浅析蓄热层厚度对地面辐射供暖的影响.doc

品地暖·温馨五一学校学生论文选
浅析蓄热层厚度对地面辐射供暖的影响
重庆温馨时代暖通设备有限公司
杨倩（温馨五一暖通学校实习生） 郭春雨（指导老师）

摘要：地暖回填层也可称之为蓄热层，地暖回填层施工不当，不但会影响地面装饰材料的安装，还会给地暖系统造成破坏。那么，地暖回填层的厚度应该如何掌握呢？
关键词： 地面构造层 传热形式 传导热 辐射热 填充层 蓄热层

一、低温热水辐射地面供暖原理
低温热水地面辐射供暖是以温度不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以传导和辐射的方式向室内供热的供暖方式。
它利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律，由下至上进行传导，来达到取暖目的。由于在室内形成脚底至头部逐渐递减的温度，从而给人以脚暖头凉的舒适感，地面辐射供暖符合“温足而顶凉”的健身理论，是目前最舒适的采暖方式，也是现代生活品质的象征。

二、低温热水地面辐射供暖的地面构造

（图1 地面辐射采暖构造层结构剖视图）

防潮层：防潮层通常采用PE珍珠棉或地膜、农膜等防水塑料布。与土壤相邻的地面必须铺设防潮层。
绝热层：当工程允许地面按双向散热时，各楼层间的楼板上下可不设绝热层。但分户供暖必须做绝热层。直接与室外空气相邻的楼板和墙也必须设绝热层。
反射层：一般反射膜规格有25g/m2、50g/m2、80g/m2，但混泥土中的碱会与反射膜镀铝层反应腐蚀；高档进口复合膜为发泡PE复合铝箔并表面复塑，杜绝了碱与铝箔的接触，克服了铝箔腐蚀。
加固层：提高地面负载条件，防止局部地面塌陷，提高传热效率，固定加热管。
加热管：要注意选择盘管的材料、管径、盘管形式等。
回填层：地暖回填层亦称之为蓄热层。在地暖回填时要注意正确的施工，控制混泥土标号和回填厚度。

三、低温热水地面辐射供暖的传热形式及回填层作用
1、传热形式
低温热水地面辐射供暖是以盘管中的热水为媒介加热回填层，回填层再将自己吸收的热量传给地面，这中间的传热形式理应属于传导传热，地面再将热量辐射空气，使人感到温暖。
2、作用
（1）填充层的厚度保护加热管，使填充层能承受地面上的荷载对加热管等发热元件的压力；
（2 ) 利用填充层的厚度达到蓄热及放热的功能，使填充层内部蓄热的热量均衡的传至地面，从而使地面的表面温度趋于均匀。
为了达到以上两个目的，要求回填层具有一定的厚度，由于填充层的厚度直接影响到室内的净高、结构的荷载和建筑初投资费用，因此，填充层也不宜太厚，故我们可以通过以下简单的分析得出合适的回填层厚度。

