方宇龍 張小松 劉 暢

(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京 210096)

能源清潔化、高效化、低碳化、節(jié)能化的利用是中國(guó)目前的發(fā)展趨勢(shì)[1-2].中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)2020年報(bào)告指出2018年中國(guó)建筑全過(guò)程能耗占社會(huì)總能耗的46.5%，其中建筑運(yùn)行階段能耗占社會(huì)總能耗的21.7%，且夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗在2000—2018年間占比提高了6%，而北方采暖區(qū)建筑能耗占比下降了8%，中國(guó)建筑運(yùn)行能耗空間變化呈現(xiàn)“重心南移”的趨勢(shì)[3].相對(duì)于北方集中供暖區(qū)，南方非集中供暖區(qū)具有采暖期短、負(fù)荷小、波動(dòng)大等特點(diǎn)，隨著社會(huì)進(jìn)步以及非集中供暖區(qū)人民供暖需求的日益提升，適應(yīng)非集中供暖區(qū)的供暖方式及末端形式逐漸受到人們關(guān)注.

目前，供暖末端以對(duì)流式空調(diào)和輻射式空調(diào)為主，地板輻射供暖是指通過(guò)提升地面(輻射面)溫度并主要以輻射和對(duì)流的傳熱方式向室內(nèi)進(jìn)行供暖[4].相對(duì)于對(duì)流式空調(diào)，輻射式空調(diào)具有節(jié)能、舒適性好、美觀性好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在室內(nèi)熱響應(yīng)慢、新風(fēng)不足等問(wèn)題[5]，對(duì)非集中供暖區(qū)多變的氣候環(huán)境適應(yīng)能力較差.近些年，隨著中國(guó)裝配式建筑的發(fā)展，輕薄型輻射供暖末端受到人們關(guān)注.該末端施工過(guò)程采用預(yù)制溝槽保溫模塊干法鋪設(shè)、無(wú)需水泥回填(無(wú)回填層)，故也稱為輕薄型地板輻射或干式地板輻射(下文稱為干式系統(tǒng)，lightweight radiant floor heating system,LRFH system)，而將采用傳統(tǒng)濕法施工且含有回填過(guò)程的地板輻射末端稱為重型地板輻射或濕式地板輻射(下文稱為濕式系統(tǒng)，traditional radiant floor heating system,TRFH system).目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)傳統(tǒng)濕式系統(tǒng)的相關(guān)研究已經(jīng)較為完善[6-17]，而對(duì)于干式系統(tǒng)的研究仍在起步階段.Zhang等[18]和Yu等[19]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析研究了干式全覆蓋導(dǎo)熱板式末端系統(tǒng)運(yùn)行特性以及管間距對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響，但未與濕式系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比.夏燚等[20]針對(duì)濕式系統(tǒng)和干式全覆蓋導(dǎo)熱板式系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析兩者熱工特性，但未在能耗、熱損失方面展開研究.方玉堂等[21]和Xu等[22]分別制備了適用于地板采暖的相變材料，為干式相變地板輻射的應(yīng)用提供參考.Xia等[23]研究發(fā)現(xiàn)干式地板輻射冷卻系統(tǒng)熱阻大.Werner-Juszczuk[24-25]對(duì)金屬化聚乙烯輻射板以及不同鋁板厚度的干式系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，提出優(yōu)化措施.

綜上所述，對(duì)于干式系統(tǒng)的研究多集中在模擬仿真分析，研究對(duì)象多為全覆蓋導(dǎo)熱板結(jié)構(gòu)(導(dǎo)熱板作為一個(gè)整體附著在隔熱層上，與隔熱層的面積基本相同)，且主要對(duì)比與濕式系統(tǒng)在熱工特性方面的差異，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試少，并且未在能耗、熱損失方面進(jìn)行深入討論.目前市面上由于全覆蓋導(dǎo)熱板末端的投資較高，出現(xiàn)了采用非全覆蓋導(dǎo)熱板末端的形式(導(dǎo)熱板呈條狀安裝在隔熱層凹槽內(nèi)，板與板之間存在間隙)，此類干式系統(tǒng)末端結(jié)構(gòu)的熱工特性、熱環(huán)境營(yíng)造能力以及與傳統(tǒng)濕式系統(tǒng)在能耗、熱損失等方面的差異仍有待研究.因此，本文建立了干式和濕式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與理論計(jì)算，探究干式和濕式系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行工況下的熱工特性、熱環(huán)境調(diào)節(jié)能力，并對(duì)系統(tǒng)節(jié)能性、熱損失進(jìn)行分析，為干式地板輻射末端的研究與應(yīng)用提供借鑒.

