辐射供暖供冷装置热性能测试方法（2012年）

中华人民共和国行业标准

辐射供暖供冷装置热性能测试方法

Test methods for thermal performances of radiant heating and cooling unit

编 制 说 明

（征求意见稿）

《辐射供暖供冷装置热性能测试方法》编制组
2012年04月

《辐射供暖供冷装置热性能测试方法》编制说明

一、标准编制任务来源，意义和作用

根据住房和城乡建设部2011年下达的建标[2011]16号通知——《关于印发2011年住房和城乡建设部归口工业产品行业标准制订、修订计划的通知》，中国建筑科学研究院为主编单位的行业标准《辐射供冷及供暖装置热性能测试方法》已被列入国家标准制订计划。
辐射供冷及供暖装置作为近年来新兴的末端空调供暖装置，由于其具有节能性好，舒适性高等显著优点，在众多空调采暖建筑中得到了越来越广泛的应用，已逐渐成为与风机盘管等传统装置相提并论的另一种主流末端空调供暖装置。
2004年，建设部颁布实施了以中国建筑科学研究院为主编单位编制的行业标准JGJ142-2004《地面辐射供暖技术规程》（目前，该标准正在修订中，标准报批稿已完成标准名称改为《辐射供暖供冷技术规程》），对主要以热水和发热电缆为热源的地面辐射供暖工程中的设计、材料、施工、调试验收等几方面内容进行了规定；目前的修订标准中增加了辐射供冷方面的内容，规定了竣工验收时需要提供辐射供冷及供暖系统性能检测报告，对于预制沟槽保温板地面供暖系统、预制轻薄供暖系统、毛细管供暖（冷）系统和电热膜辐射供暖系统还要求见证抽样检验。由于目前缺少对辐射供暖供冷装置各种性能参数进行测试的方法标准，相关技术在推广应用过程中无法向设计人员提供准确的设计参数，大大影响了该项技术的推广。系统的形式多种多样，热性能参数等重要参数采用估算值往往会导致所选系统容量过大或过小，影响系统的最终使用效果，严重阻碍了这一先进系统的进一步推广。

为了给出辐射供暖供冷装置翔实有效的热性能数据，为相关技术的进一步推广应用提供技术基础，急需制定《辐射供冷及供暖装置热性能测试方法》行业标准

二、标准编制工作概况

中国建筑科学研究院按照标准编制工作的要求，组织落实了参加起草单位和参加编制工作的人员、制定了工作大纲，并于2011年11月25日在广东省珠海市召开了编制组成立暨第一次工作会议。建设部主管单位代表、负责起草单位代表、归口单位代表、行业管理专家、技术专家、编制组成员共计20余人出席了会议。会议宣布了编制组成员名单，学习了GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分 标准的结构和编写规则》等有关标准化的文件，与会人员就负责起草单位提出的标准初稿、编制大纲和标准的重点与难点展开了热烈讨论，编制组成员（见附件1）也结合自己的体会和经验提出了自己对标准的理解和对标准编制中的难点和重点的看法，并就部分议题达成了初步共识。会议落实了标准编制时间与计划进度（见附件2）、标准编制的分工（见附件3），明确了各参加起草单位的任务和各自初稿的交稿时间。
会后，主编单位中国建筑科学研究院会同标准编制组对辐射供暖供冷装置需要调查研究的主要问题和需要测试的项目进行了验证。主要针对辐射供暖供冷装置的分类和国内外测试研究等问题进行了相关调研，并形成了《辐射供暖供冷装置的分类和国内外测试研究介绍》的报告，详见报告内容。
同时，标准编制组利用国家空调设备质量监督检验中心采暖散热器检测部散热器性能检测试验台对表面平均温度和反向传热损失进行了测试分析，详见分析报告。

三、标准编制原则和确定标准主要内容的论据

(一) 标准编制原则

标准的格式严格按照GB/T 1.1-2009《标准化工作导则 第一部分： 标准的结构和编写规则》的规定进行。
在现有产品和行业标准的基础上，抓住不同产品的共性，本标准力求能基本包容现有以冷热水为冷热媒，或以发热电缆、电热膜为加热元件的辐射供暖装置的热性能测试，在保证利用国内实验室已有的散热器热性能检测台的同时兼顾了不同辐射供热供冷产品的测试要求。

