地暖系统水温不低、流量也充足,但房间还是不热?问题出在哪里
在回答房间为什么不热这个问题前,首先要弄懂,影响热量的两个因素到底是什么?
这个问题很关键,很多朋友认知里的误区和盲区都来源于此,所以需要详细分析以加深印象,而并非直接说出答案。一般情况下可以认为流量的大小和水温的高低会影响末端散热量的多少,而“二般”情况下并非如此。
为什么可以认为是流量和水温
先分析为什么可以认为是流量和水温。可以试想一下:当房间内暖气片的型号和室内空气温度已经确定后。
1.此时改变供水温度会影响暖气片的散热量:在给这组暖气片供应相同流量的前提下,80℃供水时的散热量会高于60℃供水时的散热量。
2.改变流量也会影响散热量:在给这组暖气片供应相同水温的前提下,每小时供100L热水肯定比供1滴热水时的散热量大。
总之,对于同一个时刻的同一组暖气片,水温越高、流量越大时,其表面温度越高、向房间散发的热量就越多。
暖气片的平均水温、空气温度与散热量之间的关系
同一组暖气片的平均水温和房间内空气温度的差值越大时,其向房间散发的热量越多,而这个差值就是暖气片的一个重要参数:过余温度ΔT。即:ΔT=(t供+t回)/2-t空。
其中t供为供水温度,t回为回水温度,t空为室内空气温度。
比如供水温度95℃、回水温度70℃、空气温度18℃时,ΔT=(95+70)/2-18=64.5℃;
供水温度80℃、回水温度60℃、空气温度20℃时,ΔT=(80+60)/2-20=50℃。
当提高某组暖气片的供水温度且其它条件不变时,该组暖气片的回水温度会随之升高,因此平均水温升高、ΔT变大、暖气片的散热量增加。
当增加某组暖气片的流量且其它条件不变时,充足的流量也会使回水温度升高、平均水温升高、ΔT变大、散热量增加,只是增加的比例相对较少。
地暖也是同样的道理:对于同一套地暖,当供水温度越高、流量越大时地面越热、散热量也越多。所以我们说,一般情况下可以认为影响热量的两个因素是流量和水温。
系统水温也不低、流量也充足,但房间还是会不热,这又是为什么呢?
相信你已经按捺不住要反驳我了,因为实际工作中经常发现:系统水温也不低、流量也充足,但房间还是会不热,这又是为什么呢?
我们先来看一个案例。2015年的冬天我处理过这样一个售后:业主报修家里地暖不热,三室两厅,建筑面积120多平,地暖实铺面积约80平,热源是集中供暖,系统中没有混水也没有外置泵,全屋木地板,分水器在厨房,室内空气温度在16℃左右。
在集中供暖地区,因为整栋楼都在采暖,所以正常情况下不开暖气也应该有这种温度。这也就反映出一个问题:业主家的地暖几乎不向房间内散发热量;或者虽然地暖散热量不少,但房间需要的热量更多;总之地暖散发的热量仅仅能够让温度升高到16℃。
进门后我先摸了一下木地板——冰凉,是几乎没开地暖的那种凉;我又摸了厨房的瓷砖地面——烫手。厨房推拉门的一侧是瓷砖、另一侧是木地板,瓷砖烫手,木地板冰凉,原因一目了然。
接着我打开橱柜,看了看系统的供回水温度:供水60℃,回水58℃。
这就是我们说的二般情况:供水温度60℃,这个温度对地暖来说不是太低而是太高了,同时系统中没有出现供水热回水凉的现象,说明在当前工况下,流量还是比较充足的。
其实地暖也是一种散热器
我们公司办公室的采暖系统采用空气源热泵+地暖的方式,整套系统根据设定好的时间间断运行,下班前提前关、上班前提前开。办公室有两面外墙,墙上全是大玻璃窗,但即便如此,在冬天的大部分时间里,系统的供水温度只需要35℃左右,室温也能达到20℃。
供水温度60℃的地暖,还没有水温35℃的暖和,这是为什么?原因在于第一个案例中,木地板的表面温度太低了。当时用户家的地面温度只有18℃左右,空气温度16℃左右,地面温度和空气温度的差值为:18℃-16℃=2℃。此时每平米地暖向房间散发多少热量呢?有一个公式可以帮助我们计算出大概的数据:Q=8.92×(t地-t空)1.1=8.92×21.1=8.92×2.14≈19W·h
