国外较为成熟的地板辐射供暖技术相比,我国的地板辐射供暖技术尚处于初步发展阶段。

  (1)减少热能消耗的同时,热舒适程度得到提高。传统的散热器供暖方式,室温在竖向形成梯度,房间中上部温度高,下部温度较低,容易造成人在室内产生头热脚冷的感觉,从人的生理角度来看这种效果不太理想。国际公认的ISO7730标准对地表温度有明文规定:不得低于19℃,而散热器供暖方式很难达到这一要求,这是散热器供暖方式所固有的弊端。另外,地板供暖近10cm的地暖层,在建筑物内部形成了一个大的蓄热体,有较高的蓄热量,这对充分利用具有周期波动性的“自由热”十分有利,且能起到蓄热体对室温的调节作用,保持较好的热稳定性,从而在热能消耗减少的同时,热舒适程度得到提高。地板辐射供暖室内地表温度均匀,室温由下而上递减,比较理论上的理想采暖方式,即“温足而凉顶”的理想供暖概念,实现“暖从足下起”。因此,在建立同样舒适条件的前提下,地板辐射采暖房间的设计温度可以比散热器供暖时降低2~3℃.由于室内竖向温度分布较均匀,温度梯度很小,无效热损失可大大减小,低温传送时温差也比较小,在输送热媒过程中热量损失小,该系统可节省能耗15%左右。这是该系统对于节能的贡献。

  1)声环境:如果按每降低5dB为一个等级计量,地板供暖住宅光是在楼板撞击声一项在噪声的每个频率点都比传统采暖方式的住宅降低了3~4个等级,有效减少了上层住房的地面活动对下层住房的噪声干扰。

  2)光环境:地板供热有条件让住宅开启矮窗式落地窗,这样只可以把阳光和自然景物引进室内,比传统散热器供暖住宅有着更好的室内光环境。

  3)室内的空气品质得以改善。空气中尘埃含量、悬浮物含量及细菌等是衡量空气品质好坏的一些主要指标。对于传统散热器供暖的住宅,主要通过对流传热。室内空气在较大范围内流动,会产生扬尘和加强细菌的传播,还会产生异味影响空气清新;而低温地板供暖主要是低温辐射传热,室内空气不产生明显的对流,因此可以有效减少这种不利影响。

  (4)热源选择范围广,可实现分室控温,地板辐射供暖系统热源选择范围较广,锅炉房集中供暖、燃气燃电炉单独供暖、地源热泵及太阳能等均可作为该系统的热源。由于系统中设置了集、分水器,用户可以根据需要来调节室内温度,满足不同居住环境的要求。如在分水器前设置电磁阀,可实现出门“关暖”,明显降低采暖费、解决多年来供暖系统无法按户正确计量收费的难题。

  (5)美观、节省使用面积。传统的对流散热供暖、室内需设置散热器及与连接的管道,有的为使室内美观,还需加设散热器装饰罩。散热器、装饰罩及管道不仅占用室内一定的空间和面积,且要考虑散热空间的预留,会影响室内的装饰和家具的布置,它所带来的室内有效使用面积的减少,远不止散热器、装饰罩和管道本身所占的面积。而地板辐射供暖,其加热器均埋设于地板下,地面以上除与分、集水器连接的进出户热水管道外,没有设置任何散热设备和支管,节省了使用面积。

  (6)使用面积长。传统散热器使用寿命一般在15~20年,而地板辐射供暖的散热管为PP-R管或PPX管,此两种管材具有耐酸碱性、而且耐久性、耐热性也特别好,在使用过程中不产生锈蚀、水垢,所以长期使用内壁仍然光滑无水垢,热循环好,长期使用也不会降低散热效果,可连续使用50年以上,基本与一般建筑物寿命相同,并且系统采用盘管回路技术,暗敷管系统中无接头,不易产生渗漏。

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