(二) 确定标准主要内容的论据

1　　范围

第一段介绍标准内容,沿用一般产品标准的写法。
本标准适用于有自热对流的辐射供暖供冷装置，而不适用于强制对流的产品，并适用于目前市场上以水为冷热媒的混凝土或水泥砂浆填充式地面辐射供暖供冷、预制轻薄供暖板、预制沟槽保温板、毛细管网辐射系统等产品的热性能的测定，或以发热电缆、电热膜为加热元件的辐射供暖装置的热性能的测定。

2 　规范性引用文件

本标准在编制过程中参考了部分国家标准和行业标准。引用标准均标注年代号的是指引用了该标准中的具体条目，标准修订后是否能继续引用需要具体分析，未标注年代号的标准该标准修订后应采用修订后的版本。

3 　术语和定义

3.1辐射表面是辐射供暖供冷装置的热交换表面。辐射表面可以是地面、顶棚或墙面。

3.3 金属辐射板金属水管内走水，并连接到金属板模块上，其传热以辐射为主，对流传热所占比例较小。

3.4　辐射供暖供冷时,由于有辐射传热和对流传热同时作用,效果评价应以反映辐射和对流综合作用的黑球温度作为评价和考核的依据。但考虑目前工程检测技术条件，同时由于设计工况是以室内空气的干球温度作为设计的依据，缺乏黑球温度评价标准。为此，考虑实际工程的可操作性，本条规定以室内空气的干球温度作为评价的依据。欧洲标准EN14037《水温低于120℃的吊顶安装辐射板》在进行供暖测试时，以离地0.75m处温度作为参考温度，EN14240《建筑通风-冷却吊顶-测试及评定》在进行供冷测试时，以离地1.1m处温度作为参考温度。本规程在参考以上标准的同时，也考虑到头冷脚热的人体热舒适性要求，所以对于供暖和供冷的室内温度测点高度的规定是不同的。

3.5　本标准中的过余温度比GB/T13754-2008标准中规定的过余温度扩大了范围，将供冷测试时也包括于定义中，且是以水为热（冷）媒时，样品进出水平均温度与基准点空气温度差的绝对值。

3.6～3.7见6.4.4.1条文说明。

3.8　参考GB/T13754标准中术语和定义。

3.9　标准单位面积供热（冷）量是产品生产厂家、暖通设计过程中比较关注的一个参数，因此定义并测试该参数。

3.12～3.13　反向传热量和辐射表面平均温度都是表征辐射供冷供暖装置热性能的重要参数，因此加以定义并测试。反向传热量即与辐射面相反方向上的供热量或供冷量；辐射表面平均温度取的是表面温度测点的平均值。

3.14　测试样品安装方式应尽量与实际使用环境相一致，因此考虑采用架空方式，在样品背部与支架之间增设模拟结构板，用于模拟实际使用时样品背部构造。
模拟基础层的选取应兼顾两个方面：一是模拟基础层的热阻应能代表实际工程中预制沟槽保温板下部构造层的总热阻；二是模拟基础层的承重能力应能满足样品及测试人员的重量，以便于样品的安装。

目前，住宅中常用楼板材料为钢筋混凝土，其常用厚度多为80mm～150mm，参考《民用建筑热工设计规范》GB50176-93，钢筋混凝土导热系数为1.74W/（m·K），不同厚度的钢筋混凝土楼板导热热阻值见下表：

表5不同厚度时钢筋混凝土楼板热阻表

由上表可知，80mm~150mm钢筋混凝土楼板热阻为R=0.046~0.086㎡·K/W，预制沟槽保温板实际施工中应在楼板上部铺设EPE垫层，其厚度一般为3mm或5mm，导热系数为0.03W/（m·K），按3mm垫层计，其热阻为0.1㎡·K/W，则采用的模拟基础层热阻范围应在R=0.146~0.186㎡·K/W之间。
为满足承重要求，所选取板材厚度应在20mm左右，其他文献对中密度纤维板（MDF）进行了导热系数的测试研究，测得的导热系数为0.11W/（m·K），经初步计算，满足上述热阻值要求的中密度纤维板厚度在16mm~20mm之间，符合承重要求。
选取18mm厚市售中密度纤维板，用热流-温度法进行导热系数测定，测试如图1所示，热板选用毛细管石膏板，其表面热流均匀，为保证纤维板与热板之间无空气热阻，在其间粘贴EPE垫层，并在测试时上部压上重物。在试块中心上下表面分别布置温度计，试块上表面贴附两片热流计片，上表面采用薄锡纸贴合，以避免辐射热流对测试结果的影响。试块四个边缘用保温层封严。测试结果如下表所示。

