太阳能在低温热水地板辐射采暖系统的应用分析

太阳能在低温热水地板辐射采暖系统的应用分析

马芳芳

佛山市顺德区碧日安防工程有限公司广东佛山528000

摘要：常规能源资源的有限性以及造成的环境压力，使太阳能的利用显得日益重要和迫切。开发利用太阳能是实现我国可持续发展战略的有效措施之一。合理地、最大限度地使用太阳能是今后的发展目标。目前，我国民用建筑中，对太阳能的利用主要是对低温太阳能的利用，包括太阳能供热水、供暖、制冷等。本文主要概述了太阳能低温热水地板辐射采暖系统，并就太阳能在低温热水地板辐射采暖系统中的设计要点进行了分析。

关键词：太阳能；低温；热水地板辐射；采暖系统

低温地板辐射采暖系统（也称地板采暖），是近几年得到广泛应用的一种新的建筑采暖方式。考虑到人体的舒适性。一般地板表面的温度都不宜过高，长期停留的区域不应高于28℃，这就要求系统的供水温度不能太高，所以地板采暖的供水温度要求不能超过60℃。可见，地板采暖的主要特点是供水温度低。所以，地板采暖完全可以利用余热、地热水、空调回水以及太阳能等低品位能源。

1太阳能低温热水地板辐射采暖系统

图1太阳能低温热水地板辐射采暖系统

低温热水地板辐射供暖的系统构成见上图1。本系统主要有3个子系统，分别是：2个集热环路和1个供暖环路。集热环路1由太阳能集热器、阀门1、储水箱2、电加热2和水泵组成，提供生活热水；集热环路2由太阳能集热器、阀门2、储水箱1、电加热1和水泵组成，为地板辐射采暖提供热源；供暖环路主要由储水箱1、温度计、压力计、分水器、阀门、加热盘管、集水器、循环泵和管路组成。系统工作过程：在冬季晴朗的白天，集热器吸收太阳辐射能加热载热介质，使其温度不断升高。起初，阀门1，2处于打开状态，阀门3，4，5处于关闭状态。当载热介质被加热到一定温度（60℃）时，启动水泵，载热介质开始循环。当载热介质流经储水箱1和储水箱2中的换热器时，载热介质与水箱中的水发生热交换作用，载热介质放出热量而温度不断下降，水吸收热量而温度不断上升。降温后的载热介质被水泵传入集热器再次被加热，准备下一循环。

当集热器出口载热介质的温度下降到适当的温度（30℃）时，需要关掉水泵。储水箱1中的水吸收热量，温度不断升高。水温升至所要求的温度（35—60℃）后，当需采暖时，打开阀门3，4，5，启动循环泵，使低温热水在加热盘管中循环起来，循环热水通过热传导把热量传到地板表面。以整个地板表面作为散热面，以辐射和对流的方式给房间1，2供暖。供暖时，用户可调节阀门的开启度，改变盘管内热水的流量来控制室内温度。当无须采暖时可关闭循环泵及阀门，让供暖系统停止工作，这样既节能又节约运行费用。储水箱2中被加热的热水可供洗澡、洗衣、厨房等使用。阴雨天或太阳辐射不足时，可启动电加热辅助热源。

2低温热水地板辐射采暖系统中的太阳能设计要点

2.1热负荷设计

当确定地板辐射采暖负荷时，一方面要考虑辐射采暖与对流采暖的区别，不能直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算，而是将室内采暖计算温度降低2℃来计算供暖热负荷。换言之，其要比散热器采暖系统节能。

再者，还要考虑户间建筑热工条件和户间传热等因素，房间的热负荷计算应增加一定的附加量。此外，地板辐射供暖系统是以地板内盘管经地面向室内散热，由于受到地板装饰层厚度、材料的一些的影响，提高了传热热阻，降低了盘管的散热量。地板装饰层的厚度越小，地板表面的平均温度就越高，散热量越大，但均匀性越差；厚度越大，地板表面的平均温度将会降低，散热量会下降，同时均匀性得到了加强。因此，在确定热负荷时要适当考虑这些因素的影响，确定符合工程实际的建筑热负荷。

