太阳辐射及楼板蓄放热特性综合影响下地面辐射采暖房间采用室温控制的意义

孙媛媛

摘要：本文研究了地板采暖房间在太阳辐射、蓄热等因素综合影响下的室内热环境特性，总结了目前常见的室温控制措施，提出利用建筑围护结构本身的蓄热特性进行室温控制在工程研究、节能和应用领域的重要性。

关键词：地板采暖；蓄热；太阳辐射；室温控制

中图分类号：TU832.16文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）13-222-02

引言

我国是一个建筑业发展大国，建筑面积逐年快速增长，带来建筑能耗的快速上升，随着生活水平不断升高，采暖能耗所占的比例也越来越大。目前我国住宅较多采用地板采暖，低温热水地面辐射供暖系统不占用使用面积，具有节能、环保、舒适、卫生、保健、热稳定性好、无噪声污染等特点，已逐渐被认可，施工面积逐渐增加。地板采暖目前多以湿式施工方式为主，热源预埋在混凝土层中，混凝土层较厚且热容量大，蓄热作用非常明显。蓄热技术在降低能耗，提高室内舒适性以及缓解用电压力等方面的作用已经得到广泛的认可，国内外学者针对建筑围护结构蓄热已经开展了大量的研究工作，但在实际工程及设计中的应用及推广还较少。

利用建筑围护结构本身进行热存储是一种新型的建筑系统，要求利用建筑热质本身的蓄放热特性进行温度与能量调节，一方面削减能量需求峰值，另一方面减少室内热环境波动，使得外部气候的变化不会瞬时传递到室内，并可以更充分的利用、续存太阳辐射等自然能源，达到建筑与气候相互协调，相互利用，通过消耗尽量少的资源，给使用者提供更为健康、舒适的生活环境，同时也节省了为进行蓄热而可能占用的建筑空间。为了充分利用太阳辐射以及建筑自身的蓄放热特性而达到节能和舒适的作用，采用室温控制已逐渐成为地板采暖的必要发展方向，尤其是在推进热改进程上意义重大。

1.太阳辐射及楼板的蓄放热特性对地面辐射采暖房间室温的影响

1.1地面辐射采暖房间楼板的蓄放热特性

地面辐射采暖系统是以低温热水通过埋设于地面表层下的地热专用管材把地面加热，均匀地向室内辐射热量，对房间温度进行调节的采暖方式。地板辐射采暖房间中，热量主要以辐射的方式传播，同时伴有对流换热。辐射采暖房间室内温度通常以黑球温度衡量，黑球温度标志着在辐射采暖的环境中，人或物体受辐射和对流交换综合作用时，以温度表现出来的实际感觉。低温地板辐射采暖系统将整个地面作为辐射散热面，通过与其他围护结构表面进行辐射换热来提高围护结构内表面温度。地板表面的辐射传热将使房间其他表面温度升高间接影响室温的变化，而室内空气与各表面间的对流换热情况则直接影响室内温度。

地面辐射采暖系统的构造层是由混凝土等重质材料组成，混凝土层具有较大热容量，蓄热量大，升温较慢。如果房间内某时间段实际供热量大于需求热负荷，多余的热量可储存在混凝土蓄热层（楼板或顶棚）中，待停止供热或供热量小于需求热量时，储存在蓄热层中的热量再以辐射或对流的形式释放出来，整个过程地面实际温度波动幅度不大，且地板装饰层材料热阻较大，传热缓慢，也使得地表温度变化幅度进一步减小，室内温度随之波动也非常缓慢，系统热稳定性好。因此地板采暖系统即使在间歇运行或流量变化情况下，靠其较大的热容量也可大幅度减少地板表面温度波动，提高舒适性。

1.2太阳辐射及楼板的蓄放热特性对室温的综合影响

太阳辐射得热由几部分组成。第一部分是阳光的透射直接给室内形成的一部分得热，阳光照射到玻璃窗表面后，一部分被反射掉，全部不会成为房间的得热，一部分直接透过玻璃窗进入室内，全部成为房间得热：第二部分是阳光照射到玻璃表面，有一部分热量全被玻璃吸收，使玻璃温度提高，这样其中一部分将以长波热辐射和对流方式传至室内，另一部分同样以长波热辐射和对流方式散至室外，不会成为房间的得热。透过玻璃窗的太阳辐射得热量，也与玻璃窗的材质、朝向有关，并随建筑物所在地理位置、季节和每天的具体时刻而变化。

太阳辐射得热的辐射得热部分并不直接传入空气中，而是通过长波辐射的方式传递到各围护结构内表面和家具的外表面提高这些表面的温度并进行热量存储，玻璃窗对长波辐射有阻挡作用，减少了室内向外的辐射散热损失。因此，以辐射换热方式为主的地板采暖系统中，太阳辐射得热的大部分热量被保留在楼板等蓄热体中，形成了附加的室内供热量，使得在太阳辐射影响下，白天室内一段时间内得热量会高于热源实际供热量，供热周期内存储的热量也会大于间歇时间段内释放的热量，不仅可以满足室内的热负荷需求，楼板等蓄热体还会存在一定温升，使得有太阳辐射周期内，楼板蓄热体温度会高于同期无太阳辐射时的温度，加大地表温度及波动幅度，室内温度均会随之升高及波动。若没有室温控制及调整措施，很有可能造成地表温度和室内温度在一段时间内（例如午后）超出舒适性温度范围，甚至高于规范规定的上限值，不仅不能节约能源，还导致室内环境不舒适。

