大空间建筑在太阳辐射下地板辐射供暖系统及分区方法

技术领域

本发明属于大空间建筑供暖技术领域，具体涉及一种大空间建筑在太阳辐射下地板辐射供暖系统及分区方法。

背景技术

大空间建筑，又称作大跨度建筑，通常是指跨度在30米以上的建筑，如铁路客运站和机场航站楼等。该类建筑作为城市的标志性建筑，往往具有建筑规模庞大、室内层高较高和内部空间通透等特点。出于视野和采光的需求，该类建筑的围护结构通常大面积地采用透明材料，使得大量太阳辐射穿过透明围护结构进入室内。

目前，地板辐射系统因其具有的节能性和舒适性等优点，已经逐渐应用于各类建筑的供暖系统当中。伴随着地板辐射系统的发展，许多智能技术也相继出现。然而，现阶段常用的地板辐射系统设计方案往往采用均匀布置或仅按照建筑的内外分区对系统进行分区布置，而不考虑太阳辐射的影响。对于太阳能资源丰富地区设置有地板辐射供暖系统的大空间建筑，进入室内的太阳辐射直接作用于地板表面，造成地板表面的局部过热现象，显著降低系统的供暖性能，这将直接导致室内舒适度的降低和能源的浪费，进入室内的太阳辐射也没有得到充分利用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现阶段常用的地板辐射系统设计方案不考虑太阳辐射的影响的问题，提出了一种大空间建筑在太阳辐射下地板辐射供暖系统及分区方法。

本发明的技术方案是：一种大空间建筑在太阳辐射下地板辐射供暖系统包括热源、循环水泵、控制阀、分集水器以及位于第一区域、第二区域、第三区域和第四区域的地板辐射供暖盘管单元；

第一区域、第二区域、第三区域和第四区域的地板辐射供暖系统的结构均相同，包括若干分集水器和若干地板辐射供暖盘管单元；分集水器的分水端和地板辐射供暖盘管单元固定连接；热源的输出端分别通过控制阀连接第一区域、第二区域、第三区域和第四区域的地板辐射供暖系统；分集水器的集水端与循环水泵的输入端固定连接；循环水泵的输出端和热源的输入端固定连接。

进一步地，地板辐射供暖盘管单元包括供暖盘管、供水管和回水管；

地板辐射供暖盘管单元通过供暖盘管的供水管和回水管分别与分集水器的分集水端固定连接。

本发明的有益效果是：本发明的地板辐射供暖系统，相比传统的地板辐射供暖系统设计方案，能够显著缓解大空间建筑在太阳辐射影响下室内出现的局部过热现象，使建筑室内温度分布更加均匀，减轻渗透风对大空间建筑室内的影响，提升室内热环境舒适性的同时充分利用太阳辐射进行供暖，减少大空间建筑的供暖系统对常规能源的消耗，具有广泛的应用前景。

基于以上系统，本发明还提出一种大空间建筑在太阳辐射下地板辐射供暖系统分区方法，包括以下步骤：

S1：根据地板辐射供暖盘管单元的布设位置，对大空间建筑的地板表面进行网格划分；

S2：利用Ecotect软件对大空间建筑建立模型，并根据供暖期太阳辐射的逐时数据进行模拟计算，得到每小时照射在地板表面各网格的太阳辐射量；

S3：根据每小时照射在地板表面各网格的太阳辐射量，计算各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量；

S4：根据各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量，计算各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量的最大值；

S5：根据各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量和各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量的最大值，对地板辐射供暖盘管单元进行分区。

进一步地，步骤S1中，对大空间建筑的地板表面进行网格划分的方法为：将划分的网格与各地板辐射供暖盘管单元一一对应。

进一步地，步骤S3中，各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

其中，n表示供暖期总小时数；q

进一步地，步骤S4中，各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量的最大值Q

其中，Q

进一步地，步骤S5中，对地板辐射供暖盘管单元进行分区的方法为：

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

本发明的有益效果是：本分区设计方法依据照射在大空间建筑地板表面的太阳辐射情况将地板辐射供暖系统分为四个区域，合理地利用照射在大空间建筑地板表面的太阳辐射进行供暖，减少系统能耗，降低大空间建筑内部由于太阳照射区造成的室内热环境的差异，提升地板辐射系统的供暖性能。

附图说明

图1为地板辐射供暖系统热水流程图；

图2为地板辐射供暖盘管单元示意图；

图3为大空间建筑某时刻在太阳辐射影响下的示意图；

图4为地板辐射供暖系统分区设计方法的流程图；

图5为大空间建筑地板辐射供暖系统分区平面示意图；

图中，1、热源；2、循环水泵；3、控制阀；4、分集水器；5、地板辐射供暖盘管单元；5-1、供暖盘管；5-2、供水管；5-3、回水管；6、第一区域；7、第二区域；8、第三区域；9、第四区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种大空间建筑在太阳辐射下地板辐射供暖系统，包括热源1、循环水泵2、控制阀3、分集水器4以及位于第一区域6、第二区域7、第三区域8和第四区域9的地板辐射供暖盘管单元5；

第一区域6、第二区域7、第三区域8和第四区域9的地板辐射供暖系统的结构均相同，包括若干分集水器4和若干地板辐射供暖盘管单元5；分集水器4的分水端和地板辐射供暖盘管单元5固定连接；热源1的输出端分别通过控制阀3连接第一区域6、第二区域7、第三区域8和第四区域9的地板辐射供暖系统；分集水器4的集水端与循环水泵2的输入端固定连接；循环水泵2的输出端和热源1的输入端固定连接。

