《地暖月刊》电热膜专题  第十讲(10.01)

第十讲 电热膜电地暖—案例篇  

 专题主持人：王安生 博士  13801290271  winner719@china.com

 本讲要旨: 电热膜电地暖系统的热负荷计算应遵循国家规范和相关规定，但是电地暖系统电功率的配置应结合电地暖的特点，尤其应满足用户在低温下启动系统时快速升温的供暖需求要求。电地暖系统的运行测试数据表明围护结构是决定系统运行成本的主要因素，在保证供暖效果的前提下与单位电功率没有直接的线性关系。

关于供暖系统的热负荷计算，暖通空调专业的教科书以及相关的国家标准、多种出版物均有介绍，既有经过严格理论推导而得的计算公式，也有通过建立函数关系，在大量模拟实验和检测数据的基础上回归的经验公式。热负荷求解所必需的各种参数的选取以及为消除偏差的各种修正系数、补偿系数等也分别有所介绍。更为简单的热负荷确定方法还有针对我国三北供暖区域不同建筑物类型给出了单位供暖面积的推荐热负荷指标。针对新型的地面辐射供暖方式，《地面辐射供暖技术规程》在参考传统的供暖热负荷计算的同时结合地面辐射供暖特点，给出了水地暖和电地暖热负荷计算方法和一系列相应的规定、修正系数、推荐值等等。

这些确定供暖系统热负荷的方法和计算公式同样可用作电热膜电地暖系统设计的参考。但是，电地暖系统热负荷和铺设电功率的最终确定除了应遵循相关政策法规和参考上述计算公式的结果外，更要充分考虑电地暖系统特点和适应不同用户的供暖需求等多种因素。电地暖系统的最突出特点是便于分户、分室控制，与其他供暖形式相比可最大限度地实现“我的能耗为我所用、我的费用由我做主”，即在同样围护结构情况下户间传热可降低到最小。正因为如此，电地暖系统的热负荷设计除了应满足达到供热平衡时失热热量的补充，还应考虑用户在实际运行时经常会发生的低温启动状况，即快速升温的问题。此外，伴随着供暖需求的南移，“湿度”也必然应该成为热负荷计算中的影响因素，这是因为潮湿空气不仅需要消耗大量的汽化潜热，湿度对人体的舒适感也有较大的影响，因此在我国南方和沿海湿度较大地区确定电地暖热负荷时也应考虑在内。

本篇给出新宇阳高分子电热膜电地暖系统在河北省唐山市的两个测试样板间的热负荷确定和实际运行效果分析的两个案例。

一、热负荷计算和铺设功率确定

案例一：河北唐山市特陶厂测试样板间

1、基本情况

位于唐山市特陶厂办公楼的一层中部，房间为南北向。户门为木制，东、西各一个，开在北侧正对办公楼的门厅，其中东侧的门停用。户门尺寸为0.9*2.4m。外墙：南墙为37砖墙，后做50mm聚苯板外墙内保温。其余墙体为24砖墙，后做50mm聚苯板墙体内保温。北墙为无采暖楼梯间（门厅）隔墙，西墙为间断采暖房间的隔墙，东墙为无采暖房间的隔墙，并开有一个内门，有时开。外窗为双层玻璃窗户开在南墙，东西侧各一个，尺寸为1.8*1.5m。顶棚未做聚苯板内保温，其上层办公室为间断采暖房间。室内尺寸为：6.32*4.7m（套内面积：29.7m²），围护结构尺寸取值为：东西长：6.62m，南北宽：5.25m（建筑面积34.8m2），层高：3.0m。

2、热负荷计算

（1）总热负荷计算公式

为了简化计算，本样板间按下式计算热负荷：

 Q_H=Q_H?T+ Q_INF-Q_I?H-                       （1）

式中：Q_H--热负荷（W），供暖期间为维持供暖房间保持一定温度所需要的热量；

Q_H?T--失热量（W），指建筑物通过围护结构向室外传热消耗的热量，此计算不考虑通过地面向下的失热量；

Q_INF--冷风渗透耗热量（W）；

Q_I?H--内部得热（W），住宅建筑取3.80W/m²。

（2）失热量

Q_H?T=（t_i-t_e）Σε?K?F                  （2）

式中：

t_i--室内计算温度，按设计温度16℃计算；

t_e--采暖期间室外平均温度，唐山地区采暖期计算用室外平均温度-2.9℃；

另外，西侧办公室和顶棚办公室属于间歇采暖，假定其室内平均温度为8℃。

ε--围护结构传热的修正系数，取值见表1；

K--围护结构的传热系数(W/m²?K)，计算取值见表1；

F--围护结构的面积（m²）。

（3）建筑物空气渗透耗热量

 Q_INF=（t_i-t_e）（C_ρ?ρ?N?V）   （3）

式中：

C_ρ--空气比热容，取0.28W?h/(kg)?K；

ρ--空气密度，取te条件下的值3.0 kg/m³；

N--换气次数，住宅建筑取0.51/h；

V--换气体积，61.6m³。

计算，得：Q_INF=219.5W

（4）内部得热量

建筑物内部得热，包括炊事、照明、家电和人体散热，住宅建筑取3.80W/m²，即：

Q_I?H：=3.8×6.62×5.25=132.1 (W)

