周子成

1 引言

屏式供暖和制冷系統(tǒng)是一種應(yīng)用于房間空調(diào)中的專門(mén)系統(tǒng)。在北美、歐洲、日本、韓國(guó)等已有30余年的使用歷史,在20世紀(jì)90年代,西歐國(guó)家地板供暖已占20%～50%。近年來(lái),由于地源熱泵和空氣源熱泵的發(fā)展,特別是二氧化碳熱泵能提供高溫?zé)崴椭茻嵝阅芟禂?shù)高的優(yōu)點(diǎn),以及清潔能源太陽(yáng)能的應(yīng)用日益普及,屏式供暖在我國(guó)北方寒冷地區(qū)地板供暖中的應(yīng)用日趨廣泛。

屏式供暖和制冷的特點(diǎn)是它與空調(diào)房間進(jìn)行熱交換的換熱器盤(pán)管做成一個(gè)屏狀,埋在墻內(nèi)、地板內(nèi)或天花板內(nèi)。盤(pán)管內(nèi)流動(dòng)的可以是熱泵機(jī)組的冷水或熱水、制冷劑等,也可以用電熱管等發(fā)熱元件做成供暖用換熱器屏。熱量通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)方式傳遞。如果有50%以上的熱量是通過(guò)輻射換熱方式在屏和房間內(nèi)的空氣及物體之間傳遞,這個(gè)屏稱為輻射屏,這時(shí)的換熱方式稱為輻射換熱。

通常天花板供暖屏表面的溫度限制在不超過(guò)150℃。當(dāng)屏式系統(tǒng)用作制冷時(shí),室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度必須保持低于屏的表面溫度,以免屏表面結(jié)露。

屏式供暖和制冷系統(tǒng)也可和其他型式房間空調(diào)設(shè)備聯(lián)合使用,如分體掛壁式、柜式、天花吊頂式、單元式、風(fēng)機(jī)盤(pán)管等空調(diào)機(jī)組,這種系統(tǒng)稱為混合空調(diào)系統(tǒng)。

屏式供暖和制冷有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)舒適性好。由于室內(nèi)空氣溫度和平均輻射溫度都能控制,能更好地滿足人體的熱舒適要求。并且室內(nèi)空氣是自然對(duì)流,通常在供暖時(shí)人體腳部較暖、頭部較涼時(shí)會(huì)感到更舒適,地板輻射供暖的房間溫度分布是地板處較暖,離地板遠(yuǎn)處較涼,符合人體舒適要求。另外,由于屏結(jié)構(gòu)、墻、地板、天花的蓄熱作用,房間內(nèi)溫度升降緩慢,溫度波動(dòng)小,因此舒適性很好。

(2)節(jié)能。在地板供暖時(shí)載熱劑水溫較低,與傳統(tǒng)供暖方式相比,熱損失較小,與風(fēng)管系統(tǒng)相比,消除了空氣的滲入和滲出,傳熱損失小,因此節(jié)能。供暖時(shí)比常規(guī)方式節(jié)能20%～30%,制冷時(shí)比常規(guī)方式節(jié)能28%～40%。

(3)清潔。沒(méi)有空氣強(qiáng)制流動(dòng)所夾帶的灰塵。

(4)健康。沒(méi)有強(qiáng)制通風(fēng),開(kāi)門(mén)和開(kāi)窗時(shí)熱損失較小,可以經(jīng)常開(kāi)窗通風(fēng)。

(5)無(wú)噪聲。由于室內(nèi)空氣自然對(duì)流,沒(méi)有空氣流動(dòng)噪聲。房間內(nèi)十分安靜。

(6)可靠。屏很少需要維修。

(7)房間內(nèi)空氣的滲漏小。僅是室內(nèi)換氣需要補(bǔ)充空氣。沒(méi)有像強(qiáng)制通風(fēng)那樣由于傳遞熱量需要的大量空氣循環(huán)。

(8)地板空間可以100%利用。沒(méi)有空調(diào)設(shè)備在地板空間,清潔性好。窗可自由安裝在室內(nèi)任何位置。

(9)地板供暖和制冷時(shí)溫度均勻,沒(méi)有局部熱點(diǎn)或冷點(diǎn)。

(10)當(dāng)使用四管系統(tǒng)時(shí),可同時(shí)供暖和制冷。不需要季節(jié)性轉(zhuǎn)換。

屏式供暖和制冷的缺點(diǎn)是:

