一种强化对流型辐射供暖墙的制作方法

本发明属于建筑采暖技术领域，涉及一种强化对流型辐射供暖墙，主要用于教室、办公室等公共空间冬季采暖，可根据实际建筑需求灵活改善室内热环境。

背景技术：

随着社会经济的快速发展、人们生活水平的不断提高，建筑业能耗逐年增加，并约占到社会总能耗的三分之一。而用于改善建筑热环境所需的采暖空调能耗又约占到建筑能耗40％左右。因此，开展利用可再生能源、设备系统优化等是实现采暖空调节能的主要途径。

目前，我国冬季建筑采暖的主要特征是基于室内单值热环境设计参数、稳态建筑传热过程的无差别持续供热方式。室内热环境调控性差，甚至会出现部分时段“室温过高、开窗散热”的现象，采暖能源浪费严重。据统计，由于采暖末端调节控制不灵活而造成的额外能耗约占到采暖总能耗的30％以上。因此，应根据建筑实际用途、室内热需求特性开发出适宜的高效灵活供暖末端。

低温地面辐射供暖具有舒适、节能等诸多优点。但是，对于室内地面改造困难、要求热环境响应快的建筑，例如教室等，那么传统地面辐射末端的蓄热性能大、热响应慢等特性将成为制约。又因为，我国西北地区太阳辐射强烈，教室内南暖北冷的热环境不均匀问题突出。

技术实现要素：

针对现有地暖辐射盘管散热末端存在的室内地面改造困难、热环境响应慢等问题，本发明提供一种强化对流型辐射供暖墙，该供暖墙在保留传统低温辐射供暖优点的同时，又增加了墙面多孔对流散热技术，且施工改造方便、调节灵活，极其适用于我国西北中小学教室采暖。

为了使实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种强化对流型辐射供暖墙，包括设置在建筑外墙内壁上的对流加热系统；所述的对流加热系统中设置有加热装置，并且具有空气间层；所述的对流加热系统上开设有进气孔以及出气孔，其中，进气孔位于出气孔的下方；室内温度较低的空气由进气孔进入到空气间层中并被所述的加热装置加热，加热后温度较高的空气从所述的出气孔排放到室内。

进一步地，所述的加热装置包括设置在建筑外部的太阳能热水器，所述的对流加热系统中盘绕设置有用于加热空气的加热盘管，加热盘管的两端连接至所述的太阳热水器；所述的加热盘管的两端分别安装有供水阀门以及回水阀门。

进一步地，所述的对流加热系统中设置有盘管架，所述的盘管架为多根平行设置的横杆以及多根平行设置的纵杆构成的网状结构；所述的加热盘管盘绕在盘管架上，加热盘管与建筑外墙的内壁平行；所述的加热盘管通过扎带连接在所述的盘管架上。

进一步地，所述的对流加热系统包括与建筑外墙内壁平行的面板，面板的周围与建筑外墙之间设置有侧板；所述的空气间层为所述的面板、侧板与建筑外墙内壁之间的空间；所述的进气孔成排开设在面板的下部，出气孔成排开设在面板的上部。

进一步地，所述的加热盘管采用平行方式铺设，其中加热盘管内水流的流动方式是从下部向上流动。

进一步地，所述的面板为矩形板，所述的侧板包括顶侧板、底侧板以及一对边侧板，其中，边侧板的两端设置有卡块，所述的顶侧板、底侧板上开设有与所述卡块配合的卡孔；所述的一对边侧板中，其中一个边侧板上开设有用于穿过加热盘管的通孔。

进一步地，所述的加热盘管中热水的流速为0.35-0.5m/s。

进一步地，所述的对流加热系统内部的建筑外墙内壁上设置有内保温层。

进一步地，所述的内保温层上设置有铝箔。

进一步地，所述的盘绕设置的加热盘管中，相邻排的加热盘管的间距为200mm，盘管的内径为20mm。

进一步地，所述的进气孔、出气孔的直径为30mm。

进一步地，所述的建筑外墙为建筑北侧的外墙。

本发明与现有技术相比，具有以下技术特点：

1.强化对流:与传统的墙体采暖末端相比，本发明墙体在面板上开孔，室内空气从面板下侧孔进入围箱中，与围箱中的盘管进行换热后，因浮升力向上运动，从上侧孔流出，该散热末端强化了室内空气流动，无需动力装置，仅靠热压作用实现空气循环。

