老黃講干式地暖之二十三:把地暖填充層理解為蓄熱層是對地暖技術(shù)規(guī)程的誤解!
地暖技術(shù)規(guī)程經(jīng)歷了從JGJ 142-2004《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》到JGJ 142-2012《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》的改版,地暖技術(shù)也發(fā)展為濕式、干式和輕薄供暖板三類。地暖技術(shù)規(guī)程針對水泥填充層的功能一直都有明確定義,可至今仍然有人將其曲解為蓄熱層,甚至放大為“地暖必須蓄熱才有熱穩(wěn)定性”,而做頂棚輻射的同仁從來就沒有蓄熱輻射的說法。實(shí)踐證明,“地暖蓄熱說”已傷及南方地暖市場,因此很多開發(fā)商已開始拋棄這種說法。本文著重澄清“地暖蓄熱說”的技術(shù)事實(shí)。
一、國家地暖標(biāo)準(zhǔn)對水泥填充層的功能定義
在JGJ 142-2012《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》中,對水泥填充層的明確定義是:加熱供冷部件用的構(gòu)造層,起到保護(hù)加熱供冷部件并使地面溫度均勻的作用。即水泥填充層的兩大功能是保護(hù)地暖管和均勻傳熱,從來沒有對蓄熱功能的任何描述,也沒有對地暖蓄熱層的定義。所以:把地暖的水泥填充層說成蓄熱層,僅僅是銷售說法而已,沒有任何技術(shù)依據(jù)。
二、蓄熱及蓄熱材料的主要技術(shù)條件
蓄熱是指通過相應(yīng)的裝置對熱量的儲存;蓄熱材料就是一種能夠儲存熱能的新型化學(xué)材料。
蓄熱材料在特定的溫度(如相變溫度)下發(fā)生物相變化,并伴隨著吸收或放出熱量,可用來控制周圍環(huán)境的溫度,或用以儲存熱能,其主要技術(shù)條件是:
1、熱力學(xué)條件。①有合適的導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)大,則導(dǎo)熱性能好,熱量傳輸迅速,傳熱效果好。② 蓄熱密度大。③對于顯熱蓄熱材料,要求熱載體的比 熱容要大,則在相同體積或質(zhì)量下蓄熱能力強(qiáng)。
2、化學(xué)條件。①熱穩(wěn)定性好。在反復(fù)加熱冷卻的 情況下能夠保持物性基本不變,能夠長期穩(wěn)定工作。 ②腐蝕性小,與容器、管路等材料相容性好。
事實(shí)上,混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱密度很小,其比熱容是0.97kJ/kg℃,金屬鋁的比熱容是0.96kJ/ kg℃,兩者相當(dāng);混凝土層受熱容易開裂,熱穩(wěn)定性較差,混凝土本身是蓄熱效率低、不建議使用的顯熱蓄熱材料,而蓄熱層常用的是相變等潛熱蓄熱材料。
所以:把4cm~5cm厚水泥回填層理解為蓄熱層是一種蓄熱專業(yè)的錯(cuò)誤認(rèn)知!
三、地暖是熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對流的綜合結(jié)果,對蓄熱沒有任何技術(shù)關(guān)聯(lián)
熱量傳遞有三種方式:傳導(dǎo)、對流和輻射。
1、熱傳導(dǎo)是介質(zhì)內(nèi)無宏觀運(yùn)動時(shí)的傳熱現(xiàn)象,在固/液/氣體中均可發(fā)生,流體由于溫度梯度所造成的密度差而產(chǎn)生自然對流。因此,地暖循環(huán)水中存在熱對流與熱傳導(dǎo)同時(shí)發(fā)生,地暖管與均熱介質(zhì)之間是熱傳導(dǎo),均熱介質(zhì)的導(dǎo)熱率越大其熱傳導(dǎo)量越大。
2、熱對流又稱對流傳熱,指流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程,存在于地暖管循環(huán)水的熱對流和熱空氣中的自然對流。
3、熱輻射是物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象,一切溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射,發(fā)熱地面就是地暖的輻射面。
所以:地暖是熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對流三種方式共同作用的結(jié)果,最終通過大面積的地面熱輻射實(shí)現(xiàn)房間采暖,地暖的熱輻射比例相對較高。地暖的地面熱輻射、地暖管和均熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)及地下循環(huán)熱水 和房間空氣間的熱對流,均和蓄熱無任何技術(shù)關(guān)聯(lián)!