四、蓄热层（回填层）厚度对地暖传热的影响
根据《普通混泥土用砂质量标准及检验方法》中规定：回填层材料宜采用C20豆石混泥土，豆石粒径不宜小于为5-15mm。那么，回填层厚度不同对地暖传导热的影响也是息息相关的。
1、填充层厚度与地暖升温时间T和蓄热量Qv之间的关系
模拟计算如下：
设定条件：
选用24KW燃气壁挂锅炉，加热地暖盘管及回填面积：100m2的住宅，地暖供水温度：50℃，进回水温差：△t=10℃，加热管管径：Dn20，盘管行距：200mm
选定重庆冬季室外环境温度：5℃，我们可以近似的认为当地表面温度达到20℃时即可辐射加热室内环境温度，则△t=15K
设定地面装饰材料厚度：40mm
要求：
分别计算回填层厚度在30mm、40mm、50mm等厚度时的蓄热量及温升时间，并分析其对地面传热和房间辐射升温的影响。
由题意可知：
△t =15K
QP =24KW×0.86=20640kal
h=40mm
A=100m2
——△t：地面温升
——QP：锅炉输出功率
——H： 回填层厚度
——h： 地暖装饰材料厚度
——A： 采暖面积
计算如下：
(1) 当回填层厚度H=30mm时：
∵ 体积 V=(H＋h) A= (30mm＋40mm ) × 100m2=7m3=7000L
∴ 热量 Qv=V·△t=7000L×15K=105000 kal
时间 T= Qv／QP =105000 kal／20640kal≈5h
(2) 当回填层厚度H=40mm时：
∵ 体积 V=(H＋h) A= (40mm＋40mm ) × 100m2=7m3=8000L
∴ 热量Qv=V·△t=8000L×15K=120000kal
时间 T= Qv／QP =120000 kal／20640kal≈5.8h
(3) 当回填层厚度H=50mm时：
∵ 体积 V=(H＋h) A= (50mm＋40mm ) × 100m2=7m3=9000L
∴ 热量Qv=V·△t=9000L×15K=135000kal
时间 T= Qv／QP =135000 kal／20640kal≈6.5h

表1
回填层厚度H( mm)
升温时间T(h)
蓄热量Qv (kal)
30
5
105000
40
5.8
120000
50
6.5
135000

说明：蓄热层在设定的回填层厚度条件下地面能够蓄存的热量是大不一样的，回填层越厚蓄热量越大。

表2
温升△t(℃)
面积A(mm2)
厚度H(mm)
蓄热量Qv（kal）
蓄热量百分比
5
100
70
35000
100.00%
10
100
70
70000
200.00%
15
100
70
105000
300.00%

从表2可以看出，除了回填层厚度，地面温升△t也对地暖升温有着至关重要的影响。可以得出结论，为了克服地面温升太大，地暖应该连续使用或者应该控制地暖间歇时间长度，不使地面温度降得过低。
结论1：通过以上分析不难看出地暖施工填充层的厚度H应与蓄热的时间T有关，蓄热层越厚，热量向上传热的路程就越长，达到室内设计温度的要求所用的时间就会越长，就是升温越慢；但是从另在一个角度来说，填充层厚度越大，则回填层体积越大，蓄热层的蓄热量Qv就越大，那么地面温度热惰性越强，保温延滞的时间就越长，热稳定性就越好。
2、填充层厚度h与地暖辐射面L的关系
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、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。填充层厚度h与辐射面宽度L的关系可近似用如图2所示的物理模型来简单描述。

图2

图（a）

图(b)

图(c)

如图（a）所示，当填充层厚度为hl时，辐射面宽度为L1, 它的辐射面比较小，面与面之间没能形成有交叉点，故辐射扳表面会出现温度不均匀的现象；如图（b）所示，当填充层厚度为h2时，辐射面宽度为L2，辐射面就比较大了，辐射面之间还有交叉后重叠的辐射面S3，能充分的使地辐射扳表面的温度愈加均匀；如图（c）所示当填充层厚度为h时，辐射面宽度为L，其刚好是两辐射面的交点之处，这时的辐射扳表面的温度就能达到均匀的状态，显然L1充层蓄热及释放的原理得知：其实质与浪费天然气毫无关系，因为填充层内的热量肯定是要释放到室内的，只不过是时间长短的问题。但是站在南方采暖用户的立场来说，间歇型采暖的蓄热量太多也没那个必要，而且还要考虑层高标高问题，填充层厚度与辐射板表面的温度之间的关系也是非常紧密的。所以，蓄热层厚度理应要得到适当的控制掌握，达到一个更好的取暖效果。

2010-7-25

参考论文：《再谈低温地面辐射供暖》，作者：王凤林，《地暖月刊》2008年3月刊

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《低温热水地面辐射供暖应用技术规程》。

作者简介：
杨倩，大专学历，重庆温馨五一高级机电暖通班2010界毕业学员。经过4年机电专科学习和1年的暖通专业课程学习。现从事分户供暖系统实习设计师工作。