游泳馆池厅地面辐射供暖系统的特殊性

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简介： 本文着重指出游泳馆地面辐射供暖系统的特殊性：1、地表温度应根据舒适性指标为前提加以确定；2、设计工况下，系统存在不可忽视的潜热负荷；3、地面辐射供暖系统可用于值班供暖，设计工况下，其供热能力只有一部分用于负担供暖负荷。
关键字：游泳馆池厅 地面供暖 地表温度 潜热负荷

1、引言

随着塑料类管材的普及使用，以及部分建筑场所对冬季室内热舒适性要求的提高，地面辐射供暖系统越来越多地被采用。但我国针对辐射供暖的相应规范、标准及技术措施并不完备，尤其对于一些具有特殊功能的场所采用辐射供暖系统时，更缺乏设计及施工方面的可靠方法及依据。本文就游泳馆池厅及类似场合（主要指用于休闲运动的游泳馆、戏水馆等，以下统称游泳馆）采用地面辐射供暖系统时，需注意的几点特殊性进行探讨。

2、游泳馆池厅地面辐射系统的特殊性

2.1 地表温度的确定

2.1.1 PMV表达式的简化

1984年,国际标准化组织(IS0)在丹麦工业大学P.O.Fanger教授研究成果的基础上提出了两个评价室内环境人体热感觉的综合性指标——预测平均投票值PMV（predicted mean vote）和预测不满意百分数PPD（predicted percentage of dissatisfied），PPD由PMV导出。尽管不同地区、人种存在差异，但这两个指标还是能够比较准确地反映室内热环境的舒适性。

PMV综合考虑了人体活动状态、着衣情况、空气温度、空气湿度、空气流动速度、空气平均辐射温度等因素对热舒适性的影响。Fanger教授的舒适性方程中，PMV的表达式^[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—人体能量代谢率，w/㎡；

W—人体所作的机械功，w；

Pa—人体周围空气的水蒸汽分压力，Pa；

t_a—人体周围空气温度，⁰C；

t_r—房间的平均辐射温度，⁰C；

f_cl—着衣人体外表面积与裸体外表面积之比。

f_cl= 1.00+1.290I_cl,I_cl≤0.078

1.05+0.645I_cl,I_cl＞0.078 （2）

I_cl—衣服热阻，㎡·k/W；

t_cl—衣服外表面温度，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—表面传热系数，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—空气相对流速，m/s；

通过对上式（1）、（2）、（3）、（4）的分析，并结合游泳馆池厅的具体情况，为便于讨论，我们作如下各条件的限定：

a、人体以着泳衣计，I_cl≈0（经校核，此假定条件导致的计算误差在工程上是允许的）

b、W=0

c、t_a=30℃

d、P_a=2770pa （φ=65%）

e、v_a=0.2m/s

f、f_cl=1

则式（3）简化为

t_cl=35.7-0.028M （5）

针对式（5），在游泳馆内，M的取值范围为58～116W/㎡，

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

进一步得出：式（4）的计算结果为h_c=12.1v_a^0.5=5.41W/㎡K，

式（1）简化为：

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 空气平均辐射温度（t_r）的确定

通过对式（6）及式（5）的分析，（在前述假定条件下，即工程设计室内条件已确定前提下）PMV方程式可通过手算求解。

表一中数值是基于前述假定条件在不同的PMV及M值组合下求解的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 地表温度的确定

利用前述方式确定空气平均辐射温度（t_r）后，可据下式（7）^[2]确定地表温度，当然，游泳馆池厅的各围护结构的面积及内表温度在此之前应已确定。

t_r=∑Ai·ti/∑Ai （7）

（注：利用前述方法确定的t_r同式（7）中的t_r，在严格意义上并不等同，式（7）中的t_r是纯粹意义上的室内空气平均辐射温度，而前述的tr为某一特定点（工程上一般指人体的特定活动区域）的空气平均辐射温度，但便于探讨问题，本文将二者等同。）

2.2 潜热负荷

游泳馆开放使用期间，池厅地面的大部分在多数时间内处于湿润状态，其散湿负荷不可不考虑，在无可靠计算依据的前提下，可粗略地参照敝开水面散湿公式计算，形成的潜热负荷可用下式（8）^[3]计算。