(1)室內(nèi)熱負(fù)荷或冷負(fù)荷變化需要調(diào)節(jié)時(shí),響應(yīng)速度慢。

(2)當(dāng)屏的尺寸不合適、盤(pán)管安裝空間或容量不足時(shí),屏表面溫度不均勻。

(3)建筑材料選擇、地板覆蓋物、家具的安放等會(huì)受一定的限制。

(4)房屋及設(shè)備翻新、重新設(shè)計(jì)時(shí),成本會(huì)較高。

2 屏式供暖和制冷系統(tǒng)的種類

2.1 液體屏

(1)液體天花屏

液體天花屏通常是由供暖和制冷系統(tǒng)的換熱盤(pán)管和金屬天花屏表面組合在一起。流體可以是水或制冷劑。液體天花屏具有熱阻低和空間調(diào)節(jié)變化響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。

通常天花屏是一個(gè)有許多孔的懸掛金屬板組成吸聲天花板,裝在房間頂面的局部或全部。這些天花屏系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)在建筑物內(nèi),懸掛的聲學(xué)天花板能聯(lián)合屏的供暖或者制冷。屏設(shè)計(jì)成小單元的模塊去適應(yīng)建筑物的需要。某些天花安裝要求用屏去覆蓋室內(nèi)天花中的一部分面積,其余的天花面積設(shè)計(jì)成吸聲屏。

圖1表示了一個(gè)輕金屬鋁屏,通常設(shè)計(jì)成面積為300mm×600mm的模塊,以適應(yīng)建筑物的需要,鋁屏與直徑15mm的一組鍍鋅盤(pán)管側(cè)面相緊貼。鋁天花屏用夾子固定到這些盤(pán)管上,盤(pán)管與38mm的方形聯(lián)管相連接。當(dāng)作為供暖屏?xí)r,管內(nèi)流過(guò)熱水,當(dāng)作為制冷屏?xí)r,管內(nèi)流過(guò)制冷水。盤(pán)管上方設(shè)有熱覆蓋層,以阻止向上散熱。

圖1 金屬天花屏夾在橫向支管上

圖2表示了用銅管卡緊在一個(gè)鋁薄板表面上的模塊化結(jié)構(gòu)。模塊化屏設(shè)計(jì)用于最大尺寸910mm×1520mm,并可固定在不同形式天花懸掛系統(tǒng)上,典型的是一種標(biāo)準(zhǔn)T條形格柵支撐600mm×1200mm鋁板懸掛系統(tǒng)。

圖2 金屬天花屏與銅管的結(jié)合

在金屬天花屏鋁板上通常打有許多孔,在屏背面設(shè)置吸聲毛毯材料,使天花屏成為吸聲,同時(shí)也起到隔熱作用。

圖3表示了帶銅管的整體鋁擠壓屏。鋁板通過(guò)模壓加工成輻射屏,銅管嵌在鋁板背面的槽內(nèi)。這種擠壓屏幾乎能夠制造成任意需要的形狀和尺寸。通常做成狹長(zhǎng)屏,用在靠近外墻并且是獨(dú)立的天花屏系統(tǒng)。常用的屏寬在380mm或510mm,長(zhǎng)度在6m以下。適用于典型辦公室建筑供暖需要。

圖3 帶銅管的整體鋁擠壓屏

(2)液體墻屏

液體墻屏通常是將供暖和制冷系統(tǒng)的換熱管埋在墻內(nèi)。管內(nèi)流動(dòng)的是熱水 (供暖時(shí))或制冷水(制冷時(shí))。它沒(méi)有地板屏和天花屏使用廣泛。

(3)液體地板屏

地板輻射供暖已越來(lái)越受到人們的興趣。通常盤(pán)管布設(shè)在地板中距離中心100mm到300mm的面積中,使用熱塑料、橡膠、含鐵和不含鐵管或合成管 (如鋁熱塑套管)做成連續(xù)彎曲的或由集管并聯(lián)的盤(pán)管,埋在混凝土地板里。管上面通常有40到100mm的覆蓋物。周邊和背面有保溫材料,以便降低熱損失。保溫材料外面有防水層。

圖4表示了埋在水泥或石膏中的管結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用木地板時(shí),埋入材料的厚度通常是25mm到50mm。專門(mén)設(shè)計(jì)用于地板供暖的石膏產(chǎn)品通?？砂惭b25mm到40mm厚,它的柔韌性和抗破裂性比水泥好。當(dāng)使用水泥時(shí),應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)以便降低由于木架移動(dòng)或收縮造成的裂縫。埋入材料必須具有堅(jiān)硬的、平整的光滑表面,以便能適應(yīng)多種地板覆蓋物。

圖4 在薄的板中的埋管

圖5表示了一種盤(pán)管安裝在底層地板里面的結(jié)構(gòu)。盤(pán)管安裝在底層地板間的桁架上,通過(guò)增加金屬傳熱板將熱量傳熱給拋光地板下面,提高了熱擴(kuò)散和表面溫度的均勻性。

