地板辐射采暖系统温度分布测试方案
一、提出问题
地板辐射采暖，是通过在地面下敷设热水输送散热盘管，利用地面自身的蓄热辐射而将热量向地面上的空间散发的一种采暖方式。低温地板辐射采暖方式低压将低于60℃的热水，通过塑料管循环，加热地面层，以辐射方式向室内传热。然后问题出现了，地板辐射采暖是否温度分布是否均匀，是否满足人
[1]体的舒适性要求。马良栋在室内低温地板辐射采暖的温度分布及湍流流动数值模拟中，论证了地板辐
射采暖的合理性及舒适性，但是还需要用实验来证明。
二、实验假设与理论依据
1.实验假设
三十年代初地板辐射采暖技术就在欧洲发达国家开始使用。早期的埋管为铁管，但易结垢，抗腐蚀性差，施工困难；铜管效果好，但造价高。进入二十世纪七十年代，随着各种新型塑料热水管材的出现，为实现低温地板采暖创造了条件，同时也促进了此项技术日益完善和迅速发展。宗利华在塑料埋管地板
[2]辐射的热工性能分析中，测试了塑料埋管，这种轻质廉价材料在热工性能方面是否达到要求，并做出了肯定的回答。地板采暖大量用于饭店、商场、展览馆、体育馆等大型公共建筑，而且已普及到住宅，日益融入家庭生活。
[3]丁云在地板辐射采暖热舒适性实验研究中，虽然也得出了地板辐射采暖热舒适性，但是实验中所
选的检测点数目过少，不利于对实验结果进行分析。
本实验对地板辐射采暖系统的温度分布进行了分析，对其是否满足热舒适性进行了论证。
2.理论依据
研究地板表面温度分布，通过热电偶地表温度，然后对所测的数据进行分析。
三、实验目标
通过该项实验了解热电偶的测温原理，掌握数据采集数据分析的方法，熟悉地板辐射采暖的原理，通过实验及实验数据自己验证地板辐射采暖的舒适性。同时，在实验过程中培养自己分析问题解决问题及科技探索的能力。地板辐射采暖作为一种新的采暖方式，逐渐深入家庭住宅，通过本实验，可以为日后从事相关工作打下基础。
四、实验系统
试验设备主要包括：恒温加热水箱、分集水器、循环水泵、电子式热量表、热电偶、非接触式测温仪及自动测温仪，标准水银温度计等。
恒温加热水箱的容积为0.375m3，加热量8kW，温度控制精度±1℃；
循环水泵为YY312型，扬程8m，功率120W，转速2800转/分；
热量表：Danfo热量表，测量供回水温度、流量、流速和总热量，测量精度±0.1℃ 热电偶：铜——康铜热电偶，测温范围为－20～350℃；
测温仪：日本横河（YOKOGAWA Hybrid Recorder DR240）多路自动测温仪，具有多路温度自动循环检测和存储的功能；
非接触式（红外线）测温仪：测温范围－32～400℃，精度±1℃。
本实验共有38个测点，其中四壁的测点均为墙体正中1.5米高度处，外窗的两侧各设一个测点；地板中心及四个墙角（距墙600mm）设置5个测点，地板上每一测点垂直向上至顶棚有4个测点，分别为距地面0.3m、1.5m、2.8m 和顶棚位置；对邻室的温度以及隔墙外壁面温度进行测量，共6个点；室外温度和外墙外表面温度各有两个测点。室内垂直温度测点的布置见图4-4。
图1 室内垂直温度测点的布置图
五、实验原则
实验过程坚持求真务实、实事求是的原则，坚决杜绝实验作假，编造实验数据。
六、实验过程
1.水箱内设电加热器加热水，采用调压变压器调节电压，以控制系统的供水温度，控制水温为60℃；
2.通过调节供回水干管间的旁通阀，以控制供水流量，由电子式热量表可直接读取系统的供回水温度和流量；
3.热电偶采用501型超级恒温器进行了标定。各热电偶在测量空气温度时，均使用防辐射罩；在测量墙体、地面的温度时，保证热电偶与固体表面紧密接触，同时在表面涂一薄层石膏粉（由于石膏粉的热阻较小，既减少了热电偶与墙体表面之间的接触热阻，又起到了防辐射的作用）。
