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規程的誤解!
地暖技術規程經歷了從JGJ 142-2004《地面輻射供暖技術規程》到JGJ 142-2012《輻射供暖供冷技術規程》的改版,地暖技術也發展為濕式、干式和輕薄供暖板三類。地暖技術規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定性”,而做頂棚輻射的同仁從來就沒有蓄熱輻射的說法。實踐證明,“地暖蓄熱說”已傷及南方地暖市場,因此很多開發商已開始拋棄這種說法。本文著重澄清“地暖蓄熱說”的技術事實。
一、國家地暖標準對水泥填充層的功能定義
在JGJ 142-2012《輻射供暖供冷技術規程》中,對水泥填充層的明確定義是:加熱供冷部件用的構造層,起到保護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,沒有任何技術依據。
二、蓄熱及蓄熱材料的主要技術條件
蓄熱是指通過相應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材料。
蓄熱材料在特定的溫度(如相變溫度)下發生物相變化,并伴隨著吸收或放出熱量,可用來控制周圍環境的溫度,或用以儲存熱能,其主要技術條件是:
1、熱力學條件。①有合適的導熱系數,導熱系數大,則導熱性能好,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,則在相同體積或質量下蓄熱能力強。
2、化學條件。①熱穩定性好。在反復加熱冷卻的 情況下能夠保持物性基本不變,能夠長期穩定工作。 ②腐蝕性小,與容器、管路等材料相容性好。
事實上,混凝土的導熱系數、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;混凝土層受熱容易開裂,熱穩定性較差,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的錯誤認知!
三、地暖是熱輻射、熱傳導和熱對流的綜合結果,對蓄熱沒有任何技術關聯
熱量傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。
1、熱傳導是介質內無宏觀運動時的傳熱現象,在固/液/氣體中均可發生,流體由于溫度梯度所造成的密度差而產生自然對流。因此,地暖循環水中存在熱對流與熱傳導同時發生,地暖管與均熱介質之間是熱傳導,均熱介質的導熱率越大其熱傳導量越大。
2、熱對流又稱對流傳熱,指流體中質點發生相對位移而引起的熱量傳遞過程,存在于地暖管循環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象,一切溫度高于絕對零度的物體都能產生熱輻射,發熱地面就是地暖的輻射面。
所以:地暖是熱輻射、熱傳導和熱對流三種方式共同作用的結果,最終通過大面積的地面熱輻射實現房間采暖,地暖的熱輻射比例相對較高。地暖的地面熱輻射、地暖管和均熱介質的熱傳導及地下循環熱水 和房間空氣間的熱對流,均和蓄熱無任何技術關聯!
四、發熱面構成輻射面、地面溫度決定地暖效果
綜上,可簡單歸納地暖的技術原理是:由于地暖管主要通過熱傳導加熱有均熱介質的地面,由于發熱地面主要通過熱輻射加熱房間空氣。得出:地暖技術的本質是發熱面構成輻射面,而不是蓄熱面構成輻射面!
水泥填充層少量的蓄熱僅是地暖熱傳導過程中的熱堆積現象,只要給地面提供均勻的熱量就會產生良好的熱輻射結果,哪怕是用蓄熱性能優良的相變材料,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結構下,與地暖接觸的均熱介質導熱率決定地面溫度,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!均熱介質的導熱率越大,熱傳導效率越高,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,均熱介質的導熱率越高,表面溫差越低,對房間溫度的波動影響也越小。
五、鋁板干式地暖熱穩定性明顯高于水泥濕式地暖
熱穩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,穩定性越高。水泥填充層在受熱時很容易開裂起縫,這是基本常識,原因是混凝土受熱膨脹產生內應力,導致機械強度降低,容易發生開裂現象,尤其是低于4cm的水泥填充層。而相對應的,溝槽鋁板的熱穩定性自然很高。
熱穩定性在建筑學上,是指在周期性熱作用下,圍護結構或房間抵抗溫度波動的能力。經大量實測: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兩方面定義的熱穩定性結果,可以得出:鋁板干式地暖的熱穩定性遠高于水泥回填濕式地暖!濕式地暖因水泥蓄熱而熱穩定性更高的說法是不專業的!
六、結語
1、國家地暖技術規程明確水泥填充層的兩大功能是保護管道和均勻傳熱,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,水泥回填層的導熱系數很小、蓄熱密度較小,受熱易開裂、熱穩定性較差,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,讓地暖不夠節能。
3、地暖是熱輻射、熱傳導和熱對流共同作用的結果,地暖的熱傳遞過程與蓄熱無任何技術關聯。
4、地暖技術原理是發熱面構成輻射面,而非蓄熱面構成輻射面,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的定義,鋁板干式地暖熱穩定性明顯高于水泥濕式地暖,且熱量利用率更高!