在本发明实施例中，如图2所示，地板辐射供暖盘管单元5包括供暖盘管5-1、供水管5-2和回水管5-3；

地板辐射供暖盘管单元5通过供暖盘管5-1的供水管5-2和回水管5-3分别与分集水器4的分集水端固定连接。

在本发明实施例中，如图3所示，A1为建筑玻璃幕墙，A2为建筑屋面，A3为地板辐射供暖系统，A4为太阳辐射，A5为受太阳辐射影响区域，A6为未受太阳辐射影响区域。在大空间建筑的使用过程中，进入室内的太阳辐射往往只作用于建筑地板表面的局部区域，造成大空间建筑内部出现局部过热现象并显著降低太阳辐射影响区域地板辐射供暖系统盘管单元的供暖性能，直接导致室内舒适度的降低和能源的浪费。

基于不均匀的太阳辐射，本发明提出了一种大空间建筑在太阳辐射下地板辐射供暖系统分区方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1：根据地板辐射供暖盘管单元的布设位置，对大空间建筑的地板表面进行网格划分；

S2：利用Ecotect软件对大空间建筑建立模型，并根据供暖期太阳辐射的逐时数据进行模拟计算，得到每小时照射在地板表面各网格的太阳辐射量；

S3：根据每小时照射在地板表面各网格的太阳辐射量，计算各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量；

S4：根据各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量，计算各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量的最大值；

S5：根据各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量和各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量的最大值，对地板辐射供暖盘管单元进行分区。

在本发明实施例中，如图4所示，步骤S1中，对大空间建筑的地板表面进行网格划分的方法为：将划分的网格与各地板辐射供暖盘管单元一一对应。

在本发明实施例中，如图4所示，步骤S3中，各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

其中，n表示供暖期总小时数；q

在本发明实施例中，如图4所示，步骤S4中，各网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量的最大值Q

其中，Q

在本发明实施例中，如图4所示，步骤S5中，对地板辐射供暖盘管单元进行分区的方法为：

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

若第i行第j列网格在整个供暖期接收到的太阳辐射累积量Q

在本发明实施例中，第一区域为受太阳辐射影响强烈区域，第二区域为受太阳辐射影响较强区域，第三区域为受太阳辐射影响较弱区域，第四区域为受太阳辐射影响微弱区域。

在本发明实施例中，如图5所示，C1为建筑玻璃幕墙，C2为建筑墙体，C3为第一区域(受太阳辐射影响强烈区域)，C4为第二区域(受太阳辐射影响较强区域)，C5为第三区域(受太阳辐射影响较弱区域)，C6为第四区域(受太阳辐射影响微弱区域)，C7为各地板辐射供暖盘管单元间的界线。

某大空间建筑的地板辐射供暖系统各盘管单元的分区结果如图5所示。分区方案确定后，在地板辐射供暖系统设计的过程中，需要充分考虑太阳辐射的影响，适当增加系统受太阳辐射影响强烈、影响较强区域的盘管间距，降低这些区域的系统的供热量。另外，在日间地板辐射供暖系统的实际运行过程中，太阳辐射穿过大空间建筑的透明围护结构进入室内，对四个区域的地板辐射供暖系统盘管单元造成不同程度的影响，此时，需要将四个区域的盘管单元分开进行控制，如图5所示。例如，当高密度的太阳辐射只照射在地板辐射供暖系统的部分区域，如第一区域，并造成该区域的室内温度高于设计温度时，调节第一区域的控制阀，减少该区域的供暖系统热水流量或直接关闭该区域的供暖系统，以此降低供暖系统的供热量，避免在太阳辐射影响下出现局部过热现象。与此同时，未受太阳辐射影响区域，即第二、第三、第四区域的地板辐射供暖系统则保持开启，继续按照设计工况继续为建筑供暖。

本发明的工作原理及过程为：该方法根据照射在大空间建筑地板表面的太阳辐射情况对地板辐射供暖系统进行分区设计，并在地板辐射系统运行过程中对各区域进行单独控制。

本发明通过对大空间建筑地板辐射供暖系统各盘管单元表面在供暖期接收到的太阳辐射情况进行模拟统计，得到各盘管单元受太阳辐射的影响情况，随后将整个地板辐射供暖系统按照受太阳辐射影响的程度分为四个区域，从第一区域到第四区域受太阳辐射影响程度逐渐降低，并针对四个区域分别设计地板辐射供暖系统。此外，在地板辐射供暖系统运行的过程中，将四个区域的系统分开进行控制，以充分适应照射在大空间建筑地板局部表面的太阳辐射。在夜间，四个区域的地板辐射系统共同开启为建筑供暖；在日间，太阳辐射进入大空间建筑时，受太阳辐射影响较为强烈的区域的地板辐射供暖盘管单元通过降低热水流量或直接关闭的形式降低该区域的供热量，充分利用太阳辐射进行供暖、减少系统对常规能源消耗的同时，缓解该区域出现过热现象，而受太阳辐射影响较为微弱的区域的地板辐射供暖盘管单元则继续开启，按照设计工况继续为建筑供暖。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的地板辐射供暖系统，相比传统的地板辐射供暖系统设计方案，能够显著缓解大空间建筑在太阳辐射影响下室内出现的局部过热现象，使建筑室内温度分布更加均匀，减轻渗透风对大空间建筑室内的影响，提升室内热环境舒适性的同时充分利用太阳辐射进行供暖，减少大空间建筑的供暖系统对常规能源的消耗，具有广泛的应用前景。

(2)本分区设计方法依据照射在大空间建筑地板表面的太阳辐射情况将地板辐射供暖系统分为四个区域，合理地利用照射在大空间建筑地板表面的太阳辐射进行供暖，减少系统能耗，降低大空间建筑内部由于太阳照射区造成的室内热环境的差异，提升地板辐射系统的供暖性能。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。