游泳館池廳地面輻射供暖系統(tǒng)的特殊性

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簡介： 本文著重指出游泳館地面輻射供暖系統(tǒng)的特殊性：1、地表溫度應根據舒適性指標為前提加以確定；2、設計工況下，系統(tǒng)存在不可忽視的潛熱負荷；3、地面輻射供暖系統(tǒng)可用于值班供暖，設計工況下，其供熱能力只有一部分用于負擔供暖負荷。
關鍵字：游泳館池廳 地面供暖 地表溫度 潛熱負荷

1、引言

隨著塑料類管材的普及使用，以及部分建筑場所對冬季室內熱舒適性要求的提高，地面輻射供暖系統(tǒng)越來越多地被采用。但我國針對輻射供暖的相應規(guī)范、標準及技術措施并不完備，尤其對于一些具有特殊功能的場所采用輻射供暖系統(tǒng)時，更缺乏設計及施工方面的可靠方法及依據。本文就游泳館池廳及類似場合（主要指用于休閑運動的游泳館、戲水館等，以下統(tǒng)稱游泳館）采用地面輻射供暖系統(tǒng)時，需注意的幾點特殊性進行探討。

2、游泳館池廳地面輻射系統(tǒng)的特殊性

2.1 地表溫度的確定

2.1.1 PMV表達式的簡化

1984年,國際標準化組織(IS0)在丹麥工業(yè)大學P.O.Fanger教授研究成果的基礎上提出了兩個評價室內環(huán)境人體熱感覺的綜合性指標——預測平均投票值PMV（predicted mean vote）和預測不滿意百分數PPD（predicted percentage of dissatisfied），PPD由PMV導出。盡管不同地區(qū)、人種存在差異，但這兩個指標還是能夠比較準確地反映室內熱環(huán)境的舒適性。

PMV綜合考慮了人體活動狀態(tài)、著衣情況、空氣溫度、空氣濕度、空氣流動速度、空氣平均輻射溫度等因素對熱舒適性的影響。Fanger教授的舒適性方程中，PMV的表達式^[1]如下：

PMV=（0.303e^-0.036M+0.028）(M-W-3.05×10^-3(5733-6.99(M-W)-58.15)

-1.7×10^-5M(5867-Pa)-0.14M(34-t_a)-3.96×10^-8f_cl((t_cl+273)⁴

-（t_r+273）⁴)-f_cl·h_c(t_cl-t_a)) （1）

式中 M—人體能量代謝率，w/㎡；

W—人體所作的機械功，w；

Pa—人體周圍空氣的水蒸汽分壓力，Pa；

t_a—人體周圍空氣溫度，⁰C；

t_r—房間的平均輻射溫度，⁰C；

f_cl—著衣人體外表面積與裸體外表面積之比。

f_cl= 1.00+1.290I_cl,I_cl≤0.078

1.05+0.645I_cl,I_cl＞0.078 （2）

I_cl—衣服熱阻，㎡·k/W；

t_cl—衣服外表面溫度，⁰C

t_cl=35.7-0.028(M-W)-I_cl(3.96×10^-8f_cl((t_cl+273)⁴+f_clh_c(t_cl-t_a)))

（3）

h_c—表面?zhèn)鳠嵯禂?，W/㎡K

h_c= 2.38(t_cl+273)^0.25，2.38(t_cl-t_a)^0.25＞12.1v_a^0.5

12.1 v_a，2.38(t_cl-t_a)^0.25＜12.1 v_a^0.5 （4）

Va—空氣相對流速，m/s；

通過對上式（1）、（2）、（3）、（4）的分析，并結合游泳館池廳的具體情況，為便于討論，我們作如下各條件的限定：

a、人體以著泳衣計，I_cl≈0（經校核，此假定條件導致的計算誤差在工程上是允許的）

b、W=0

c、t_a=30℃

d、P_a=2770pa （φ=65%）

e、v_a=0.2m/s

f、f_cl=1

則式（3）簡化為

t_cl=35.7-0.028M （5）

針對式（5），在游泳館內，M的取值范圍為58～116W/㎡，

則t_cl=32.5～34.1℃，由此得出2.38（t_cl-t_a）^0.25＜12.1v_a^0.5，

進一步得出：式（4）的計算結果為h_c=12.1v_a^0.5=5.41W/㎡K，

式（1）簡化為：

PMV=（0.303e^-0.036M+0.028）(0.408M+160.728

-3.96×10^-8((t_cl+273)⁴-(t_r+273)⁴)-5.41t_cl) ` （6）

2.1.2 空氣平均輻射溫度（t_r）的確定

通過對式（6）及式（5）的分析，（在前述假定條件下，即工程設計室內條件已確定前提下）PMV方程式可通過手算求解。

表一中數值是基于前述假定條件在不同的PMV及M值組合下求解的t_r值

PMV

O

O

O

-0.5

-0.5

-0.5

M

58

70

93

58

70

93

t_r

34.08

32.25

28.69

32.40

30.11

25.67

2.1.3 地表溫度的確定

利用前述方式確定空氣平均輻射溫度（t_r）后，可據下式（7）^[2]確定地表溫度，當然，游泳館池廳的各圍護結構的面積及內表溫度在此之前應已確定。

t_r=∑Ai·ti/∑Ai （7）

（注：利用前述方法確定的t_r同式（7）中的t_r，在嚴格意義上并不等同，式（7）中的t_r是純粹意義上的室內空氣平均輻射溫度，而前述的tr為某一特定點（工程上一般指人體的特定活動區(qū)域）的空氣平均輻射溫度，但便于探討問題，本文將二者等同。）

2.2 潛熱負荷

游泳館開放使用期間，池廳地面的大部分在多數時間內處于濕潤狀態(tài)，其散濕負荷不可不考慮，在無可靠計算依據的前提下，可粗略地參照敝開水面散濕公式計算，形成的潛熱負荷可用下式（8）^[3]計算。