2.热舒适感好:该辐射供暖墙末端中盘管选择平行铺设，造成室温自下而上逐渐递减，给人以“脚暖头凉”的感觉，符合人体对于热环境的要求，带来的热舒适感好。

3.施工安装、改造方便:与传统的地暖辐射盘管系统相比，该强化对流型辐射供暖墙体末端施工安装时，不需要破坏已有建筑结构，只需要在已有墙体结构基础上增加一层围箱结构，施工安装、改造方便。

4.空气流动孔不会堵塞:由于本墙体结构采用平行于建筑外墙安装，因此空气流动孔不会像强化对流式地板供暖那样容易被灰尘等堵塞，而且其不受室内家具等遮挡的影响，因而传热效率高。

5.节能环保:本强化对流型辐射供暖墙，可以采用太阳能这一清洁能源作为热源，降低对环境的污染。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的轴测图；

图3为本发明在运行时的工况示意图；

图4为盘管铺设正视图；

图5为面板部分的结构分解示意图；

图6为加热盘管架安装示意图；

图7为加热盘管安装示意图；

图8为进气孔、出气孔的不同开孔形状示意图；

图9为进气孔、出气孔不同打孔密度示意图。

图中的标号为：1—建筑外墙，2—内保温层，3—盘管架，4—面板，5-1—出气孔，5-2—进气孔，6—面板，6-1—顶侧板，6-2—底侧板，6-3—边侧板，7—铝箔，8—加热盘管，9—钉子，10—空气间层，11—水泵，12—供水阀门，13—回水阀门，14—扎带，15—卡块，16—卡孔，17—螺钉，18—固定环，19—通孔。

具体实施方式

如图1至图9所示，本发明提供了一种强化对流型辐射供暖墙，包括设置在建筑外墙1内壁上的对流加热系统；所述的对流加热系统中设置有加热装置，并且具有空气间层10；所述的对流加热系统上开设有进气孔5-2以及出气孔5-1，其中，进气孔5-2位于出气孔5-1的下方；室内温度较低的空气由进气孔5-2进入到空气间层10中并被所述的加热装置加热，加热后温度较高的空气从所述的出气孔5-1排放到室内。

本发明的对流加热系统，设置于房间内部，即安装在建筑外墙1的内壁上，例如可以安装在内壁的中部或中下部位置；由于室内冷空气密度大，所以设置在中部或中下部位置能更好地促使室内温度较低的空气进入到对流加热系统中。对流加热系统中具有空气间层10，该空气间层10是一个相对密闭的空间，在该空间中，利用所述的加热装置对室内温度较低的空气进行加热。本方案中，在对流加热系统中设置了加热装置，用以对进入空气间层10中的冷空气进行换热，以提升空气温度，最终加热后温度较高的空气自出气孔5-1排放到室内环境中。本方案的一个重要特点是利用对流的方式，使空气进行循环加热，而无需额外的动力源。当对流加热系统中的加热装置工作时，对空气间层10中的空气加热，受热后的空气上浮，从出气孔5-1排出到室内，与此同时，房间下部温度较低的冷空气进入到对流加热系统中，由此强化了室内空气的循环流动，从而不断地对室内空气进行加热，改善室内的热环境。

本方案中所述的加热装置采用太阳能供热的方式，其中，加热装置包括设置在建筑外部的太阳能热水器，所述的对流加热系统中盘绕设置有用于加热空气的加热盘管8，加热盘管8的两端连接至所述的太阳热水器；所述的加热盘管8的两端分别安装有供水阀门12以及回水阀门13，以便于加热盘管8的检修，这种加热方式无需耗费电能，尤其适用于我国空气质量较好的西北部地区。另外，加热盘管8上安装有水泵11，用于调节加热盘管8内水流的流速。

具体地，如图2、图4所示，所述的对流加热系统中设置有盘管架3，所述的盘管架3为多根平行设置的横杆以及多根平行设置的纵杆构成的网状结构；采用这种结构的盘管架3，使得加热盘管8与空气的接触面积更大，能有效地与空气换热；所述的加热盘管8盘绕在盘管架3上，加热盘管8与建筑外墙1的内壁平行，从而可以使得进入到空气间层10中的空气被均匀、充分地加热；所述的加热盘管8通过扎带14连接在所述的盘管架3上。盘管架3通过固定环18安装在建筑外墙1内壁上，通过螺钉17对固定环18进行固定。另外，还可以在盘管架3上设置用于支撑加热盘管8的钉子9。

