一、地暖均热层材料的导热率,是影响地暖散热量的主要因素
地暖体验台建有Dn20管、Dn16管和Dn13管三种不同管径,铝板均热的干式地暖、水泥均热的湿式地暖、以及空气均热的蘑菇板地暖三类,表面铺设有地板和地砖,按标准工艺铺设,用一台小型电锅炉做热源。实测各种不同地暖末端的升温速度、表面温度及背面透热温度对比;另外建有毛细管辐射末端、吊顶辐射板及装配式远红外辐射板的供冷对比体验台。
实测对比结果是:
1、表面温度差异:在相同热水温下(55℃),铝板干式地暖,相比普通湿式地暖,其地板及地砖表面温度分别提高约5℃,Dn13管100间距铝板干式地暖地板区表面温度,比Dn20管200间距湿式地暖地板区高约10℃,不同地暖末端的表面温差高达10℃!
2、背面透热温差:手摸湿式地暖背面是热的,铝板干式地暖背面是温的,实测两者相差约3℃。
3、表面升温差异:铝板干式地暖地板区约半小时升温、地砖区约1小时,湿式地暖地板区约5小时,地砖区约4小时。其根本原因是铝板导热率比混泥土提高了180倍。
4、辐射供冷差异:在相同冷水温度下(17℃),装配式远红外辐射模块的表面温度,分别比毛细管辐射末端低约1℃,比吊顶辐射板低约2℃。
经采用大连理工大学吴小舟教授研发的湿式地暖、干式地暖辐射供暖供冷计算软件,得出在平均水温50℃时,Dn16管150间距铝板干式地暖地板区散热量是117.4W,与检验报告数据相当;而Dn16管150间距湿式地暖地板区散热量89.4W,铝板干式地暖增加了28W,增幅达31.3%。相同水温下,实测铝板干式地暖和地砖地板面温度比普通湿式地暖分别增加约5℃,占不同地暖表面最大温差10℃的50%,铝板均热层对地暖散热量的增幅权重,在五方面因素里排第一,约占50%权重,且平均水温越高,铝板干式地暖的散热量增幅越大。因此,地暖均热层材料的导热率,是影响地暖效果的主要因素!这一点没有被很多地暖人认知到。
经计算湿式地暖标况供冷量约16W(平均水温18℃),铝板干式地暖标况供冷量实测为46W,提高了近3倍,五恒系统的体感舒适度明显更高,且没有水泥回填层蓄冷带来的地板含水量超标霉变安全隐患!
二、地暖管与均热层的有效换热面积,是影响地暖散热量的次要因素
根据热传导计算公式Q=K*A*△T/L,其中Q是传热量,U是传热系数,A是传热面积,△T是温差,L是传热物体厚度。在相同工况下,单位平方的地暖管外表面积越大,传热量就越大,在正常地暖管弯曲半径时,1平方地暖Dn20管200间距的外表面积为31.4dm2 ,Dn16管150间距的外表面积为33.66dm2 ,Dn13管100间距的外表面积为40.82dm2。Dn16管和Dn13管比Dn20管的传热面积增幅分别为7.2%和30%,即地暖管道越细散热量越大,这就是湿式地暖用毛细管、铝板干式地暖用Dn13管效果最好的技术道理!
同理,传热量与均热层材料的传热系数成正比,与均热层材料厚度成反比,铝板传热系数比水泥提高了180倍,铝板均热层的厚度为0.3mm,水泥回填均热层厚度为50mm,两者相差约160倍,实测结果是:在相同水温下,Dn13管铝板干式地暖地板表面温度,比Dn16管铝板干式地暖地板面提高了2℃,比Dn20管铝板干式地暖地板面提高了3℃,比Dn16管普通湿式地暖地板面提高了约8℃。因此,单位平方地暖管与均热层的有效换热面积越大,地暖散热量就越大,即地暖管道越细地暖效果越好!对地暖散热量的增幅权重,在五方面因素里排第二,不同换热面积的地暖表面温差2℃,约占20%权重。
三、地暖末端的保温性能,是影响地暖向楼下传热损失的重要因素
地暖末端保温层的主要作用是减少热量向楼板的无效散热,降低地暖向楼下的传热损失,因进户门槛的地面高度有限,湿式地暖通常采用2cm厚保温板,水泥回填层厚度一般为5cm,为保障固化强度避免表面裂缝,所以,湿式地暖铺地板总成厚度标准为8.5cm,贴地砖总成厚度标准为11.5cm,因水泥回填层的蓄热量过大,长期蓄热会大幅降低保温板的保温性能,加上面层热阻特别是地板防潮垫热阻较大等原因,导致湿式地暖末端的整体保温性能较差,增加了楼板蓄热向外墙的无效散热,按照国家地暖标准JGJ142-2012第56页数据,湿式地暖地板区向下传热损失比例高达30%,实测背面温度提高约4℃,用手可明显摸到热感,特别是地面布置了水电线管裁切保温板的地方。