表6稳态条件下中密度纤维板导热系数测试数据

图1 中密度纤维板导热系数测试照片

经测试，取中密度纤维板导热系数λ=0.1W/（m·K）。模拟基础层采用厚度为18mm

的中密度纤维板，其热阻为0.18㎡·K/W，相当于3mm厚EPE垫层+139.2mm厚钢筋混凝土楼板的热阻值。

４　符号与单位

　　　本标准中对所使用参数的符号均加以规定。

5 测试样品要求

对测试样品提出要求主要目的是为了使测试更加准确可靠，所以做出此项规定。

5.1　 对于样品面积的规定，在EN14240《建筑通风—冷却吊顶—测试及评定》中规定是测试样品投影面积至少为测试小室面积的70%；ASHRAE138《评定辐射吊顶显热散热量和显冷供冷量的测试方法》中规定测试样品面积不小于吊顶面积的19%。无论是EN14240还是ASHRAE138都是基于测试时温度、流量的测量准确性而规定的，本标准中规定参考ASHRAE138，为了取整数所以规定测试样品面积不小于吊顶面积的20%。

5.2　标准测试工况下，当测试样品的供热量为200W时，推算流量m=Q/（C*△t）=200/（4187*7）=6.82g/s=24.55kg/h，当供冷量为90W时，m=90/（4187*3）=7.17g/s=25.81 kg/h；在此流量下，采用称重法测量流量是比较准确可靠的。

5.3　对于混凝土或水泥砂浆填充式地面辐射供暖供冷、预制轻薄供暖板、预制沟槽保温板四周传热并未传到室内，为模拟样品实际使用状态，防止边界效应的影响，测试样品周围应做保温。采用挤塑聚苯板(XPS) 作为保温材料时，其导热系数0.03W/mK，当厚度为30mm时，其热阻即为1.0㎡K/W。

6 测试系统及测试方法

测试系统及方法采用国家标准GB/T13754中规定的系统进行测试，测试方法中多了供冷量、发热电缆和电热膜供暖的发热功率、反向传热量及辐射表面平均温度。
6.2.1　 测试系统与国家标准GB/T13754标准中规定的系统相同，测试发热电缆和电热膜多了一套外接供电系统。

6.2.2　考虑相对湿度对于冷热量的影响，尤其对冷工况的影响，闭式小室的要求中增加了小室内空气的相对湿度的要求。

6.2.3　由于有辐射传热和对流传热同时作用,效果评价应以反映辐射和对流综合作用的黑球温度作为评价和考核的依据。但考虑目前工程检测技术条件，同时由于设计工况是以室内空气的干球温度作为设计的依据，缺乏黑球温度评价标准。为此，考虑实际工程的可操作性，本条规定以室内空气的干球温度作为评价的依据。
欧洲标准EN14037《水温低于120℃的吊顶安装辐射板》在进行供暖测试时，以离地0.75m处温度作为参考温度，EN14240《建筑通风-冷却吊顶-测试及评定》在进行供冷测试时，以离地1.1m处温度作为参考温度。本规程在参考以上标准的同时，也考虑到头冷脚热的人体热舒适性要求，所以对于供暖和供冷的室内温度测点高度的规定是不同的。
对小室内空气温度测点依据样品安装位置的不同做出不同的要求，测量系统准确度要求为±0.1℃。空气温度测量点应做防热辐射屏蔽，屏蔽做法参照附EN14037。见图1。

1——温度测量点；
H——测点的高度。

图1 空气温度测量点防热辐射屏蔽做法

6.2.3.2　 小室内六个内表面的中心点温度测点要求同国家标准GB/T13754的要求。
6.2.3.3 其他参数的测量中增加了小室内空气的相对湿度的测试，参考ASHRAE138做出了相应的规定。其他要求同国家标准GB/T13754的要求；另外，可在测试中增设黑球温度计测量黑球温度做为参考。
6.2.4　 热（冷）媒循环系统参数的测量要求同国家标准GB/T13754的要求。
6.2.5　外接供电系统参数的测量主要有供电电压、电流和电功率，仪器设备要求参照行业标准JG/T 263《电采暖散热器》。
6.2.6　由于辐射表面温度受环境影响比较大，模拟结构板上下表面温度差较小，因此对于温度测量系统准确度要求较高，所以测量系统准确度规定为±0.1℃。