2.考虑蓄热影响的地板采暖房间采用室温控制的必要性及措施

2.1必要性

根据前面的阐述，我们可以了解到地面辐射采暖系统中室内蓄热体的蓄放热特性在提高室内热舒适性以及节约能源能源方面有非常大的作用，主要体现在以下几个方面：首先当室外温度高于室外设计温度时，如果没有进行适当的运行调节，室内实际得热量就会大于瞬时热负荷，导致室温升高，室内出现过热，即便通过开窗换气降温，也很难缓解室内过热的状况，同时也会浪费能源。其次，在新建住宅中，南向房间的窗墙比一般较大，使得太阳辐射得热量增加，室内蓄热体的蓄热量增加，增加的蓄热量在放热阶段主要是以长波辐射的形式释放出来，由于玻璃窗对长波辐射的阻挡作用，这部分热量便是运行中增加的室内得热量，会使得一段时间内室内实际得热量大于热负荷，也会导致室温升高、过热等现象。为了避免在实际运行中出现上述情况，应将如何充分利用蓄热体的蓄放热特性进行系统温度控制视为一个重要的节能研究、发展和推广方向。室温控制可实现室内温度自由设定，可分时段进行室内温度控制，能充分利用房间内所有物体的蓄放热量，甚至包括室内照明散热等，当房间实际得热大于房间所需供热量时，温控系统供暖环路自动关断，减少能源浪费，平衡室温波动。

2.2蓄放热特性影响下室温控制措施

过去几年里，温控与热计量事业发展很快，热量的计量与收费已经成为了一种必然趋势，能推进这个进程的重要特征便是住户可以自主调节室内温度及其对应的供热量。为了充分利用楼板的蓄热特性以及更加的节约能源，采用室温控制装置是最合适的方案。目前实际应用中，根据舒适性及使用要求、场合等的不同，室温控制有如下几种常见形式：

（1）简单的总体控制方式选取典型房间设置温度控制器，通过温度反馈控制安装于分集水器前部阀门的启闭，控制整套房屋的温度，需外接电源。此方式一般用于房间控制温度要求不高的场所，特别适用于大面积房间需要需要统一控制温度的场所，投资少，安装方便：

（2）分环路控制方式：每个房间单独设置温度控制器，由房间温度控制器控制分集水器上该房间对应供暖环路的电动或电热执行器的启闭，需外接电源，分室温控是室温控制中最为灵活的一种控制方式，能个性化的实现分室温度设定，可分时段实现不同的温度需求，调节室内舒适性，避免造成过热、过冷或冷热不均现象。

（3）总控与分环路综合控制方式：首先要具有简单总控方式的配置，用一个温控器控制多个房间，与分环路控制不同的是，房间温度控制器不是直接控制该房间供暖环路电动或电热执行器，二是通过分配器再控制各个房间的电动或电热执行器，改变各房间对应环路的水流量，实现各个房间的设定温度，需外接电源。该方式适用于面积较大的房间，投资较少，控制精度高，能够控制几个环路同时动作，可以精确的控制每一个房间的温度。

（4）无线控制利用无线射频型房间温度控制器和接收器，通过分集水器处电热执行器对加热管进行分环路控制。此种方式适合改造项目以及远距离控制。

（5）采用自力式温度控制阀方式：室内温控阀的阀头作为温度传感器监测室内温度作为温控阀的动作信号，传感器安装在距地面1.4-1.5m处，加热管也需嵌墙延伸至此高度。此种控制方式无需外接电源，不耗用电能感应室内温度并控制，独立性、节能性好；

综上所述，地板采暖房间室温控制方式有很多种，我们实际使用时需根据投资定位、使用场所、控制及舒适性要求等多方面进行对比分析后进行选择，使其最大限度的满足投资少、控制精度高、舒适性高及节能等效果。

3.结论

在地面辐射采暖系统中，采用分室温度控制使得室温调节更加方便，大大提高房间的热舒适性，减少能源的消耗，便于实现分户或分室（区）热量（费）分摊。由于地板采暖房间有很厚的混凝土填充层等进行蓄热，因此其室温控制过程具有很多自身的特点，例如系统有很大的热情性，控制过程反馈滞后，有时间延迟等，实际运用过程需较传统控制方式有针对性的进行改进和研究，使得运行更加节能。

热量存储是一种正确平衡能源供需要求的方法，它能够为社会更有效更环保的应用能源做出很大贡献。混凝土等建筑结构通过自身的调节作用（蓄、放热特性），在供暖季节将多余的热量（比如白天吸收的太阳能）储存起来于供暖间歇期释放，减少室内所需供热量，在供冷季节夜间气温相对较凉爽时蓄存冷量减少白天制冷用空调负荷。优化的建筑围护结构蓄热技术应用可以明显降低建筑冷、热负荷，节省设备投资及运行费用，在工程应用中的发展前景十分广阔。