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象位于安徽省滁州市，實(shí)驗(yàn)室平面圖如圖1所示.干式和濕式系統(tǒng)房間面積相同，房間凈層高分別為2.64和2.60 m，墻體厚度125 mm，房門尺寸為920 mm×2 100 mm×50 mm(長(zhǎng)×高×厚)，窗戶尺寸為1 200 mm×1 120 mm×5 mm(長(zhǎng)×高×厚).測(cè)試房間外建設(shè)一模擬室外場(chǎng)，在冷風(fēng)機(jī)的作用下，模擬冬季室外環(huán)境.2個(gè)房間采用相同型號(hào)的電鍋爐作為熱源，且安裝可以根據(jù)室內(nèi)氣溫高低控制輻射管路閥門開閉的溫控器，當(dāng)室內(nèi)氣溫比溫控器設(shè)定值高0.5 ℃時(shí)，輻射管路閥門關(guān)閉；當(dāng)室內(nèi)氣溫比溫控器設(shè)定值低0.5 ℃時(shí)，輻射管路閥門開啟.

圖1 實(shí)驗(yàn)室平面圖(單位：mm)

干式和濕式系統(tǒng)末端結(jié)構(gòu)如圖2所示.干式系統(tǒng)末端由上至下依次為木板、金屬板(非全覆蓋鋁板)、輻射管路(固定在鋁板凹槽內(nèi))、隔熱層、樓板；濕式系統(tǒng)末端由上至下依次為木板、回填層(砂石混凝土)、輻射管路(固定在回填層)、隔熱層、樓板.其中，木板厚度5 mm；金屬板寬度58 mm、厚度0.5 mm；回填層厚度40 mm；輻射管路外徑15 mm，管間距195 mm；隔熱層厚度29 mm.

(a) 干式系統(tǒng)末端

(b) 濕式系統(tǒng)末端

測(cè)試對(duì)象圍護(hù)結(jié)構(gòu)及熱工參數(shù)如表1所示.

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)及熱工參數(shù)

1.2 測(cè)試點(diǎn)分布

系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率通過(guò)功率變送器記錄，且房間內(nèi)布置多個(gè)溫度傳感器，溫度測(cè)試點(diǎn)布置情況如圖3所示.以室內(nèi)地面中心為基點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，水平軸x方向每隔0.5 m設(shè)置一個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)；豎直軸z方向分別距地面高度0 m(緊貼地面)、0.1 m(人腳踝位置)、0.6 m(人坐姿胸腔位置)、1.1 m(人坐姿頭部位置)、1.7 m(人站姿頭部位置)設(shè)點(diǎn).此外，供回水干管、墻壁、窗戶、室外距外墻0.5 m處各設(shè)置一測(cè)點(diǎn)，一個(gè)房間室內(nèi)外共布置溫度測(cè)試點(diǎn)40個(gè).

圖3 溫度測(cè)試點(diǎn)分布(單位：mm)

1.3 實(shí)驗(yàn)工況

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2022年1月，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行工況如表2所示.室外冷風(fēng)機(jī)開、關(guān)溫度設(shè)定值分別為5、-5 ℃，且測(cè)試過(guò)程中門窗緊閉.

表2 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行工況

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)如表3所示.