圖5 底層地板下的管

圖6是將盤(pán)管安放到底層地板下面的結(jié)構(gòu),可以帶金屬傳熱板或者不帶金屬傳熱板。

地板供暖或制冷時(shí),盤(pán)管可均勻布置在室內(nèi)地板全部面積上,也可根據(jù)需要布置在局部面積上,或在需要的地區(qū)布置得密一些。圖7是四種布置的例子。

2.2 空氣屏

空氣屏是由循環(huán)流動(dòng)的空氣流過(guò)地板、墻、天花板的傳熱內(nèi)表面?？諝馐窃诜忾]系統(tǒng)內(nèi)循環(huán),或者是全部或部分空氣從屏流出后再流過(guò)室內(nèi)空間,以便提供進(jìn)一步的附加加熱和通風(fēng)。圖8表示了一種常用的結(jié)構(gòu)型式。

圖8 暖空氣地板屏結(jié)構(gòu)

圖9是一種用于多孔金屬地板和透氣地毯的空氣—供暖或空氣—制冷屏結(jié)構(gòu)。一部分空氣通過(guò)穿孔的金屬甲板散流進(jìn)入室內(nèi)調(diào)節(jié)空間。另外還可以在地板屏的背面安設(shè)附加的液體管或電加熱元件,能獨(dú)立控制顯熱和潛熱負(fù)荷。

圖9 部分空氣散流進(jìn)入室內(nèi)調(diào)節(jié)空間的流體屏結(jié)構(gòu)

2.3 電熱屏

電熱屏是由電熱元件安裝在天花板、墻或地板里面構(gòu)成。工作時(shí)電能轉(zhuǎn)換成熱量,用作房間供暖。它的結(jié)構(gòu)和控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單,但耗能較大,能效較低,因此只用在某些特殊需要的場(chǎng)合。

(1)電熱天花屏

預(yù)制的電熱天花屏適用于尺寸為 300到1800mm寬、600到3600mm長(zhǎng)、13到50mm厚。它們是用金屬、玻璃、或半硬的玻璃纖維板或乙烯樹(shù)脂板構(gòu)成。加熱表面溫度范圍從40℃到150℃,相應(yīng)的熱流范圍從270到1100W/m2。

埋入電阻絲的灰泥屏可作為天花的一部分或與天花接觸相聯(lián)結(jié),熱流不超過(guò)240W/m2,表面溫度不超過(guò)40℃。

圖10是一種懸掛電熱天花屏的結(jié)構(gòu)。

圖10 電熱天花屏

(2)電熱地板屏

電熱電纜組件有時(shí)用于混凝土地板供暖系統(tǒng),如使用在天花屏那樣。由于在混凝土地板中安裝電纜損壞的可能性比天花屏大,這些組件必需小心安裝。在電纜放置好后,直到混凝土層灌注完和凝固以前,地板上面不能走人和安置或移動(dòng)物件。

當(dāng)?shù)匕骞┡褂肞VC-護(hù)套電加熱電纜時(shí),鋪設(shè)混凝土厚板通常采用兩次澆注。第一次澆注應(yīng)至少78mm厚,且應(yīng)采用保溫混凝土以便能降低向下的熱損失。層與層之間應(yīng)采用合適的粘結(jié),成品混凝土板應(yīng)在第一次澆注24小時(shí)內(nèi)放置。用一層薄泥漿粘結(jié)。最后一層應(yīng)是40到50mm厚。這一頂層必須不是保溫混凝土。周圍應(yīng)至少有25mm隔熱,如圖11。

電纜是安裝在澆灌的第一層混凝土頂面上,距離相鄰墻不小于50mm。電纜固定在混凝土里的方法有下面幾種:

1)用木釘固定器將電纜固定在粗糙的混凝土表面。涂抹水泥,再在兩者之間抹上灰泥,或用帶條保持電纜間距。

圖11 在水泥厚板中的電加熱屏

2)在輕的或未固化的水泥中,用手工操作或用打釘機(jī)將電纜直接釘在混凝土上。

3)當(dāng)頂層澆灌時(shí),用專用的扣釘設(shè)備將電纜固定到第一層混凝土里,使電纜定位。

在連續(xù)澆灌中將預(yù)制的墊埋在混凝土中。墊被安放在膨脹和/或結(jié)構(gòu)連接以及電纜聯(lián)接到接頭匣的面積中。在最后一層澆灌40到50mm的混凝土。將毛面整平并安放墊,并立即裝上帽蓋。

電熱電纜能用一次澆灌或兩次澆灌埋在混凝土板內(nèi)。當(dāng)采用一次澆灌時(shí),開(kāi)始澆灌前先將電纜固定在鋼筋頂部。當(dāng)采用兩次澆灌時(shí),電纜是放在底層結(jié)構(gòu)板的頂部,并且埋在最后一層。電纜引線間的合適間距是用預(yù)先打孔的銅間隔條釘?shù)较聦踊炷涟謇飳⑵涠ㄎ弧?/p>

(下期待續(xù))