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

式中：Q_q—潜热负荷

ν—地表温度下，水的冷化潜热，KJ/kg

v_a—空气流速

P_b—地表温度下，饱和空气的水蒸汽分压力，㎜Hg

P_q—空气的水蒸汽分压力，㎜Hg

F—湿润地面面积，㎡

B—当地大气压力，㎜Hg

以地表温度30℃，室内空气温度30℃，相对湿度65%，风速0.2m/s条件为例,利用式（8）所得的计算结果为湿润地面（敝开水面）的散湿负荷为198W/㎡；

通过对某一工程的池厅辐射供暖地面定量洒水的方法，测得单位时间内单位面积的蒸发水量，统计结果表明实测结果约为通过式（8）计算结果的75～80%，则在前述条件下，池厅地面全部面积在全部时间段内湿润的状态下，其散湿负荷约为150～160W/㎡；此散湿负荷可视为完全由地面辐射供暖系统负担，因此在实际工程中，不可忽视潜热负荷的存在。

2.3 地面辐射供暖系统供热能力的确定

2.3.1 值班工况

若要求地面辐射供暖系统具有值班采暖功能时，可用传统方法，确定系统的各项参数，诸如：供回水温度、管径、管间距，地面做法及单位面积的供热能力。

2.3.2 设计工况

利用前述方法确定地面散湿的潜热负荷（式（8）计算结果的75～80%）后，应以其值的60～70%做为设计数据（这样更接近实际工作状态，因为并不是所有的池厅地面在全部使用时间段内保持湿润）。并在此工况条件下，校核由值班工况所确定的系统所具有的供热能力是否满足要求，以及地表温度是否满足舒适性要求，若满足，剩余的供热能力可用于负担部分供暖负荷，否则应重新确定系统参数。或者从设计工况出发，确定系统的相关参数，再校核值班工况。

3、工程实例

3.1 某工程实例的相关数据

某工程实例概况：本工程为休闲性游泳馆，建设地点：沈阳市，池厅的设计采暖负荷为118KW，值班采暖负荷70KW，池厅辐射地面（磁砖类）面积360㎡，供水温度50℃，回水温度45℃，管间距200㎜，管径de20，室内温度30℃，相对湿度65%，池水温度28℃。

地表温度

℃

室内

空气

温 湿 度

℃/φ

空气平均辐射温度

℃

人体主要活动区域空气平均辐射温度℃

PMV

地面散热量全 热

（显热+潜热）

W/㎡

供回水温 度

℃

M=70

M=93

值班工况

28

10/—

194(194+0)

50/45

干工况

（地面干燥）

39

30/65%

28.4

34.8

0.61

1.06

96(96+0)

50/47.5

湿工况

（地面100%湿润）

30.5

30/65%

27.3

29.2

-0.71

0.09

170(6+104)

50/45.6

设计工况

（地面70%湿润）

33

30/65%

27.7

30.9

-0.32

0.38

145(32+113)

50/46.3

注：1、本表各工况数据以地面辐射供暖系统的供水温度及流量不变为前提，而室内空气温度及湿度由通风系统控制。

　　2、表中“空气平均辐射温度”未计入室内灯光及太阳辐射等因素的影响。

　　3、表中“干工况”的数据在实际运行中并不会出现。

3.2 工程实例的数据分析

通过对表二中数据定性分析得出如下结论：

a、设计工况下辐射地面地表温度33℃时，舒适性是比较理想的。

b、游泳馆正常使用期间，地表水份蒸发给地面辐射系统带来的潜热负荷相对其供热能力是巨大的，不可忽视，即辐射系统的供热能力在设计工况主要用于负担潜热负荷，少部分负担真正的“供暖”负荷。

c、一般情况下，地面辐射供暖系统可兼具值班采暖功能，并且可以通过技术手段使值班工况与设计工况的供水温度及流量相当，以便于运行管理。

4、结论

4.1 对于游泳馆池厅中人体所处的热湿环境以及人体活动和着装特点，应以人体舒适性指标为前提，通过空气平均辐射温度确定地面辐射系统的主要参数之一——地表温度，地表温度的设计值推荐采用30～35℃。

4.2 应充分重视地面辐射系统的潜热负荷，在设计工况下，系统的供热能力主要用于负担潜热负荷。

4.3 游泳馆池厅地面供暖系统用于值班采暖是可行的。并且可以通过技术手段使值班工况与设计工况的供水温度及流量相当，以便于运行管理。

参考文献：

1、钱以明，高层建筑空调与节能，上海：同济大学出版社，1995

2、陆耀庆，供暖通风设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1987

3、聂梅生，建筑和小区给水排水，北京：中国建筑工业出版社，2000

作者简介：

王长虹，男，1967年1月生，副总工程师，高级工程师，地址：沈阳市青年大街219号华新国际大厦34#信箱，邮政编码：110016 电话：（024）23963179，传真：（024）23963123，E-mail：chw33@vip.sina.com