关于辐射采暖房间的热负荷计算

摘 要：本文讨论了辐射采暖与散热或热风采暖方式在护结构内表面温度方面的差异，指出辐射采暖房间在某些条件下由于大批量指标较大而削弱了辐射采暖的节能性，通过对辐射采暖方式节能率的分析提出护结构内表面辐射吸收系数ρq是影响节能效果的关键因素，并给出同时保证建筑节能和人体健康要求的ρq取值范围。

关键词：辐射采暖；散热器采暖；护结构；热损失

为解决散热器采暖舒适性差、系统能耗大和难以计量等问题，低温辐射采暖正逐渐被采用。散热器采暖与辐射采暖房间热状况的最大区别在于护结构内表面温度有较大差别，若外墙保温性能相同，则前者仅受控于室内外空气温度，而后者还受到辐射采暖板的热辐射作用。辐射板采暖时，若室内采暖温度与散热器采暖时取同一值，则护结构内表面温度将偏高，在相同的围护结构保温性能和室外气象条件上，房间热损失会有所增加，不利于整个采暖系统性能的提高。本文将利用人体舒适理论对该问题进行讨论和分析，并给出提高辐射采暖房间节能性的具体措施。

一、散热器采暖与顶棚辐射采暖房间外墙内表面温度计算

1、辐射采暖房间护结构内表面热平衡

辐射采暖房间护结构内表面热平衡方程：K`（θ-te）Fq=ai（ti-θ）Fq+Qqρq 1，式中θ为南墙内表面温度，℃；ai为南墙内表面热转移系数，ai=ar+ac，K・m2/W；ar为辐射传热系数，这里取3.3 K・m2/W；ac为对流传热系数，与内表面温度和气温的差值t有关；t和te分别为室内外空气温度，℃；ρq为护结构内表面对低温辐射热的吸收系数；Fq为外墙面积，m2；Qq为辐射板以直接辐射和间接辐射的方式传递给护结构内表面的热量，表示为：Qq=CΦb（θf-θ）F 2，其中C、b分别为辐射板――护结构系统的导出辐射系数和导出温度系数；θf 和F分别为辐射采暖板的表面温度和面积；Φ为由辐射板到南墙的全辐射角系数，等于直接辐射角系数与间接辐射角系数Φ之和。2代入1可得θ=（CΦbθfρqF/ Fq+ K` te +ai ti）/（CΦbρqF/ Fq+ K`+ai）3。采用辐射板采暖时，内围护结构表面温度会稍高于空气温度，但在考虑房间内人体的热舒适性时，可设内围护结构表面温度等于室内气温。因此，根据以上各式可对具体房间求出护结构内表面温度θ。忽视散热器置于外墙内侧时引起的内表面局部温度增值，则散热器或热风采暖房间的外墙内表面温度可根据下式求出θ= ti-（ti- te）KRi。式中K为外墙总传热系数，Ri为散热器采暖时外墙内表面热转移热阻，通常取0.115K・m2/W。

2、不同室内条件下外墙内表面温度的计算值

本文取大连某小区的一中间层南向中部房间做为实例进行比较和分析。房间尺寸为3.4×3.1×2.8m，仅有南墙为护结构。现行居住建筑节能设计标准规定的护结构的传热系数及室内各表面面积见表1。

由表2可知，辐射采暖时的护结构内表面温度高于同等室内气温时散热器供暖的外墙内表面温度，因此可以认为若辐射和散热器采暖取同样的室内采暖计算温度，前者的节能性将低于后者，这种差异与护结构内表面对辐射热的吸收系数ρq有关。

由表3可以看出，ρq的改变半导致外墙内表面温度θ值的较大变化，所以当ρq取较小值时，可使外墙内表面温度θ值小于或等于散热器时的θ值，即通过减小ρq可达到提高辐射采暖房间节能性的目的。

二、辐射板采暖护结构的热损失及提高节能性的具体措施

房间的热耗量即为从室内通过南墙传出的热量，辐射采暖房间内表面温度由辐射参数和室内气温共同决定。因此，外墙的传热情况类似于夏季护结构在太阳辐射下的传热情况，故可将冬季辐射采暖房间内表面受到的辐射热Qq与室内气温tif的共同影响用室内综合温度tiZ=tif+Qq/ Fq ai表示，这样房间热损失Q=K0 Fq（tiZ- te），式中K0为外墙的总传热系数；散热器采暖房间的热损失Qs=K0Fq（tis-te），tis式中为散热器采暖房间的室内气温。将Q和Qs的两个式子结合可知，就房间的节能性而言，辐射采暖较散热器采暖节能的必要条件为Qs>Q，即Qqρq/ Fq ai

通过对上述两种采暖房间内人体热舒适状况的分析计算，提出在保证热舒适指标PMV不下降的前提下，辐射采暖的室内气温可在原散热器采暖室内供暖温度18℃的基础上至少降低2℃。《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87）中明文指出在相同热舒适条件下，辐射采暖可比散热器采暖的室内气温低2～3℃，因此保证辐射采暖房间节能性不低于散热器采暖的基本要求则Qqρq/ ai

总之，辐射采暖房间内，外墙内表面温度直接影响到房间的实际热损失值，因此，除了满足人体热舒适的前提下减小室内供暖温度，设法降低外墙内表面温度是实现辐射采暖房间热耗量指标下降的唯一途径。而外墙内表面辐射吸收系数ρq对护结构内表面温度有较大影响，根据相关条例和建筑热工设计规程，本文通过求解辐射采暖房间外墙内表面的热平衡方程及一系列计算与分析认为ρq的允许值范围应在0.35～0.53≥ρq≥0.10，此范围内ρq的值越小，辐射采暖的节能效果越好。

参考文献：

[1]GB50019-2003，《采暖通风与空气调节设计规范》[S]，2003

[2]JGJ142-2004，《地面辐射供暖技术规程》[S]，2004