Wh是什么单位?我们平时习惯的热量单位是W呀!我们要分清热量、功、功率三者之间的关系和相应的单位。最初热量的单位是卡路里(cal),功的单位是焦耳(J),功率的单位是瓦(W)。一开始物理学家们并不知道热量和功之间的关系,甚至一度认为热量是一种物质,直到英国物理学家焦耳通过实验发现了热量与功之间数量上的转换关系,得出了1卡=4.1840焦耳这个关系式,自此就可以用做功的多少来形容热量的多少了,这就是热功当量。后经物理学家多年实验修正,目前物理学中公认的是:1cal=4.1868J,为了计算方便,可取1cal=4.2J,后来J成为了功和热量的国际单位。
卡、大卡/千卡:1卡路里简称1卡,1大卡=1千卡=1kcal=1000cal;1克水在1个大气压下温升/温降1℃时,吸收/释放的热量即为1cal。
焦、千焦:在作为功的单位时,1J相当于1牛顿的力使物体在力的作用方向上移动1米时所做的功,如果这个做功的时间总共用了1s,则其功率为1W。
功率=功/时间,即:1W=1J/s,则:1J=1Ws=(1/3600)Wh,所以Wh是功的单位,同时也可以看做是热量的单位。
我们再用热功当量将kcal换算成Wh。
1kcal=1000cal=4186.8J=4186.8W·s=(4186.8/3600)Wh=1.163Wh。即:1kcal=1.163Wh。
则:1kWh=1000Wh≈860kcal,也可以描述为:1kW=860kcal/h。
所以如果描述一台壁挂炉的输出功率是24kW是对的,但不能说热量是24kW,原因在于热量的单位并不是W或者kW。但因为24kW的功率与24kWh的热量在数值上是一样的,再加上我们表述热量或功率时默认的时间单位都是小时,慢慢的我们养成了用kW来形容热量多少的习惯,同样的例子还出现在空调上,比如我们会说一台1匹的壁挂机,其制冷量约为2.5kW,制热量约为2.8kW。其实不管我们用哪个单位去表述热量的多少,只要明白知识点背后的含义就可以了。
为了避免不必要的麻烦,我们尽量用W和KW来作为热量和功率的单位。计算每平米地暖的散热量,还有另外一个公式,我们再进行一次验算。
公式为:t地=t空+9.82×(Q/100)0.969
将案例中的数值代入公式中得:18=16+9.82×(Q/100)0.969。求得:Q≈19W·h
两个公式的计算结果基本一致,但第一个计算起来更方便一些。
地面温度是决定房间温度的重要因素
该案例中选择的木地板和防潮垫热阻较大,这就像在蓄热层上方加了一层保温,影响了蓄热层向地面传热,所以地面温度较低;当60℃的供水进入地暖管循环时,只能散发很少一部分热量,因此温降很小、回水温度较高。
木地板的热阻虽然比瓷砖高,但并非所有的木地板都不能用于地暖,作为暖通公司的专业人员,我们有责任在方案设计初期,了解清楚业主家的地面材质,如果选择木地板时,要及时提醒其与木地板供应商对接好,选择适合的木地板,否则后期出现不热的问题时,可能只有拆地板或者把地暖改成暖气片这两种选择了。
从这个案例中我们得到了什么知识
影响热量的两个因素有时不能理解为流量和水温,准确说应该是流量和供回水温差,通过这两个参数就能计算出某个末端或者整套系统散发的热量了。上面木地板案例中,采暖系统向房间散发的总热量有多少呢?我们不妨用两种方法进行计算。
方法一:用单位面积的平均散热量和总散热面积进行计算。上面我们得到的数据是:每平米地暖每小时向上的平均散热量约19W,总共80平地暖,总散热量约为:19W×80=1520W,这项数据虽然不够精准,但作为参考数值还是没有问题的。
方法二:利用热量—质量计算公式进行计算。
地暖系统水温不低、流量也充足,但房间还是不热?问题出在哪里?