4.用YOKOGAWA Hybrid Recorder DR240 型测温仪对30对热电偶进行巡回检测和自动记录。经过标定的热电偶分别对地板表面温度、室内外空气温度、墙体内外表面温度、顶棚、吊顶空间空气层温度进行测量，测温仪每间隔5分钟自动采集各测点数据。预先选定被控参数（室内空气温度或地板表面温度）的上下限，当参数低于设定的下限时，开启循环水泵对系统进行加热；当参数高于设定的上限时，关闭循环水泵，系统停止供热，依靠地板采暖房间所蓄热量保持室内空气温度平缓的下降，直至达到设定的下限值。
七、实验预期结果及分析
分别针对房间封闭时（即关门）开门时进行测定。其中关门时所测得的其每一层的38个测点温度最大值tmax、最小值tmin和两者差值△t及每一层的温度平均值丁列于表1中。z为距离地面的高度。
由表1可知，z为0时，所测地表温度的最大值和最小值相差较大，原因是最小值的测点正好放置于靠近墙壁的位置，而这个位置已位于所埋设热水管的外面，所以相应测得的温度偏低，而最大值的测点正好放置于所埋设热水管的正上方，所以相应测得的温度偏高，而测点布置在所埋设热水管中间位置的，相应测得的温度位于中间值．从所测数据的统计数据看，地表温度的分布是不均匀的，波动幅度在3℃左右．表1同样示出，房间的空间温度分布即名为44，88，133，171和221 cm时，均匀性较好，特别是z为44，88和133 cm时，最大值和最小值的差别都小于2℃．在44 cm≤z≤171 cm的高度范围内，温度竖向分布也差别不大，其每层平均值的最大差别仅为0.73℃，而这些高度区域，正好处于人活动的空间，所以热舒适性会较好。
表1 测点的温度分布统计
图2示出了整个房间内的温度分布，地板表面温度明显高于空间温度，z为44，88 cm时的空间温度普遍高于z为133，171和221 cm对的温度，即地板辐射采暖房间内温度分布总体上是自下而上，温度从高到低变化，但空间的温度变化幅度不大。
图2 整个房间的温度分布
为了探明当房间不封闭时，即开门时对房间内温度的影响(开门后等待房间温度稳定后开始测定，该门为内门，门外环境温度为27℃)，房间开门时的温度分布也被测定，并和闭门时相比较，结果如图3所示。
由图3可知，当地板辐射采暖房间开门时，空间内每一层的温度分布（即z为44，88，133，171和221 cm）也比较均匀，但地表温度（即z为0）的均匀性较差。开门处的气流对温度分布的均匀性基本没有影响，但受此气流影响，开门时各个测点的温度和闭门时相比较普遍降低，但地板表面温度还维
持原来水平。
图3各层的开门和闭门时的温度分布
八、结论
1 地板辐射供暖的地板表面平均温度是根据人体的舒适感及生理条件要求确定的，并且地面温度分布均匀性良好，不会给居住者造成忽冷忽热的感觉。
2 地板辐射采暖在房间下部分垂直方向上温度由下而上逐渐衰减，而在空间的上部分会有一个轻微的温度上升的趋势，这样既在人的活动区域温度能满足舒适度要求，在非人员活动区域又可以因为温度的降低而减少围护结构的散热量。随着不同的高度方向，其温度形成了明显的温度层面，形成了一定的温度分布规律，这一“足热头凉”的温度分布特点，既符合空气流动的需要，又接近于人体的热舒适要求。
参考文献
[1] 马良栋.室内低温地板辐射采暖的温度分布及湍流流动数值模拟.工程热物理.2005.26(3)
[2] 宗利华.塑料埋管地板辐射采暖的热性能分析.煤气与电力.2000
[3] 丁云.地板辐射采暖的热舒适性实验研究.建筑热能通风空调.2008.27(6)