表3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)

2 理論計(jì)算

2.1 運(yùn)行周期與能耗

系統(tǒng)功率在間歇運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定后呈周期性變化，系統(tǒng)平均運(yùn)行周期與功率計(jì)算方式如下：

(1)

(2)

2.2 末端換熱量

輻射管路將熱量傳遞至地板表面，地板表面主要以輻射和對(duì)流換熱形式將熱量傳遞至室內(nèi)，為比較不同末端換熱量大小，分析能量傳遞情況，根據(jù)《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》(JGJ 142—2012)[26]，輻射表面換熱量為

q=qf+qd

(3)

其中

qf=5×10-8[(tpj+273)4-(tfj+273)4]

(4)

qd=2.13|tpj-tn|0.31(tpj-tn)

(5)

(6)

式中，q為輻射表面單位面積換熱量，W/m2；qf為輻射表面單位面積輻射換熱量，W/m2；qd為輻射表面單位面積對(duì)流換熱量，W/m2；tpj為輻射表面平均溫度，℃；tfj為室內(nèi)非加熱表面的面積加權(quán)平均溫度，℃；tn為室內(nèi)空氣溫度，℃；ti為各非加熱表面的平均溫度，℃；Ai為ti對(duì)應(yīng)各非加熱表面的面積，m2.

輻射管路換熱量

qw=vSρCp(tin-tout)

(7)

式中，qw為輻射管路單位時(shí)間釋放的熱量，W；v為管內(nèi)液體流速，m/s；S為輻射管截面面積，m2；ρ為管內(nèi)液體密度，kg/m3；Cp為管內(nèi)液體比熱容，J/(kg·℃)；tin為管內(nèi)液體進(jìn)口溫度，℃；tout為管內(nèi)液體出口溫度，℃.

2.3 人體熱舒適

PMV(predicted mean vote)指標(biāo)代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的熱感覺(jué)，可以用來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)熱環(huán)境舒適與否.根據(jù)ASHRAE Standard 55—2017[27]，PMV指標(biāo)及對(duì)應(yīng)熱感覺(jué)如下：-3(冷)、-2(涼)、-1(稍涼)、0(適中)、1(稍暖)、2(暖)、3(熱)，計(jì)算方式[28]為

rPMV=[0.303exp(-0.036M)+0.027 5]·
{M-W-3.05[5.733-0.007(M-W)-Pa]-
0.42(M-W-58.2)-0.017 3M(5.867-Pa)-
0.001 4M(34-ta)-3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-
(tr+273)4]-fclh(tcl-ta)}

(8)

式中，rPMV為PMV指標(biāo)；M為人體能量代謝率，W/m2；W為人體所做機(jī)械功，W/m2；Pa為人體周圍水蒸氣分壓力，kPa；fcl為服裝面積系數(shù)；tcl為服裝外表面溫度，℃；tr為人體周圍輻射體溫度，℃；h為對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·℃)；ta為人體周圍空氣溫度，℃.

PPD(predicted percentage of dissatisfied)指標(biāo)表示預(yù)計(jì)處于熱環(huán)境中的群體對(duì)熱環(huán)境不滿意的百分率，計(jì)算方式如下[28]：

rPPD=100-95exp[-(0.033 53rPMV4+
0.217 9rPMV2)]

(9)

式中，rPPD為PPD指標(biāo).

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 連續(xù)運(yùn)行結(jié)果與分析

關(guān)閉室內(nèi)溫控器，電鍋爐(最高功率3 kW)在設(shè)定供水溫度50、55、60 ℃條件下，房間持續(xù)升溫24 h，然后關(guān)閉電鍋爐，房間再持續(xù)放熱24 h.

3.1.1 室內(nèi)外溫度變化情況

干式和濕式系統(tǒng)在不同供水溫度下的室內(nèi)外溫度變化如圖4和圖5所示.系統(tǒng)開啟后，當(dāng)室內(nèi)氣溫(距地面高度0.1 ～1.7 m)由5 ℃上升至15 ℃，干式系統(tǒng)需要2～3 h，而濕式系統(tǒng)需要4～5 h，干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)熱響應(yīng)快約2 h；系統(tǒng)關(guān)閉后，室內(nèi)氣溫由15 ℃下降至5 ℃，濕式系統(tǒng)需要20～24 h，而干式系統(tǒng)在8～10 h后氣溫已降到5 ℃左右，這與濕式系統(tǒng)存在回填層、蓄熱能力較好有關(guān).地面溫度變化趨勢(shì)與室內(nèi)氣溫變化趨勢(shì)相一致，而室外溫度大部分時(shí)間在-5～5 ℃，部分時(shí)刻室外溫度高于5 ℃，其原因是室外冷風(fēng)機(jī)進(jìn)入除霜狀態(tài)，運(yùn)行停止.