四、發(fā)熱面構(gòu)成輻射面、地面溫度決定地暖效果
綜上,可簡單歸納地暖的技術(shù)原理是:由于地暖管主要通過熱傳導(dǎo)加熱有均熱介質(zhì)的地面,由于發(fā)熱地面主要通過熱輻射加熱房間空氣。得出:地暖技術(shù)的本質(zhì)是發(fā)熱面構(gòu)成輻射面,而不是蓄熱面構(gòu)成輻射面!
水泥填充層少量的蓄熱僅是地暖熱傳導(dǎo)過程中的熱堆積現(xiàn)象,只要給地面提供均勻的熱量就會產(chǎn)生良好的熱輻射結(jié)果,哪怕是用蓄熱性能優(yōu)良的相變材料,地面熱量堆積也會增加地暖向下傳熱損失,讓地暖不夠節(jié)能!只要表面溫度相同,地暖熱輻射的房間溫度也相同,即在相同的房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)下,與地暖接觸的均熱介質(zhì)導(dǎo)熱率決定地面溫度,地面溫度決定 房間溫度!地暖的熱傳遞過程是傳熱過程,而不是蓄熱過程!均熱介質(zhì)的導(dǎo)熱率越大,熱傳導(dǎo)效率越高,地暖的熱量利用率就越高效,這就是相同水溫下鋁板 干式地暖溫度高于水泥濕式地暖的根本原因!另一方面,均熱介質(zhì)的導(dǎo)熱率越高,表面溫差越低,對房間溫度的波動影響也越小。
五、鋁板干式地暖熱穩(wěn)定性明顯高于水泥濕式地暖
熱穩(wěn)定性是指物體的耐熱性能,是指物體在溫度影響下的形變能力,形變越小,穩(wěn)定性越高。水泥填充層在受熱時(shí)很容易開裂起縫,這是基本常識,原因是混凝土受熱膨脹產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低,容易發(fā)生開裂現(xiàn)象,尤其是低于4cm的水泥填充層。而相對應(yīng)的,溝槽鋁板的熱穩(wěn)定性自然很高。
熱穩(wěn)定性在建筑學(xué)上,是指在周期性熱作用下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)或房間抵抗溫度波動的能力。經(jīng)大量實(shí)測:鋁板干式地暖的表面溫差在2℃左右,水泥回填濕式地暖的表面溫差在3℃左右。
所以,從均熱材料和建筑學(xué)兩方面定義的熱穩(wěn)定性結(jié)果,可以得出:鋁板干式地暖的熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于水泥回填濕式地暖!濕式地暖因水泥蓄熱而熱穩(wěn)定性更高的說法是不專業(yè)的!
六、結(jié)語
1、國家地暖技術(shù)規(guī)程明確水泥填充層的兩大功能是保護(hù)管道和均勻傳熱,沒有蓄熱功能的描述和地暖蓄熱層的定義。
2、從蓄熱及蓄熱材料的條件看,水泥回填層的導(dǎo)熱系數(shù)很小、蓄熱密度較小,受熱易開裂、熱穩(wěn)定性較差,屬于效率低、不建議使用的蓄熱材料;地面熱量堆積會增加地暖的向下傳熱損失,讓地暖不夠節(jié)能。
3、地暖是熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對流共同作用的結(jié)果,地暖的熱傳遞過程與蓄熱無任何技術(shù)關(guān)聯(lián)。
4、地暖技術(shù)原理是發(fā)熱面構(gòu)成輻射面,而非蓄熱面構(gòu)成輻射面,地面溫度高低決定房間采暖溫度高低。
5、從材料本身到建筑學(xué)的定義,鋁板干式地暖熱穩(wěn)定性明顯高于水泥濕式地暖,且熱量利用率更高!