2.2适当调节温度

因为地板辐射采暖室内温度、供回水平均温度、地面温度及地表面散热量存在很大的耦合关系，因此，其中任何一个量发生变化，都会导致其他量的变化。所以，低温热水地板辐射采暖系统在分集水器处应设各房间温度自动调节装置。

2.3地板设计

现在，低温地板辐射采暖系统工程中普遍采用的形式为填埋式，即在钢筋混凝土楼板基层上铺设厚度30—50mm的挤塑聚苯板隔热层，在隔热层上铺装盘管，最后浇筑40—60mm厚的豆石混凝土作为填充层，地面装饰层则根据设计或用户的要求在填充层上铺设地板面层。可以看到，这种做法存在维修困难、地面构造加厚，结构荷载增加等不足和局限，阻碍了它在既有建筑采暖系统改造中的推广应用。另外一种做法是将加热盘管安装于基层上的保温层与带龙骨的架空木地面装饰层之间的空腔中，尤其适用于将既有住宅改造成地板辐射采暖形式，从而完善了地板采暖技术的应用。但地板的含水量，热稳定性，甲醛释放量都必须符合环保要求。

2.4加热盘管材料和布置方式

加热盘管是低温地板辐射采暖的重要组成部分。管材的选择是非常重要的。随着塑料化工工业的发展。出现了耐腐蚀、抗老化、成本低、铺设无接口、不易漏、膨胀系数小的各种塑料管，为低温地板辐射采暖技术的应用提供了可靠的材料保证。

目前适合作加热盘管的管材主要有：交联聚乙烯（PEX）管、无规共聚丙烯（PP—R）管、聚丁烯（PB）管、改性聚丙烯（PP—C）管和铝塑复合管。其中PP—R管和PP—C管是应用于该系统比较理想的管材。

加热盘管的布置方式对室内的有效得热量和热辐射的均匀性有关键性的影响。研究发现。采用双回型布置方式是较为理想的（

2.5集中供暖热源控制

集中供暖热源由于供回水参数一般为85℃—60℃，而混凝土地板辐射采暖的供水温度宜采用45℃—60℃，供回水温差5℃—10℃，差距较大。一些室内采暖系统主要是重建后的地板采暖系统，室外管网大部分仍然是常见的采暖系统，若没有采取任何措施，若直接入室外的热网，将导致室内温度太高，太高的水温和管间距已经无法满足散热要求，长时间会导致爆管。所以不适宜采用直接连接，应采用换热装置间接连接或在供回水间加混水装置。更为理想的做法是地板辐射供暖系统与散热器采暖系统串联设置，即散热器采暖系统的回水接地板辐射采暖系统的供水，且散热器采暖系统的热负荷为地板辐射采暖系统热负荷的2.5—4倍。单户独立燃气壁挂炉多是按供回水温差20℃—25℃计算流量和配置循环水泵的。而低温热水地板辐射供暖系统多采用供回水温差10℃左右。因此仅从流量上就相差2—2.5倍。因此，造成室内温度达不到设计标准。地源热泵系统利用浅层地能制造低温热水其出水温度一般在50℃左右属于低温热水，而地板辐射供暖所需水温一般也较适宜采用50℃左右的水，并且地源热泵出水温度越低其工作性能越好，机组COP值越高，从这一方面来讲，地源热泵技术与低温热水地板辐射供暖协调工作更合适、更节能。

3结语

综上所述，太阳能采暖系统无污染，无噪音，无废物废气排放，可以有效地减少温室气体CO2的排放，有利于缓解全球气候变暖；同时也减少酸性气体SO2和总悬浮颗粒物的排放量，有益于改善地区的生态环境，环境效益显著。但是，目前由于太阳集热设备较高的设备费，限制了太阳能利用系统的使用，只有大幅度降低集热设备的造价，才能使太阳能地板采暖系统和常规能源有竞争力，产生更大的经济和社会效益。

参考文献：

[1]王荣光．低温地板辐射采暖[J]．煤气与热力.1999，（4）：53—55．

[2]杨文帅，王荣光，凌继红，等．地板辐射供暖在生理卫生方面的特点[J]．煤气与热力.2002，（2）：151—152．