此外，待系統(tǒng)升溫穩(wěn)定后，干式系統(tǒng)地面平均溫度和室內(nèi)空氣平均溫度在相同供水溫度下分別較濕式系統(tǒng)低3.8～4.3 ℃和3.3～3.6 ℃.其原因可能是干式系統(tǒng)輻射管路有效換熱面積不是全管壁面積，尤其是管壁上方與木板接觸面積小(近似線接觸)，且各結(jié)構(gòu)接觸位置容易存在空氣間隙，而濕式系統(tǒng)輻射管路壁面均與砂石混凝土有效接觸，結(jié)構(gòu)間不易產(chǎn)生空氣間隙，有效換熱面積大，因此導(dǎo)致此結(jié)果.

(a) 設(shè)定供水溫度50 ℃

(a) 設(shè)定供水溫度50 ℃

3.1.2 室內(nèi)溫度分布情況

干式和濕式系統(tǒng)不同供水溫度下的豎直方向溫度分布如圖6所示.人員主要活動(dòng)區(qū)域(距地面高度0.1～1.7 m)室內(nèi)氣溫豎直方向分布較均勻，豎直測(cè)點(diǎn)平均溫度差值小于1 ℃.在豎直高度小于0.1 m的空間內(nèi)，溫度豎直方向梯度較大，溫度最高點(diǎn)在地面，比室內(nèi)(距地面高度0.1～1.7 m)氣溫高5～8 ℃.

圖6 豎直方向室內(nèi)溫度分布

干式和濕式系統(tǒng)在不同供水溫度下的水平方向室內(nèi)空氣溫度分布如圖7所示.干式和濕式系統(tǒng)水平方向室內(nèi)氣溫分布較均勻，溫度差值小于1.5 ℃，且溫度較低點(diǎn)靠近窗戶位置.

圖7 水平方向室內(nèi)空氣溫度分布

由于系統(tǒng)末端結(jié)構(gòu)差異較大，為研究地面溫度均熱性，干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)在不同供水溫度下的水平方向地面溫度分布如圖8所示.干式系統(tǒng)地面溫度均熱性較濕式系統(tǒng)差，其地面溫差在水平方向可達(dá)10 ℃，而濕式系統(tǒng)地面溫差為3 ℃.其原因是濕式系統(tǒng)的回填層可將輻射管路釋放的熱量吸收并蓄熱使整體溫度升高后，再將熱量釋放到地面，均熱性更好.

圖8 水平方向室內(nèi)地面溫度分布

此外，干式系統(tǒng)在水平和豎直方向的平均溫度較濕式系統(tǒng)對(duì)應(yīng)位置溫度低，這與上述3.1.1節(jié)結(jié)果一致.

3.2 間歇運(yùn)行結(jié)果與分析

開啟室內(nèi)溫控器，在溫控器設(shè)定值16、18、20 ℃以及電鍋爐(最高功率3 kW)設(shè)定供水溫度60 ℃情況下，測(cè)試24 h室內(nèi)外溫度、系統(tǒng)功率.

