對(duì)于干式地暖與濕式地暖的對(duì)比研究，不僅限于各自結(jié)構(gòu)層內(nèi)盤(pán)管管徑、排管間距、材料層厚度對(duì)傳熱量的影響，而在于房間的熱環(huán)境及系統(tǒng)的節(jié)能率等狀態(tài)參數(shù)的比較，本文通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)干式地暖與濕式地暖的熱工特性參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，旨在為今后工程設(shè)計(jì)中參數(shù)的選擇及系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供一些借鑒。
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干式地暖與濕式地暖
低溫?zé)崴匕遢椛洳膳且环N在房間地面下埋設(shè)供暖盤(pán)管，通過(guò)溫度不超過(guò)60℃（民用建筑供水溫度宜采用 35~50 ℃，供回水溫差不宜大于10 ℃）的低溫?zé)崴疄檩d熱介質(zhì)來(lái)加熱地面，再以整個(gè)地面作為散熱面，通過(guò)輻射為主對(duì)流為輔的換熱形式向室內(nèi)房間傳熱的供暖方式。
所謂濕式地暖顧名思義就是在地面鋪（保溫板+反射膜+鋼絲網(wǎng)）為基地+地暖盤(pán)管并用卡釘穩(wěn)固+水泥混凝土回填+鋪設(shè)地板或地磚。
干式地暖是采用預(yù)制溝槽保溫地暖模塊嵌入發(fā)熱管鋪設(shè)無(wú)需水泥回填的一種薄型地暖。
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傳熱模型
2.1 物理模型
以大慶地區(qū)的采暖住宅為分析對(duì)象，房間尺寸為5000mm×3000mm。其外墻采用復(fù)合節(jié)能外保溫結(jié)構(gòu)墻體，即20 mm 水泥砂漿加370 mm 普通磚10mm水泥砂漿加50mm聚苯乙烯泡沫塑料板加20mm水泥砂漿[4]。傳熱邊第三類(lèi)邊界條件，傳熱系數(shù) 23.26 W·m-2·K-1，內(nèi)表面發(fā)射率 0.9。
其材料物性見(jiàn)表1。
2.2求解控制參數(shù)的設(shè)定
選用流動(dòng)方程，能量方程，輻射方程[6]。離散格式采用 PRESTO!、QUICK 及二階迎風(fēng)格式，欠松弛系數(shù) 采用標(biāo)準(zhǔn)值，求解格式采用 AMG格式，循環(huán)類(lèi)型壓力為 V 型，動(dòng)量、流動(dòng)、能量、DO 均為 Flex 型。
2.3控制方程
流體流動(dòng)遵循物理守恒定律，即質(zhì)量守恒定律、 動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律。這些基本定律對(duì)應(yīng)的 控制方程如下：
連續(xù)性方程
動(dòng)量方程
能量方程式
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3 結(jié)果說(shuō)明
數(shù)值計(jì)算過(guò)程中，兩種供暖方式采用相同的初始條件及邊界條件， 即供暖進(jìn)水溫度 50 ℃，回水溫度40 ℃，大慶冬季室外計(jì)算溫度-26 ℃[8]；除地?zé)峁芫€(xiàn)外，無(wú)其他內(nèi)熱源，忽略門(mén)窗滲透風(fēng)及人員活動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)，其計(jì)算結(jié)果如下。
3.1室內(nèi)溫度及氣流矢量分布
通過(guò)數(shù)值計(jì)算，得出房間內(nèi)的溫度分布及速度矢量分布，其結(jié)果如圖3~圖8所示。
圖3 濕式地板輻射采暖房間溫度分布云圖/℃
圖 4 濕式地板輻射采暖房間溫度分布等值線(xiàn)圖/℃
圖 5 干式地板輻射采暖房間溫度分布云圖/℃
圖 6 干式地板輻射采暖房間溫度分布等值線(xiàn)圖/℃
圖 7 濕式地板輻射采暖房間速度分布矢量圖/m/s
圖 8 干式地板輻射采暖房間速度分布矢量圖/m/s
3.2 豎向空氣溫度分布
房間凈高3 m，其豎向空氣溫度分布如圖9所示。
圖 9 濕式及干式地暖房間豎向溫度分布
3.3 室內(nèi)平均溫度、地板平均輻射溫度及地板散熱量
房間內(nèi)的空氣平均溫度，地板表面平均輻射溫度及地板總散熱量如表2所示。
表2 室內(nèi)溫度、地板輻射溫度及散熱量匯總
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4 結(jié)果分析
通過(guò)對(duì)干式地暖及濕式地暖的數(shù)值計(jì)算，得出以下結(jié)論：
（1）從溫度云圖及等值線(xiàn)圖可以看出，無(wú)論濕式地暖還是干式地暖，室內(nèi)溫度分布都較均勻，靠近輻射源（地面）處空氣溫度較高，外墻、地板、頂棚附近 處等溫線(xiàn)比較密集，空氣溫度梯度相對(duì)較大；房間中心位置溫度高，氣流在中間處上升，遇冷壁面下降， 房間的氣流速度不高于 0.02 m·s-1。
在相同的供回水溫度下，干式地暖房間比濕式地暖房間溫度更高。
（2） 傳統(tǒng)的采暖方式，房間的頂部溫度大約是30 ℃，而人體所處的位置尤其是腳部?jī)H有15℃甚至更低，房間的溫度分布特點(diǎn)是上熱下冷。濕式地板輻射采暖的腳部溫度為25.3℃，頭部溫度為21.4℃，溫 差大約4℃；干式地板輻射采暖的腳部溫度為30.2℃，頭部溫度為26.3℃，溫差大約6℃。地板輻射采暖的房間溫度分布是下熱上冷，即腳熱頭冷，符合人體的舒適性要求。
（3）地板輻射采暖房間的豎向溫度分布較均勻； 臨近地面 0.2 m以?xún)?nèi)，溫度梯度較大，濕式地暖溫度波動(dòng)范圍是 21~25 ℃，干式地暖溫度波動(dòng)范圍是 26~ 30 ℃，原因是地板溫度相對(duì)較高，空氣的對(duì)流換熱系數(shù)較大，熱流密度較高；在穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，人員活動(dòng)區(qū) 域溫度梯度較小，溫度變化范圍在0.05~0.1℃之間，溫度較高（兩種采暖方式溫度均在 20 ℃以上），符合人體的舒適度及供暖要求 （國(guó)標(biāo)規(guī)定冬季室內(nèi)設(shè)計(jì) 參數(shù)為 18~22 ℃）。
（4）在相同的供回水溫度下，干式地暖房間內(nèi)的空氣平均溫度比濕式地暖房間高出4.9 ℃，地板平均輻射溫度干式地暖比濕式地暖高出 5.1 ℃，干式地暖地板散熱量比濕式地暖高出 19.93 W?？梢?jiàn)，干式地暖比濕式地暖更具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，且其節(jié)能率較傳統(tǒng)濕式地暖高出11.6%。
END