6.3　测试试验准备
样品的安装方式应保证闭式小室各表面对测试样品的影响较为均匀，因此对地面和顶面辐射供暖供冷样品采用居中对称安装，对墙面辐射供暖供冷装置，工程中一般在样品与地面之间留有一定高度的安装空间，因此本标准中对墙面辐射供暖供冷装置采用距地200mm的安装方式。
为避免样品背部与模拟结构板之间产生空气层热阻，对反向传热量测试结果造成误差，样品背部应与模拟结构板紧密贴合。
6.4 　测试方法
6.4.1 供热（冷）量测试
以水为热（冷）媒的样品的供热（冷）量的测试方法和计算同国家标准GB/T13754。
小室内大气压力对供热（冷）量的影响修正参考了欧洲标准EN14037中的方法。
发热电缆、电热膜的供热量采用电功率计测量，由于发热电缆、电热膜辐射供暖其上部测试要求系统运行稳定1h后开始测量，测量同行业标准JG/T 263《电采暖散热器》。

6.4.2辐射供暖供冷表面平均温度不易测定，尤其是预制沟槽保温板和预制轻薄供暖板。所以测试辐射供暖供冷表面的平均温度时，应尽量多布置温度计测点，取其平均值；另外，由于温度是沿热媒流动方向逐渐变化，且加热管上和两管道之间温度差别比较大，因此，本条规定出温度计的设置数量和布置方式。图2是辐射供暖供冷表面平均温度测试时温度计布置示意图。

图2辐射供暖供冷表面平均温度测试温度计布置示意图

6.4.3 反向传热量测试

目前，国内外测试辐射供暖供冷系统向上传热量普遍采用热流计的方法，如日本标准《住宅部件性能试验方法——供热供冷系统的地板采暖辐射装置》BLT HS/B-b-8:2007，中提出测试地面辐射板向上的散热量，试验方法是地面辐射装置正面上部全部安装热流计（如果可以认为与全面设置的效果等同时，可以不受此限）。国内实验室常用的方法也是采用热流计进行测试。
但是，对辐射表面温度均匀性较差的系统，由加热供冷部件上方到加热供冷部件之间的热流密度变化梯度较大，且变化是非线性的，尤其是预制沟槽保温板和预制轻薄供暖板系统，利用热流计测量向上供热量时，除非在辐射面上部全部安装热流计，测试结果才能相对准确，但是从技术和经济上此方法很难实现。通过对多种方法进行比对，最终选定利用测量模拟结构板上下表面温差，计算模拟结构板向下传热量，再从热媒供热量减去向下传热量，得出辐射面向上供热量或供冷量的方法。

6.4.4 特征公式的确定
6.4.4.1供热量特征公式的确定：

辐射供暖装置依据设计以及工程应用过程中辐射供暖供冷的供回水和室内温度参数来确定，设计中要求“热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定，供水温度不应大于60℃，供回水温差不宜大于10℃，且不宜小于5℃。民用建筑供水温度宜采用35℃～45℃。”，工程中常采用的比较高的供水温度55℃，回水温度48℃，所以，本规程将供回水温度55℃/48℃定为高温工况（标准工况），在《采暖散热器散热量测定方法》GB/T13754中规定室内基准温度为18℃，本规程仍沿用此温度，则过余温度为33.5K；而按照设计中“民用建筑供水温度宜采用35℃～45℃。”，则第二工况供水温度定为45℃，一般回水温度会在39℃左右，过余温度为24K；第三工况供水温度定为35℃，回水一般会在31℃左右，过余温度为15K。

供冷量特征公式的确定：EN14240中规定过余温度分别为6K±1K、8K±1K和10K±1K；德国斯图加特大学IKE/LHR研究所测试毛细管网天花板制冷的参数，按照DIN4715测试，标准工况为进水温度13.5℃，出水温度15.5℃，基准点温度为26℃，其过余温度为11.5K。
在此参考其标准测试工况，同时考虑我国不同地区温湿度差异比较大的实际情况，为了减少结露的情况发生，将标准测试工况定为进水温度16℃，出水温度19℃，基准点温度为26℃，则过余温度为8.5K±1K。

参考JGJ142中的要求：“辐射供冷系统的供水温度应高于室内空气露点温度0.5℃以上，并小于20℃；供回水温差宜为2℃~4℃，不应小于2℃。”。在此将第三工况供水温度设定为19℃，一般回水温度会升高1.5℃左右，则过余温度取为6.5K，偏差为±2K。
将标准测试工况定为第二工况，且为第一和第三工况的中间值，则第一工况取供水温度14℃，回水温度升高约3℃左右，过余温度为10.5K，偏差为±2K。
金属辐射板见附录C。