3.2.1 室內(nèi)溫度波動(dòng)情況

待室內(nèi)溫升相對(duì)穩(wěn)定后(8～24 h)，室內(nèi)氣溫在不同設(shè)定溫度下的波動(dòng)情況如圖9所示.干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)室內(nèi)氣溫波動(dòng)幅度分別為2～3 ℃和4～5 ℃，干式系統(tǒng)室內(nèi)氣溫波動(dòng)幅度較小，且室內(nèi)氣溫調(diào)控更穩(wěn)定，這是由于濕式系統(tǒng)蓄熱能力好，當(dāng)溫度達(dá)到溫控上限值時(shí)，輻射管路閥門關(guān)閉，而回填層繼續(xù)將蓄熱量放出，室溫會(huì)繼續(xù)上升一段時(shí)間；當(dāng)溫度達(dá)到溫控下限值時(shí)，輻射管路閥門開啟，輻射管路釋放的熱量被回填層先蓄熱，室溫會(huì)繼續(xù)下降一段時(shí)間，因此造成上述結(jié)果.此外，干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)在溫度高于或低于溫控限值后存在多個(gè)峰值或谷值，原因是室外環(huán)境溫度在冷風(fēng)機(jī)的調(diào)控下波動(dòng)，從而引起室內(nèi)溫度波動(dòng)，這與上述3.1.1節(jié)測(cè)試現(xiàn)象一致.上述結(jié)果是2個(gè)系統(tǒng)在相同的室外環(huán)境中測(cè)試得到的，可以說(shuō)明干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)氣溫調(diào)控能力稍強(qiáng).若采用輻射地板進(jìn)行制冷，干式系統(tǒng)較好的室溫調(diào)控能力也可為防止地面結(jié)露提供更好的保障.

(a) 設(shè)定室內(nèi)溫度16 ℃

3.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行周期及功率

系統(tǒng)在室內(nèi)不同設(shè)定溫度下實(shí)時(shí)功率變化如圖10所示.正常工作時(shí)，系統(tǒng)功率接近3 kW，而當(dāng)溫度達(dá)到溫控上限值時(shí)，輻射管路閥門關(guān)閉，系統(tǒng)功率降低至接近零.其中干式系統(tǒng)功率在部分時(shí)刻接近1.5 kW，原因是干式較濕式系統(tǒng)供水溫度更快達(dá)到設(shè)定值60 ℃，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，功率下降至1.5 kW.

(a) 設(shè)定室內(nèi)溫度16 ℃

對(duì)干式和濕式系統(tǒng)根據(jù)公式(1)計(jì)算的間歇運(yùn)行平均周期如圖11所示.平均周期隨室內(nèi)設(shè)定溫度的升高而變長(zhǎng)，且干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)平均調(diào)節(jié)周期短，約為濕式系統(tǒng)的80%～88%，該結(jié)果與上述3.2.1節(jié)的原因?qū)?yīng).

圖11 系統(tǒng)間歇運(yùn)行平均周期

在系統(tǒng)間歇運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定后，系統(tǒng)功率呈周期性變化，選擇干式和濕式系統(tǒng)多個(gè)連續(xù)周期并根據(jù)公式(2)計(jì)算平均功率，如圖12所示.干式和濕式系統(tǒng)穩(wěn)定后的多個(gè)周期平均功率隨室內(nèi)設(shè)定溫度的升高而增大，且干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)平均功率小，約為濕式系統(tǒng)平均功率的83%～85%.在室內(nèi)不同設(shè)定溫度下，由于干式系統(tǒng)多個(gè)周期室內(nèi)平均氣溫分別為16.1、18.0、19.7 ℃，濕式系統(tǒng)多個(gè)周期室內(nèi)平均氣溫分別為15.9、18.0、19.9 ℃，2個(gè)系統(tǒng)室內(nèi)平均氣溫與室內(nèi)設(shè)定溫度基本一致；同時(shí)由于2個(gè)系統(tǒng)基于相同的室外環(huán)境與圍護(hù)結(jié)構(gòu)，因此從熱量動(dòng)態(tài)平衡角度考慮，可認(rèn)為在傳遞至室內(nèi)熱量基本相同的情況下，干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)節(jié)能約15%～17%.該結(jié)果的原因可能是濕式系統(tǒng)末端在傳熱過(guò)程中的有效熱量(傳遞至室內(nèi)的熱量)占輻射管路總輸出熱量的比值較干式系統(tǒng)小.由于地板輻射末端隔熱層一般使用輕型且?guī)в锌紫额惒牧希鴿袷较到y(tǒng)隔熱層上方有回填層，重量更大，對(duì)隔熱層擠壓更嚴(yán)重，從而造成濕式系統(tǒng)隔熱層傳熱系數(shù)變大；同時(shí)回填層具有一定厚度，導(dǎo)致濕式系統(tǒng)熱量向房間下方、樓板四周方向傳遞更多，向房間傳遞的有效熱量占比較干式系統(tǒng)小，因此在有效熱量相同的情況下，濕式系統(tǒng)總能耗更大.