所以，样板间在供暖期间平均总热负荷Q_H和单位热负荷q_H分别为：

Q_H=Q_H?T+Q_INF-Q_I?H=1445.8+219.5-132.1=1533.2(W)

q_H=Q_H/A建筑=1533.2/34.8≈44(W/m²建筑面积)

该计算热负荷高出唐山地区65%节能建筑热负荷标准20.8W/m²的一倍还多。

考虑到极端天气情况下，如：室外温度为-15℃，保持室内温度为20℃，其他所有参数不变，可计算得最大热负荷为2836(W)，单位最大热负荷达到81.5W/m²。

案例二：唐山技工学校测试样板间

该样板间位于技工学校门卫室西侧的房间，单层，墙体原为37砖墙，后做50mm聚苯板外墙内保温，套内尺寸为：3.3m*3.02m(套内面积10m2)，围护结构尺寸取值为：东西长：3.62m，南北宽：4.10m（建筑面积14.8m2），层高：2.80m；房间南北各有一个1.2*1.5m的双层玻璃窗户；户门为双层开在北侧尺寸为0.9*2.4m；屋顶后做50mm聚苯板内保温。南、北、西墙为外墙，东墙为有采暖房间的隔墙。

表2所示为该样板间的围护结构和查表计算出的传热系数。表3系与表1同等设计条件下（室内设计温度16℃，室外平均温度-2.9℃）的各传热面的失热量、占比以及总热负荷和单位热负荷。

同样考虑极端条件下（环境温度：-15℃，室内温度：20℃），其他所有参数不变，计算得总热负荷1130W，单位热负荷67.6W/m²。

以上两个案例的热负荷计算结果表明：

（1）通过南北墙（含窗）向户外的散热量不足总热负荷的1/3；

（2）即使顶棚做了保温，通过顶棚散热量仍然占有相当的比例（案例二为失热量的26.6%），不做顶棚保温时的散热量则可高达总失热量的一半以上（案例一为59.8%）（图1）；

（3）另依据电热膜电地暖模拟测试数据，以2cm挤塑聚苯板为保温层的电地暖通过地面结构层向下的散热量在10～20%（电热膜功率密度180W/m²以内），其中地面结构为“瓷砖+水泥结合层+电热膜”时，较“木地板+电热膜”向下的热散失小；

（4）极端低温天气条件下的热负荷接近甚至超过供暖季平均热负荷的1倍以上，因此对于在实际的使用过程中经常会出现室内温度较低的情况下开始启动电热膜电地暖系统的用户，在热负荷设计时应充分考虑。

二、运行测试及结果分析

综合各种因素后决定两测试样板间的实际设计负荷均为90W/m²，采用的是新宇阳高分子电热膜。其中案例一的高分子电热膜功率密度为150W/m²，规格50cm*580cm（宽*长），共7条，总功率3045W，折合单位建筑面积88W/m²。案例二的高分子电热膜功率密度为180W/m²，规格50cm*270cm)(宽*长)，共5条，总功率1215W，折合82W/m²。

两案例按照“新宇阳高分子电热膜电地暖设计施工验收规范工艺规范”设计、选材、施工、调试、验收。地面结构均为复合木地板下直接铺设电热膜，下铺2cm挤塑聚苯板，双温双控液晶显示温控器，单独安装计量电表，设置漏电保护等电气安全保护措施、过热保护措施等，于2008年1月30日完成验收，进入运行测试。

1、运行记录

案例一之唐山市特陶厂测试样板间运行记录见表4，案例二原始记录略。两案例的运行记录数据汇总见表5。

2、能耗分析

（1）依据几年来连续跟踪测试“新宇阳高分子电热膜电地暖系统”在北京地区冬季供暖应用的统计分析资料（见表6），将上述测试期间的实际能耗进行换算，可分别得到案例一、案例二两样板间在供暖期间的平均能耗分别为0.48kWh/m²和0.40kWh/m²，按唐山市居民用电0.5元/kWh计算，运行费用成本分别为28.8元/m²和24.0元/m²建筑面积；

（2）如果达到唐山地区65%节能建筑标准20.8W/m²，上述运行费用分别降低到15元/m²以内。如果用户在实际运行过程中通过智能化温度控制即行为节能，运行费用仍有降低的余地（见图2）。
       （3）本案例的热负荷计算和实测的运行数据说明，建筑物围护结构是决定热负荷和实际运行效果和运行成本的主要因素。大型居民建筑的顶层、底层和边部、北墙多的户型等同比热负荷和能耗会较多，入住率低、新建建筑等也会增加能耗。

（4）其他测试结果表明，在有温度控制措施的前提下，铺设功率大并不会增加运行费用（图3），相反铺设功率过小，不仅在环境和室内温度较低时升温速度慢、甚至达不到供暖效果，同时能耗也会因为系统工作时间长而大大增加。因此，在系统设计和实际铺设安装时应综合所有关联条件，保证建筑物中的所有需要供暖的房间，在用户可能出现的极端条件下都能满足供暖的要求。

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