加热盘管8采用平行方式铺设，所述的加热盘管8采用平行方式铺设，其中加热盘管8内水流的流动方式是从下部向上流动。即加热盘管8的进水端位于下部，回水端位于上部，热水是从盘绕设置的加热盘管8的下部进入到加热盘管8中的，在加热盘管8中向上流动，最终从上部的回水端流回到太阳能热水器。该铺设方式的特点是通常产生的温度一端高一端低，该方案使室内温度较低的空气通过面板4下侧进气孔5-2进入空气间层10中，与加热盘管8的高温端相接触换热，随着空气间层10中高度的增加，空气间层10内空气温度逐渐升高，温度较高的空气与加热盘管8低温端相接触换热，从面板4上侧出气孔5-1中流出，进入室内。

如图5所示，所述的对流加热系统包括与建筑外墙1内壁平行的面板4，面板4的周围与建筑外墙1之间设置有侧板；所述的空气间层10为所述的面板4、侧板与建筑外墙1内壁之间的空间，该空间是一个相对密闭的空间；所述的进气孔5-2成排开设在面板4的下部，出气孔5-1成排开设在面板4的上部。

一种结构简单并且实用的面板4布设方式是，如图5，所述的面板4为矩形板，所述的侧板包括顶侧板6-1、底侧板6-2以及一对边侧板6-3，其中，边侧板6-3的两端设置有卡块15，所述的顶侧板6-1、底侧板6-2上开设有与所述卡块15配合的卡孔16，这种安装方式简单且拆卸方便；所述的一对边侧板6-3中，其中一个边侧板6-3上开设有用于穿过加热盘管8的通孔19。

另外，所述的对流加热系统内部的建筑外墙1内壁上设置有内保温层2，可以防止盘管热量从建筑外墙1散逸；所述的内保温层2上设置有铝箔7，铝箔7能够反射热辐射，使得加热盘管8散发出的热量能充分地作用于空气间层10中的空气，以提高加热效率。

参见图3，为冬季运行工况下室内空气循环流动示意图，由于冷热空气密度差的不同，室内冷空气向下流动，热空气向上流动，冷空气由下侧进气孔5-2进入空气间层10中，在空气间层10中被与太阳能热水器相连的加热盘管8加热，在热压的作用下，密度减小向上流动，经由面板4上侧出气孔5-1吹出，与室内空气形成一个自然循环，无需提供任何附加动力装置。

参见图8、9，对于不同建筑用途，面板4上的进气孔5-2、出气孔5-1可以采用不同开孔形状和不同打孔密度，以改善室内热环境。

以下通过具体实例对本发明做进一步的说明。

以西安市为例，供暖室外计算温度-3.2℃，强化对流型辐射供暖墙的尺寸为1.5m×2.1m，加热盘管管径为20mm，盘管间距为200mm，供回水温差为3℃，面板上进气孔、出气孔的直径为30mm，孔的数量为10×10(行×列)。考虑到加热盘管热量不能完全被空气吸收，有部分损失，取比例系数为0.85。

当强化对流型辐射供暖墙体内的盘管满足如下方程时，可以满足房间热负荷需求：

Q＝QHL

QHL＝CpρUA(tg-th)

式中：

Q——房间热负荷(W)；

QHL——盘管供热量(W)；

Cp——盘管中水的定压比热(J/(kg·k))；

ρ——盘管中的密度(kg/m³)；

U——盘管中水的流速(m/s)；

tg——供水温度(℃)；

A——盘管截面积(㎡)；

th——回水温度(℃)。

空气夹层内空气的温升：

QH＝QHL×α

QH＝CPρairuairAair(tout-ta)

式中：

QH——空气得热量(W)；

α——比例系数，等于0.85；

Cp——出风口空气的定压比热(J/(kg·k))，其值为1010J/(kg.℃)；

ρair——出风孔空气的密度(kg/m³),其值约为1.2kg/m³；

uair——出风孔空气的流速(m/s)，速度约0.6m/s；

tout——出风孔送风温度(℃)；

Aair——出风孔截面积(㎡)，Aair＝0.314㎡；

ta——房间空气温度(℃)。

经试验，加热盘管内热媒的流速宜为0.35-0.5m/s，不宜小于0.25m/s。

本例中，取具体的数值代入：

表1加热盘管不同流速下的空气流动孔温升

从上表可以看出，加热盘管流速不同，空气夹层里空气温升不同，因此通过调节加热盘管供水阀门开度来改变流速，进而获得需要的出风口空气温度。