圖12 系統(tǒng)間歇運(yùn)行平均功率

4 系統(tǒng)熱能與舒適性討論

4.1 有效換熱量

由于地板表面溫差較大，利用熱像儀測(cè)試地板表面平均溫度以及各非加熱面平均溫度.根據(jù)公式(3)～(6)，地板表面在不同供水溫度下連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定后的換熱量如圖13所示.濕式系統(tǒng)地板表面總換熱量在相同設(shè)定供水溫度下約為干式系統(tǒng)的1.13～1.17倍，其中輻射換熱量約占總換熱量的56%，這與上述3.1.1節(jié)連續(xù)運(yùn)行工況下，濕式系統(tǒng)室內(nèi)最大溫升較干式系統(tǒng)高的結(jié)果相對(duì)應(yīng).

圖13 地板表面換熱量

此外，干式和濕式系統(tǒng)地板表面換熱量均滿足中國(guó)冬季一般民用建筑如住宅(47～70 W/m2)、辦公(58～81 W/m2)、旅館(58～70 W/m2)的采暖需求.

4.2 熱損失

為進(jìn)一步分析干式與濕式系統(tǒng)最大溫升差異的原因，討論系統(tǒng)熱損失情況，系統(tǒng)在不同設(shè)定供水溫度下連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定后的供回水溫差如圖14所示.干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)供回水溫差分別為3～4 ℃和6.5～9 ℃，其中濕式系統(tǒng)供回水溫差符合《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50736—2012)[29]中的建議范圍(5～10 ℃).

圖14 系統(tǒng)供回水溫差

在系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定后，閥門全開且管內(nèi)流量、壓力設(shè)置相同，根據(jù)公式(7)以及供回水溫差，濕式系統(tǒng)輻射管路換熱量理論上約為干式系統(tǒng)輻射管路換熱量的2倍.而由上述4.1節(jié)結(jié)果可知，在相同供水溫度下，濕式系統(tǒng)傳遞至室內(nèi)熱量約為干式系統(tǒng)的1.13～1.17倍.由于此時(shí)系統(tǒng)傳熱已經(jīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，且濕式系統(tǒng)回填層處于熱飽和狀態(tài)，因此說(shuō)明濕式系統(tǒng)末端在熱量傳遞過(guò)程較干式系統(tǒng)存在更多的能量損失，這部分能量損失是指輻射管路總散熱量中未有效傳遞至室內(nèi)的熱量.該結(jié)果同時(shí)驗(yàn)證了上述3.2.2節(jié)在傳遞至室內(nèi)熱量基本相同的情況下，干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)節(jié)能.

4.3 室內(nèi)舒適性

根據(jù)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)PMV計(jì)算式(8)和預(yù)測(cè)不滿意率PPD計(jì)算式(9)，考慮到中國(guó)冬季室內(nèi)人員實(shí)際著裝(厚長(zhǎng)褲、厚毛衣等)與工作狀態(tài)(靜坐辦公)，室內(nèi)人員服裝熱阻設(shè)定為1.28 clo、人員新陳代謝率1.2 met[28]，其他參數(shù)取自實(shí)時(shí)室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù).對(duì)系統(tǒng)開啟12 h內(nèi)的干式和濕式系統(tǒng)室內(nèi)熱環(huán)境舒適性分析如圖15所示.在不考慮最大溫升限制的條件下，即采用高溫水供暖(供水溫度60 ℃)，干式系統(tǒng)室內(nèi)預(yù)測(cè)人員熱感覺(jué)由冷轉(zhuǎn)變?yōu)樯詻?PMV值由-3增大至-1)的時(shí)間約為2 h，而濕式系統(tǒng)需要約4.2 h.此外，室內(nèi)人員預(yù)測(cè)不滿意率PPD降低至20%的過(guò)程，干式系統(tǒng)需要約2.2 h，而濕式系統(tǒng)需要約5 h，該結(jié)果也體現(xiàn)了干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)室內(nèi)熱響應(yīng)快的特點(diǎn)，可以使室內(nèi)更快達(dá)到大部分人(80%)滿意的熱環(huán)境.