Q_q=ν（0.0174v_a+0.0229）(P_b-P_q)F·760/B×(KJ/h) （8）

式中：Q_q—潛熱負荷

ν—地表溫度下，水的冷化潛熱，KJ/kg

v_a—空氣流速

P_b—地表溫度下，飽和空氣的水蒸汽分壓力，㎜Hg

P_q—空氣的水蒸汽分壓力，㎜Hg

F—濕潤地面面積，㎡

B—當地大氣壓力，㎜Hg

以地表溫度30℃，室內空氣溫度30℃，相對濕度65%，風速0.2m/s條件為例,利用式（8）所得的計算結果為濕潤地面（敝開水面）的散濕負荷為198W/㎡；

通過對某一工程的池廳輻射供暖地面定量灑水的方法，測得單位時間內單位面積的蒸發(fā)水量，統(tǒng)計結果表明實測結果約為通過式（8）計算結果的75～80%，則在前述條件下，池廳地面全部面積在全部時間段內濕潤的狀態(tài)下，其散濕負荷約為150～160W/㎡；此散濕負荷可視為完全由地面輻射供暖系統(tǒng)負擔，因此在實際工程中，不可忽視潛熱負荷的存在。

2.3 地面輻射供暖系統(tǒng)供熱能力的確定

2.3.1 值班工況

若要求地面輻射供暖系統(tǒng)具有值班采暖功能時，可用傳統(tǒng)方法，確定系統(tǒng)的各項參數，諸如：供回水溫度、管徑、管間距，地面做法及單位面積的供熱能力。

2.3.2 設計工況

利用前述方法確定地面散濕的潛熱負荷（式（8）計算結果的75～80%）后，應以其值的60～70%做為設計數據（這樣更接近實際工作狀態(tài)，因為并不是所有的池廳地面在全部使用時間段內保持濕潤）。并在此工況條件下，校核由值班工況所確定的系統(tǒng)所具有的供熱能力是否滿足要求，以及地表溫度是否滿足舒適性要求，若滿足，剩余的供熱能力可用于負擔部分供暖負荷，否則應重新確定系統(tǒng)參數?；蛘邚脑O計工況出發(fā)，確定系統(tǒng)的相關參數，再校核值班工況。

3、工程實例

3.1 某工程實例的相關數據

某工程實例概況：本工程為休閑性游泳館，建設地點：沈陽市，池廳的設計采暖負荷為118KW，值班采暖負荷70KW，池廳輻射地面（磁磚類）面積360㎡，供水溫度50℃，回水溫度45℃，管間距200㎜，管徑de20，室內溫度30℃，相對濕度65%，池水溫度28℃。

地表溫度

℃

室內

空氣

溫 濕 度

℃/φ

空氣平均輻射溫度

℃

人體主要活動區(qū)域空氣平均輻射溫度℃

PMV

地面散熱量全 熱

（顯熱+潛熱）

W/㎡

供回水溫 度

℃

M=70

M=93

值班工況

28

10/—

194(194+0)

50/45

干工況

（地面干燥）

39

30/65%

28.4

34.8

0.61

1.06

96(96+0)

50/47.5

濕工況

（地面100%濕潤）

30.5

30/65%

27.3

29.2

-0.71

0.09

170(6+104)

50/45.6

設計工況

（地面70%濕潤）

33

30/65%

27.7

30.9

-0.32

0.38

145(32+113)

50/46.3

注：1、本表各工況數據以地面輻射供暖系統(tǒng)的供水溫度及流量不變?yōu)榍疤幔覂瓤諝鉁囟燃皾穸扔赏L系統(tǒng)控制。

　　2、表中“空氣平均輻射溫度”未計入室內燈光及太陽輻射等因素的影響。

　　3、表中“干工況”的數據在實際運行中并不會出現。

3.2 工程實例的數據分析

通過對表二中數據定性分析得出如下結論：

a、設計工況下輻射地面地表溫度33℃時，舒適性是比較理想的。

b、游泳館正常使用期間，地表水份蒸發(fā)給地面輻射系統(tǒng)帶來的潛熱負荷相對其供熱能力是巨大的，不可忽視，即輻射系統(tǒng)的供熱能力在設計工況主要用于負擔潛熱負荷，少部分負擔真正的“供暖”負荷。

c、一般情況下，地面輻射供暖系統(tǒng)可兼具值班采暖功能，并且可以通過技術手段使值班工況與設計工況的供水溫度及流量相當，以便于運行管理。

4、結論

4.1 對于游泳館池廳中人體所處的熱濕環(huán)境以及人體活動和著裝特點，應以人體舒適性指標為前提，通過空氣平均輻射溫度確定地面輻射系統(tǒng)的主要參數之一——地表溫度，地表溫度的設計值推薦采用30～35℃。

4.2 應充分重視地面輻射系統(tǒng)的潛熱負荷，在設計工況下，系統(tǒng)的供熱能力主要用于負擔潛熱負荷。

4.3 游泳館池廳地面供暖系統(tǒng)用于值班采暖是可行的。并且可以通過技術手段使值班工況與設計工況的供水溫度及流量相當，以便于運行管理。

參考文獻：

1、錢以明，高層建筑空調與節(jié)能，上海：同濟大學出版社，1995

2、陸耀慶，供暖通風設計手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987

3、聶梅生，建筑和小區(qū)給水排水，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000

作者簡介：

王長虹，男，1967年1月生，副總工程師，高級工程師，地址：沈陽市青年大街219號華新國際大廈34#信箱，郵政編碼：110016 電話：（024）23963179，傳真：（024）23963123，E-mail：chw33@vip.sina.com