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(yīng)根據(jù)舒適性指標(biāo)為前提加以確定；2、設(shè)計(jì)工況下，系統(tǒng)存在不可忽視的潛熱負(fù)荷；3、地面輻射供暖系統(tǒng)可用于值班供暖，設(shè)計(jì)工況下，其供熱能力只有一部分用于負(fù)擔(dān)供暖負(fù)荷。
關(guān)鍵字：游泳館池廳 地面供暖 地表溫度 潛熱負(fù)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(nèi)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(yīng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)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(shè)計(jì)及施工方面的可靠方法及依據(jù)。本文就游泳館池廳及類似場合（主要指用于休閑運(yùn)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(diǎn)特殊性進(jìn)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(dá)式的簡化

1984年,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(IS0)在丹麥工業(yè)大學(xué)P.O.Fanger教授研究成果的基礎(chǔ)上提出了兩個評價(jià)室內(nèi)環(huán)境人體熱感覺的綜合性指標(biāo)——預(yù)測平均投票值PMV（predicted mean vote）和預(yù)測不滿意百分?jǐn)?shù)PPD（predicted percentage of dissatisfied），PPD由PMV導(dǎo)出。盡管不同地區(qū)、人種存在差異，但這兩個指標(biāo)還是能夠比較準(zhǔn)確地反映室內(nèi)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(dá)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(jī)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?shù)，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(jié)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(jì)，I_cl≈0（經(jīng)校核，此假定條件導(dǎo)致的計(jì)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(nèi)，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(jìn)一步得出：式（4）的計(jì)算結(jié)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(shè)計(jì)室內(nèi)條件已確定前提下）PMV方程式可通過手算求解。

表一中數(shù)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(jù)下式（7）^[2]確定地表溫度，當(dāng)然，游泳館池廳的各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積及內(nèi)表溫度在此之前應(yīng)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(yán)格意義上并不等同，式（7）中的t_r是純粹意義上的室內(nèi)空氣平均輻射溫度，而前述的tr為某一特定點(diǎn)（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(fù)荷

游泳館開放使用期間，池廳地面的大部分在多數(shù)時間內(nèi)處于濕潤狀態(tài)，其散濕負(fù)荷不可不考慮，在無可靠計(jì)算依據(jù)的前提下，可粗略地參照敝開水面散濕公式計(jì)算，形成的潛熱負(fù)荷可用下式（8）^[3]計(jì)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(fù)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(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，㎜Hg

以地表溫度30℃，室內(nèi)空氣溫度30℃，相對濕度65%，風(fēng)速0.2m/s條件為例,利用式（8）所得的計(jì)算結(jié)果為濕潤地面（敝開水面）的散濕負(fù)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(nèi)單位面積的蒸發(fā)水量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明實(shí)測結(jié)果約為通過式（8）計(jì)算結(jié)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(nèi)濕潤的狀態(tài)下，其散濕負(fù)荷約為150～160W/㎡；此散濕負(fù)荷可視為完全由地面輻射供暖系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，因此在實(shí)際工程中，不可忽視潛熱負(fù)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(xiàng)參數(shù)，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(shè)計(jì)工況

利用前述方法確定地面散濕的潛熱負(fù)荷（式（8）計(jì)算結(jié)果的75～80%）后，應(yīng)以其值的60～70%做為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（這樣更接近實(shí)際工作狀態(tài)，因?yàn)椴⒉皇撬械某貜d地面在全部使用時間段內(nèi)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(fù)擔(dān)部分供暖負(fù)荷，否則應(yīng)重新確定系統(tǒng)參數(shù)。或者從設(shè)計(jì)工況出發(fā)，確定系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，再校核值班工況。

3、工程實(shí)例

3.1 某工程實(shí)例的相關(guān)數(shù)據(jù)

某工程實(shí)例概況：本工程為休閑性游泳館，建設(shè)地點(diǎn)：沈陽市，池廳的設(shè)計(jì)采暖負(fù)荷為118KW，值班采暖負(fù)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(nèi)溫度30℃，相對濕度65%，池水溫度28℃。

地表溫度

℃

室內(nèi)

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(shè)計(jì)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(shù)據(jù)以地面輻射供暖系統(tǒng)的供水溫度及流量不變?yōu)榍疤?，而室?nèi)空氣溫度及濕度由通風(fēng)系統(tǒng)控制。

　　2、表中“空氣平均輻射溫度”未計(jì)入室內(nèi)燈光及太陽輻射等因素的影響。

　　3、表中“干工況”的數(shù)據(jù)在實(shí)際運(yùn)行中并不會出現(xiàn)。

3.2 工程實(shí)例的數(shù)據(jù)分析

通過對表二中數(shù)據(jù)定性分析得出如下結(jié)論：

a、設(shè)計(jì)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(fù)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(shè)計(jì)工況主要用于負(fù)擔(dān)潛熱負(fù)荷，少部分負(fù)擔(dān)真正的“供暖”負(fù)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(shù)手段使值班工況與設(shè)計(jì)工況的供水溫度及流量相當(dāng)，以便于運(yùn)行管理。

4、結(jié)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(diǎn)，應(yīng)以人體舒適性指標(biāo)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(shù)之一——地表溫度，地表溫度的設(shè)計(jì)值推薦采用30～35℃。

4.2 應(yīng)充分重視地面輻射系統(tǒng)的潛熱負(fù)荷，在設(shè)計(jì)工況下，系統(tǒng)的供熱能力主要用于負(fù)擔(dān)潛熱負(fù)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(shù)手段使值班工況與設(shè)計(jì)工況的供水溫度及流量相當(dāng)，以便于運(yùn)行管理。

參考文獻(xiàn)：

1、錢以明，高層建筑空調(diào)與節(jié)能，上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1995

2、陸耀慶，供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)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