值得注意的是，人體即使在總體上處于熱中性狀態(tài)，但因?yàn)樯眢w局部太熱或太冷也會(huì)感到不舒適，所以環(huán)境的熱均勻程度也會(huì)對(duì)人體舒適性造成影響.引起人體不舒適的熱不均勻因素主要包括輻射不均勻性、吹風(fēng)感、垂直溫差、地板溫度等.由于2個(gè)系統(tǒng)均采用地板輻射供暖，室內(nèi)吹風(fēng)感和輻射不均勻性對(duì)人體舒適性影響不明顯，而根據(jù)上述3.1.2節(jié)的結(jié)果，干式和濕式系統(tǒng)室內(nèi)空氣溫度在人員主要活動(dòng)區(qū)域分布較均勻，垂直溫差小于1 ℃，但干式系統(tǒng)地板表面溫差較大，當(dāng)人員身體部位直接接觸地面或是在地面活動(dòng)時(shí)，地板表面溫差會(huì)造成這類人群產(chǎn)生局部熱不舒適感.因此，干式系統(tǒng)雖能較快滿足人員在總體上的熱舒適性，但由于地面溫差較大，可能導(dǎo)致的局部不舒適感要比濕式系統(tǒng)程度更大.

(a) 干式系統(tǒng)

5 結(jié)論

1) 干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)室內(nèi)熱響應(yīng)快.在不考慮最大溫升限制的情況下，系統(tǒng)開啟后，室內(nèi)人員主要活動(dòng)區(qū)域溫度(距地面高度0.1～1.7 m)由5 ℃上升至15 ℃，干式系統(tǒng)需要2～3 h，濕式系統(tǒng)需要4～5 h；室內(nèi)預(yù)測(cè)不滿意率降低至20%，干式系統(tǒng)需要約2.2 h，濕式系統(tǒng)需要約5 h.

2) 干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)供暖更節(jié)能.間歇運(yùn)行時(shí)，在傳遞至室內(nèi)熱量基本相同的情況下，干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)節(jié)能約15%～17%，濕式系統(tǒng)傳遞至室內(nèi)的熱量占輻射管路總散熱量的比值較干式系統(tǒng)小可能是導(dǎo)致該結(jié)果的主要原因.

3) 干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)室內(nèi)熱環(huán)境營(yíng)造能力稍差，且主要體現(xiàn)在室內(nèi)空氣最大溫升較低和地面溫度分布不均勻.在相同供水溫度下，干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)室內(nèi)空氣最大溫升低3.3～3.6 ℃.同時(shí)，干式系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)地面溫差分別可達(dá)10和3 ℃，而2者在水平和豎直方向室內(nèi)氣溫均勻性差別不大，地板溫差較大也可能導(dǎo)致人體產(chǎn)生局部熱不舒適感.

4) 干式系統(tǒng)較濕式系統(tǒng)的室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)控能力稍強(qiáng)，且主要體現(xiàn)在室內(nèi)氣溫調(diào)控更穩(wěn)定.間歇運(yùn)行時(shí)，在相同室外環(huán)境情況下，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行定溫調(diào)控，干式系統(tǒng)室內(nèi)氣溫波動(dòng)幅度更小，且波動(dòng)更穩(wěn)定.通過(guò)對(duì)該新型干式地板輻射末端系統(tǒng)的研究，可對(duì)未來(lái)干式地板輻射供冷暖末端的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供借鑒.同時(shí)，干式地板輻射末端的地面熱均勻性值得進(jìn)一步關(guān)注.