6.4.4.2 稳态条件　　

增加了发热电缆、电热膜供暖系统的稳态条件，参照行业标准JG/T 263《电采暖散热器》测试电压与平均值的最大偏差为±2％；由于实际测试时，样品安装面积较大，各壁面中心温度与平均值的最大偏差很难保证±0.3℃，因此未按GB13754的要求规定，而是参考EN14037的规定，由±0.3℃变为±0.5℃。
对于采用水冷却时，参考EN14037规定冷却系统进出口水温温差不高于0.5℃。

6.4.4.3　测试时间及记录同国家标准GB/T13754的要求。

6.5 测试结果表达

6.5.1　标准特征公式
供热测试得到的标准特征公式表示参考EN14037中的特征公式。
供冷测试得到的标准特征公式表示参考EN14240中的特征公式。

7.1　 测试实验室出具的测试报告须按照本标准所规定的测试程序、测试方法和计算方法。

7.2　 测试报告中除了要包括本标准规定的标准特征公式、标准供热（冷）量、单位面积供热（冷）量、反向传热量以及辐射表面平均温度外，还要包括对于被测样品的照片或简图，这样能够反映被测样品的构造、形状等特点，同时还要注明对被测样品的热性能影响非常大的样品的材料、结构构造、外形尺寸以及安装情况等。

附录A 测试小室内温度测点的布置

A.1 参考欧洲标准EN14240中相关规定，对样品背部与壁面之间安装温度测点。

A.2 根据样品实际使用情况，测试时分为贴附安装和悬吊安装两种形式。 　

附录B　测试样品安装方式

B.1~ B.3　对于不同安装位置的辐射供暖供冷装置，规定其测试尺寸，主要目的是既要保证最小测试面积达到标准要求，又要使其在最大尺寸时，在测试实验室中具有一定的安装操作空间；对称安装的目的是减少小室壁面对测试辐射表面温度的影响。
B.4　　模拟结构板是用来模拟楼板或墙面的，在此模拟结构板材料为模拟钢筋混凝土实心楼板，一般楼板厚度在80mm~150mm之间，其上再敷设3mm厚EPE垫层，其总热阻值约0.146～0.186（m²K）/W，因此在此处规定模拟结构板热阻阻值为0.160（m²·K）/W±0.02（m²·K）/W。

附录C 中高温金属辐射板热性能测试方法

C.1~ C.2 在欧洲标准EN14037中规定用于确定样品特征方程的进出口水温的平均值应在以下范围内：48℃~52℃；68℃~72℃；88℃~92℃，基准点温度为20℃，其过余温度分别为30K，50K和70K。
中高温辐射板在供暖系统中一般与散热器同时使用，因此在此处规定其测试时供回水温度与散热器测试供回水温度一致，在修订的国家标准GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》中规定散热器供暖系统应采用热水作为热媒；散热器集中供暖系统宜按热媒温度为75/50℃或85/60℃连续供暖进行设计。我们采用进出口温度85/60℃作为中高温辐射板测试时的标准工况。
而实际工程中，是将多块辐射板串联使用，对于一块板的进出口温差一般为4-10℃，所以我们选取了一组样品，对不同工况进行了测试。

集液管和两端裸露水道保温，保温材料为橡塑保温板，厚度为15mm。

从以上测试结果可见，当进出口温度不同时，及时保证相同的过余温度，其散热量是温差大的小于温差小的。对于实际工程中的多板串联，一般应用在大空间中，而对于住宅等等居住建筑如果采用中高温辐射板，由于其空间限制，无法采用多板串联，考虑与散热器系统共用，所以规定标准工况进出口温度85/60℃等，做出本条规定。
C.3 金属辐射板表面发射率是该产品一项重要指标，因此在本条中做出规定。
C.4 金属辐射板安装方式参考欧洲标准EN14037，并考虑样品使用时的安装状态。

附件1《辐射供冷及供暖装置热性能测试方法标准负责起草单位和参加起草单位、标准主要起草人联系方式

附件2《辐射供冷及供暖装置热性能测试方法》工作进度计划表

附件3《辐射供冷及供暖装置热性能测试方法》编制组成员的分工

1、标准汇总，协调，组织：中国建筑科学研究院
2、测试样品要求：中国建筑科学研究院，各检测单位及企业相关企业
3、测试系统配置及测试方法：中国建筑科学研究院，清华大学、天津大学及各检测单位
4、测试报告：中国建筑科学研究院及各检测单位