南京居尔冷暖设备有限公司

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                      深入了解地暖原理

     
在短短十几年时间内,地面辐射供暖(简称“地暖”)系统由鲜为人知发展到在新建住宅中大范围应用并迅速成为仅次于采暖散热器供暖的第二大供暖系统,到目前在新建住宅中的应用比例远高于采暖散热器的应用比例,地暖系统在我国表现出了强劲的发展势头。然而,与地暖系统在我国迅猛的推广速度形成鲜明对比的是:很多地暖同仁对地暖技术在性质认定和理论分析方面还不够深入,对辐射供暖的原理还存在一些认识误区,很多人一直在用对流供暖的观点和方法去衡量和看待辐射供暖。这使得深入了解地暖的必要性越来越明显。而地暖工程应用的实践显示:要走出误区,全面认识地暖,首先要弄清两个问题——

    暖从何来?

    辐射供暖是通过室内的一个或多个辐射面向供暖空间中的人和物传递热能的一种方式。与对流供暖不同的是,辐射供暖无需媒介,直接由辐射面将能量以波长为8微米~13微米的远红外线形式传递给供暖空间中的人和物。而对流供暖方式的热能是散热器以空气为媒介将热能传递到供暖空间,通过人和物的表面吸收的。那么在以辐射方式供暖的过程中,这种波长为8微米~13微米的能量是怎样被人和物吸收而产生热感的呢?

    我们知道物质是由原子构成的,原子核及核外电子所带电量是相等的,且电子在核外周围做等几率的运动,所以通常原子不显电性和极性。但是当我们将一个原子放在一个静电场中时,原子中的原子核就会移向电场的负极一边,而电子就移向电场的正极一边,此时的原子就发生了偶极变化。如果此时我们改变电场的方向,这种偶极的极性就会反过来。如果我们将原子放置在一个以一定频率变化的电场中,原子的极性就会随着电场方向变化的频率而变化。这样,原子的正电荷、负电荷、中子间就会发生一定频率的运动而互相摩擦,从而产生热量。这是一个由动能转化为热能的过程。  

    在辐射供暖中,辐射面所形成的就是一个波长为8微米~13微米的远红外辐射场。在这个场内,物质中的原子内部就会发生上述粒子间的相互摩擦,从而在人与物体内产生热量。辐射面的温度愈高,所形成的辐射场就愈强,反之愈弱。需要说明的是:在以辐射方式供暖的过程中,由于辐射面与供暖空间中的空气接触,因此也会发生部分空气对流换热,使供暖空间空气温度同时上升,这也有助于提高供暖效果。在以辐射方式供暖的过程中,辐射换热量约占总换热量的60%,而对流换热量约占40%      低温辐射供暖技术从发热体的不同可分为:电加热发热体(如发热电缆、电加热膜等)低温辐射供暖技术和水加热发热体(如塑料管材、金属管材等)低温辐射供暖技术两类。

    地暖的舒适性如何体现?   

地暖系统给人带来的舒适程度的高低,与地暖系统的结构密切联系。对此,我们以低温热水地面辐射供暖系统为例,来分析这一问题。
    
低温热水地面辐射供暖系统由热源,分、集水器,绝热层,加热管,填充层以及管路、阀门、过滤器等组成。其中,填充层更应该被称为辐射板,只不过我们通常是用混凝土构造了辐射板,它是低温热水地面辐射供暖系统的核心构件。其工作原理是:热源提供的热媒(低温热水)在通过加热管时,热能通过管壁传递到填充层(辐射板)的混凝土内,在填充层(辐射板)的表面形成一定宽度、一定温度的辐射面。在不考虑辐射板与建筑物构件传热关系的情况下,辐射面的宽度、温度与热媒的温度、填充层材料的导热系数及厚度、加热管的通径、材质等因素有关。有人认为填充层仅仅是用来保护加热管的,其厚度和材质对地暖系统的供暖效果影响不大,只要能保护管子就行了。甚至有人认为可不设填充层。这种认识是非常错误的,从理论上说,不设填充层就等于没有辐射面。值得注意的是,加热管的通径和材质均为工业控制的参数,是非常稳定的。而填充层(辐射板)的厚度及材质是施工过程控制的参数,受影响的因素比较多,难以控制。辐射面的宽度、表面温度与填充层的厚度和材质有直接关系。首先填充层是辐射板的重要组成部分,它是形成辐射面的保证。填充层厚度不同,辐射板表面所形成的辐射面的宽度就不同;同时,辐射板还有决定地面承载的功能,而填充层的材质和厚度直接决定了地面的承载力。相关研究显示:在一定范围内,填充层的厚度愈厚,在辐射板上所形成的辐射面愈宽,反之愈窄;填充层愈厚,辐射板表面温度分布愈均匀,反之就愈不均匀;填充层材料热阻愈小,辐射面愈宽,反之愈窄。当然,辐射面愈宽、辐射板表面温度分布愈均匀,采暖的效果愈好。

    为保证辐射板所形成的热能向上传递,而不会通过与辐射板接触的基础层和围护墙体传导造成热损耗,施工方通常会在辐射板的下面及墙体边缘再做一层绝热层。这种材料在国内用得最普遍的是采用聚苯乙烯板并在表面覆盖一层聚酯镀膜(铝膜)无纺布铝箔。关于这层铝箔,一般认为有如下作用:反射由辐射板传递过来的8微米~13微米的远红外线,使其向上传递,因为金属对微波有屏蔽和反射作用;配合专用卡钉固定加热管;作为聚苯乙烯板的防潮层,因为聚苯乙烯板中渗入水分后会降低绝热作用;在铝箔上印有50毫米×50毫米的方格,可以帮助施工时确定加热管的间距。

    有学者提出:底层和土壤之上的地面处,也可不做绝热层。因为向下传递的热量对下层房间也有供暖作用,从辐射传热的角度看,这种主张也有道理,并且这种做法还可减少建筑层高的损失,降低工程成本。不过这样做会产生建筑“热桥”,产生较大的通过楼板和墙体向外的热损失,不符合节能的要求。同时目前辐射双向传热的基础研究和设计参数及资料尚且不足,给实际应用带来了一定困难,使应用这种尝试显得有些盲目;更重要的是双向传热给国家分户计量的政策提出了难题(中间楼层互相传热)。当然,不实行分层计量的建筑和别墅、复式建筑的夹层、整栋楼计量的公共设施、写字楼另当别论。

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