太阳能地面采暖装置简介及运行规律

太阳能低温地面辐射采暖系统是以太阳能集热器为热源，以低温热水为介质，通过循环系统将加热到适当温度的热水导入到预先埋在地板下的埋管中，使热水和埋管在地板下进行热交换，然后埋管再把吸收的热量通过地板辐射到室内。

　　此系统是一种既节能又舒适的新型采暖方式，其原理是通过埋设在地板内的加热管放射出来的8-13微米的远红外线加热地表，一部分直接投射到人体表面，另一部分投射到周围物体表面，这些表面再与人体进行辐射换热完成辐射板对人体的二次辐射。辐射板在通过上述辐射过程与人体进行热交换的同时，还与周围的空气进行对流换热。在地板辐射采暖系统中，人体与周围环境换热量的50%以上是以辐射方式进行的。

一、太阳能低温地面辐射采暖系统的一般运行规律

　　太阳能低温地面辐射采暖系统主要由太阳能集热器、热媒输送管网和地面装置三个部分组成。下面对各个部分加以详细介绍：

　　1、太阳能集热器

　　太阳能集热器是吸收太阳辐射能并向介质(水或空气)传递热量的装置，它是太阳能低温地面采暖系统最重要的组成部分，为整个采暖系统提供热量。

2、热水管道装置

　　低温热水地面辐射采暖系统一般采用双管系统，以保证每组盘管供水温度基本相同。采用分、集水器与管路连接，在分水器前设置热量控制计量装置，可以实现分户控制和热计量收费。地面温度可以通过调整供回水平均温度、盘管间距和埋管层的厚度来确定。低温热水地面辐射采暖的供水温度一般采用45℃～60℃。供回水温差一般采用5℃～10℃。由于供回水温差较小，所以地面辐射采暖系统流量比普通散热器要大，因此管径尺寸要相对定位在?20～?25。（热水管道装置示意图如图所示）

3、低温地面辐射采暖管道铺设方式

　　低温地板采暖系统中埋管的常见辅设方式有单蛇型、双蛇型、交错双蛇型、单回型、双回型、双开双回型等。

　　4、采暖地板结构

　　地板结构由下到上一般为底层、绝热层、埋管层、找平层、地板等。工程中一般在钢筋混凝土地板上先以水泥砂浆找平为基础层，再铺设保温绝热层，材料多为聚苯乙烯保温板。板上铺设加热盘管，并以卡钉将盘管与保温层固定在一起，然后浇注30mm～50mm的豆石混凝土为填充层，再以20mm水混砂浆找平，接着上部铺设地板、地面砖等装饰材料。

　　5、盘管管材

　　低温地板辐射采暖所用的加热盘管的选材应根据耐用年限要求、使用条件、热媒温度和工作压力、系统水质要求、材料供应条件、投资费用等因素来选择。近年来随着塑料工业的飞速发展，出现了抗老化、耐热、耐压的交联管材和轻质隔热的高效保温材料，为地面辐射供暖技术提供了可靠的材料，并且其价格也非常低廉。目前耐热聚乙烯（PE-RT）、交联聚乙烯管（PE-X）是该系统中广泛使用的两种管材。

二、太阳能低温地面辐射采暖物理模型介绍

　　1、太阳能低温地板辐射采暖物理模型简化

　　一般情况下对物理模型的简化如下：

　　（1）沿加热管轴线方向温度梯度很小，忽略加热管轴线方向的导热，地板平层内的传热问题简化为平面二维问题。

　　（2）供暖系统运行时，加热管内壁温度等于热媒平均温度；供暖系统停止运行时，加热管内壁近似为绝热边界条件。

　　（3）加热管在垂直于轴线的平面内均匀排列。

　　（4）由于地板底部敷设保温层，底部边界近似为绝热边界条件。

　　2、系统模型的工作流程

　　地面辐射采暖系统（以下简称模型1）是以太阳能集热器为热源，循环水泵为动力，采用间歇性运行方式的低温地面采暖系统。系统流程如图3。

　　系统工作时，一级热媒在太阳能集热器中吸收辐射能后，流入蓄热水箱，将热量传递给箱内换热管中的二级热媒；二级热媒进入热泵机组中的蒸发器与制冷剂交换热量，并通过热泵循环进行供热，保证室内空气温度和地面平均温度等热舒适性指标在合理范围内波动，同时尽量在地板层中蓄存热量，降温后的一级热媒又流回集热器，由此完成一次循环。当室内空气温度和地面平均温度超过热舒适性要求时，热泵机组停止运行，低于热舒适性要求时，机组重新启动。夜间，集热器和热泵机组停止运行，由地板内蓄热量来维持室内空气温度和地面平均温度，直到此温度低于某一阈值，热泵机组再次投入运行。

　　地面采暖系统（以下简称模型2）同样以太阳能集热器为热源，循环水泵为动力，但是与模型1相比减少了电加热器，而且是采用连续运行方式。实验中，太阳能地板采暖系统仅在白天运行，晚上依靠地板散热维护室内热舒适性。采暖循环泵在系统工作时间内为连续运行。

　　3、两种系统模型的结论与经济性分析

　　系统模型1采用间歇运行方式。白天，当室内的热舒适性超过一定值时，系统会停止运行；而在晚上温度降低后则需要启动热泵机组或辅助电加热才能满足一定的热舒适性。

　　系统模型2采用连续运行方式。白天，系统连续运行，一整天都可以吸收太阳能，因而对太阳能的利用率比模型1要高，但是白天连续运行有可能造成室内温度过高，超过热舒适性要求；而到晚上只靠地板和房间的蓄热来满足凌晨时段温度降低达不到热舒适性的要求，这个时段就要启动电辅助或热泵机组。

　　由以上分析可知，模型1的可靠性较高但能源利用率要低于模型2，而模型2节能性能较好但也要考虑辅助能源的合理运用。

　　最后

　　低温地面辐射采暖作为一种新型的采暖方式，由于其舒适性和节能性等优点非常明显，得到了广泛的应用。并且这种采暖方式对水温的要求不太高（一般在40～60℃之间），因此使太阳能得到充分利用，从而节约了高品位能源。

　　另外，如果能成功解决地板结露问题，地板辐射系统还可以在夏天通入10℃～20℃的水来利用地板辐射进行吸热、降温，这样在夏天同样可以节约大量能源。