铝板干式地暖的保温板厚度为3.5cm,保温厚度相对提高了约60%,用薄铝板替换水泥回填层均热,消除了水泥蓄热对保温影响,干式地暖的地面保温性能良好,因此大幅降低了向下传热损失,实测干式地暖地板区背面温度提高约1℃,向下传热损失约5%,相对保温节能约25%,用手摸背面没有热感。如铝板干式地暖表面用5cm水泥回填,长期开启的背面温度提高约3℃,表面温度降低约1.5℃,因此,地暖末端的保温性能及蓄热量大小,是影响地暖向楼下传热损失的重要因素,且提高地暖末端的保温性能,可降低室内约20W左右的冷热负荷,让夏季空调也更凉爽和节能。地暖末端保温性能对散热量的增幅权重,在五方面因素里排第三,不同保温性能影响地暖表面温差约1.5℃,约占15%权重。
四、地暖流速及水阻力平衡,是地暖系统设计的基础知识,对地暖散热量实际影响较小
按国家地暖标准JGJ142-2012中规定,地暖管的水流速不小于0.25m/s,地暖分水器主管道的水流速不大于0.8m/s,地暖管正常流速一般为0.4米/s左右,流速过快或过慢均会影响地暖的散热量和供冷量。地暖水流速过快,会降低地暖进回水的温差,自然会降低地暖散热量,相反,地暖流速过慢,会降低单位时间输送给地暖末端的热量,相当于气堵降低了水流的平均温度及温差,地暖散热量也相应变小。这是地暖设计规范中强调地暖管最长不大于120米、各回路地暖管长度差不大于30%、应选择合适扬程循环泵的技术原因。也是我们在日常工作中,强调壁挂炉选配7米左右低扬程泵及Dn16管、空气源一次系统选配15米左右的高扬程泵及Dn13,空气源二次系统选配7米左右的低扬程泵及Dn16管的道理。地暖输配系统的气堵等水阻力过大、水流速过快或过慢,均会降低地暖温度,严重的会让地暖系统不热。但这些都是地暖专业的基本知识,犯低级错误的比例不高,因此,在实际应用中,涉及地暖流速及水阻力平衡的设计配置,对地暖散热量的增幅影响权重较低,在五方面因素里排第四,约占10%权重。
五、地暖末端的水容量,对地暖散热量的影响波动较小,权重也最小
每100平方地暖,Dn20管的水容量约95升(管间距200mm);Dn16管的水容量约75升(管间距150mm);Dn13管的水容量约78升(管间距100mm);Dn10毛细管管的水容量约65升(管间距60mm)
通过实测对比告诉我们:在相同水温相同面层工况下,Dn20管铝板干式地暖地板区的表面温度最低,Dn16管比Dn20管的表面温度略高2℃,Dn13管比Dn20管的表面温度高3℃;Dn20管湿式地暖地板区温度比Dn16管湿式地暖地板区略低1℃。
通过散热量计算软件也是这样:
1、普通湿式地暖Dn20管正常200间距的散热量81.1W,Dn16管150正常间距的散热量89.4W;Dn20管加密150间距的散热量92W,Dn16管加密120间距的散热量97.4W,湿式地暖Dn20管正常200间距的散热量最小,Dn20管加密150间距的散热量也小于Dn16管加密120间距。
2、铝板干式地暖Dn20管200间距的散热量为109.7W,Dn16管150间距的散热量为117.4W;Dn20管150间距的散热量为117.3W,Dn16管120间距的散热量为120W。
经过对不同管径的水容量和水容量实测和计算,我们可以得出:地暖末端水容量与散热量没有正比关系,在满足地暖管正常弯曲半径前提下,Dn20管的水容量最大,但散热量却最小,在正常管间距和加密管间距时,Dn20管的地暖散热量均略低于Dn16管,因此,地暖末端水容量对散热量的影响波动较小,在五方面因素里排第五,约占5%权重,这应该是业内天氟地水厂家研发人员的最大误区!真正适合天氟地水两联供的是Dn16管加密120间距的铝板干式地暖,尤其是防锈铝板干式地暖,其均热能力、水阻力、水容量、面层适配性、地暖效果以及安装成本等均最为优化!
六、结语
1、影响地暖末端散热量和供冷量的五方面主要因素依次是:均热层导热率、地暖管与均热层的有效换热面积、地暖末端保温性能、地暖流速及水阻力、地暖末端水容量,其影响权重分别约50%:20%:15%:10%:5%。
2、在相同水温下,铝板干式地暖表面温度比普通湿式地暖提高约5℃,地砖面比地板面提高约2℃;铝板干式地暖背面透热比湿式地暖低约3℃,相对保温节能约25%,用手摸背面可明显体验对比。
3、湿式地暖的标况供冷量约16W,铝板干式地暖的标况供冷量实测为46W,提高了近3倍,可明显提高五恒系统的体感舒适度,且没有地板含水量超标霉变等安全隐患。
4、在正常间距和加密间距时,湿式地暖和干式地暖的Dn20管散热量均小于Dn16管;Dn13管铝板干式地暖的散热量最大、表面温度最高,Dn20管200间距湿式地暖地板区温度最低,不同地暖的表面温度最大相差达10℃。
5、低温冷凝炉和天氟地水两联供配Dn16管加密120间距的防锈铝板干式地暖最为高效;天水地水两联供一次系统配Dn13管、二次系统配Dn16管120间距的防锈铝板干式地暖,冬季供暖最为高效,五恒系统夏季供冷最为舒适和安全!