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2015年山西省暖通学会工作报告

山西省土木建筑学会暖通空调专业委员会 山西省土木建筑学会热能动力专业委员会 山西省制冷学会空调热泵专业委员会工作报告 报告人: 苏保青

2017年第二十届山西暖通空调热能动力制冷学术年会及晋港学术交流会简报

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谈低温热水地板辐射采暖的设计

作者:北方暖通空调来源:北方暖通空调时间:2010/1/27 10:48:08

    1. 低温热水地板辐射采暖系统的特点
    低温热水地板辐射采暖系统,是一种将加热管埋置于混凝土填充层中,让40~60℃的低温热水在管内循环流动,加热整个地面,使表面温度上升25~29℃左右,然后通过辐射和部分对流方式向室内散热的一种供暖方式。
    低温热水地板辐射采暖系统,与传统散热器对流供暖方式相比,可以节约20%~30%的能耗,房间的设计温度比对流采暖可降低2-3℃,施工方便简单,施工时间短,施工费用是镀锌钢管的60%,极具有实用经济性。使用塑料管本身就具有节能意义,而且适用性广、寿命长、安全可靠。
    它提供的热量在人的脚部较强,头部温和,给人以脚暖头凉的舒适感,与对流散热器采暖比,室内相对湿度高,不显得过于干燥,且不会将室内灰尘扬起造成污浊空气对流,不会将墙壁和顶棚熏黑。低温热水地板辐射采暖系统能很方便的实现国家节能标准提出的“按户计量,分户调温”的要求。可以轻松实现对各个房间温度的控制,使室内温度自动保持恒定。

综合比较

    2. 低温热水地板辐射采暖系统的设计
地板辐射采暖与传统散热器或空调送风采暖在传热原理上有所不同,前者辐射所占比例大,而后者则以对流方式为主,因此两种方式房间得热有所不同,系统设计也有诸多不同之处。 以下结合嘉峪关紫竹园小区住宅4个户型(分别用A、B、C、D表示)的地暖工程设计来具体说明。
    2.1 先根据《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019)的规定进行基本耗热量计算,并按辐射采暖特点进行校正。
    嘉峪关地区冬季采暖室外计算温度为-16℃,通常住宅采暖室内设计温度为20℃,但按照地板辐射采暖的特点,在保持相同舒适感的情况下,辐射采暖室内空气温度可比对流采暖时低2~3℃或在负荷计算时取对流采暖热负荷的90%~95%。因此本工程室内设计温度如下:
卧室:18℃;客厅:18℃;厨房:15℃;卫生间:25℃
计算时还应注意敷设加热管的建筑地面,不应计算地面的传热损失,这也是与传统采暖不同之处。
    2.2 确定配管间距
    经过计算基本耗热量,得出单位热负荷指标为39.7W/m2。再根据房间的地板表面使用材料的不同查《地面单位面积散热表》确定其配管间距和地板表面温度。确定地面散热量时, 必须校核地面的表面平均温度,为达到人体舒适卫生要求的热环境,室内地表平均温度宜采用下列数值:经常有人停留的地面24℃~26℃;无人停留的地面35℃~40℃;短期有人停留的地面为28℃~30℃。本工程按地面铺设木地板时考虑其散热量,确定配管间距除顶层为200mm,其余层均为250mm。配管距外墙内表面200mm。有的房间有两面外墙,热损失较大,因此这时靠外墙侧的管间距适当加密为150mm或200mm。同时尽量将高温管段优先布置在靠外窗或外墙热损失较大处。
    2.3 进行供热房间管道的布置。
    一般每户集中设置一组分配器,按房间数确定支环路个数,例如卫生间餐厅厨房可为一环,如房间面积较大时,可分多环。每组分配器连接的环路不超过8组。敷设管形式可采用回字形或S字形,回形比S形敷设方式要好一些,因回形冷热水相间,采暖均匀效果好,弯曲半径大,易于施工。而S形弯曲半径小,宜用于配管间距较大、面积较大的房间采用。各环路的几何尺寸长度应接近相等,每环长度应控制在60~100米,最长不得超过120米,尽量使每环长度相等。本工程基本上采用回字形的敷设方式,卫生间及楼梯拐角等局部采用了S字形的敷设方式。各户型环路数及配管长度如下表:

    2.4 根据分支环路的个数选择适宜的分配器型号。
    分配器直径应不小于总供回水管直径,且分配器最大断面流速不宜大于0.8m/s。每个分配器分支环路不宜多于8路。本工程4个户型均选用5个环路的分配器,分配器型号为:FPQ-DN25-20x5。每个分支环路供回水管上均设置可关断阀门。 在分水器之前的供水连接管道上,顺水流方向应安装阀门、过滤器、热计量装置(有热计量要求的系统)和阀门。在集水器之后的回水连接管上,应安装可关断调节阀。在分水器的总进水管与集水器的总出水管之间,宜设置旁通管,旁通管上应设置阀门,保证对供暖管路系统冲洗时水不流进加热管。 分、集水器上还应设置手动或自动排气阀及泄水阀。
    2.5 低温热水地面辐射供暖系统的分户热计量应采用共用立管的分户独立系统形式。共用立管和入口装置, 宜设置在管道井内。每一对共用立管在每层连的户数不宜超过3户。本工程管道井设置在楼梯间,每层连接2户。
    单元立管系统采用异程式。在供水管上设置合适的自力式压差控制阀。
    2.6 各环路的平衡问题
    根据流体力学的理论,对于并联环路的流量分配与其环路的阻力有关,具体关系式为:
S1Q12=S2Q22=S3Q32=…=SQ2
    式中S —— 管道阻抗,s2/m5
        Q —— 各环路的水流量,m3/s。
    保持各环路长度相等或接近,也就是保证各环路流量平衡,由于各环路所承担的热负荷不同,管路短,阻力小的环路,虽然承担的热负荷小,但是根据上式可知,其流量反而较大。因此在确有困难平衡环路长度时,应在各环路上增设调节装置。在本工程中基本上都是5个环路,长度差别最大的是C户型,最长环路81m,最短环路72m,不平衡率为11%。虽然目前还没有地板辐射采暖相关的不平衡率的要求,但参照传统散热器采暖时要求每个支路的不平衡率不大于15%,本工程已满足此要求。
    2.7 当采暖面积超过30㎡时或边长超过6m时,应设伸缩缝,地面短边长度≤6米时沿长边每隔6米设一道伸缩缝,其宽度不小于8毫米,在缝中应填充高发泡聚乙烯泡沫塑料或弹性膨胀膏。本工程4个户型的客厅面积较大,最长边都超过6m,因此客厅设置一道伸缩缝。
    2.8 地板辐射采暖系统的热媒必须采用低温热水。民用建筑供水温度宜采用35-50℃,不应超过60℃,供回水温差小于或等于10℃为好,设计时可根据具体情况选择适宜的供回水温差,供回水平均温度宜控制在35℃~55℃。当热源不满足地板辐射采暖系统的要求时,应设置热交换站,为采暖建筑设置单独的热交换器和循环泵,形成独立的采暖系统。本工程热源来自设置在地下室的热交换站,经过换热器,将85~60℃的热水换成50~40℃的热水,作为地板辐射采暖系统的热媒。
    3. 管材的选择
    地板辐射采暖加热管的材质和壁厚的选择,应根据工程的耐久年限、管材的性能、管材的累计使用时间以及系统的运行水温、工作压力等条件确定。
    地板辐射采暖常用的管材有钢管、铜管和塑料管。由于塑料管具有无接头、容易弯曲、易于施工等优点,因此工程中经常选用塑料管。目前国内在地板采暖系统中选用的塑料管主要有以下几种。  
    PE-X:交联聚乙烯  PP-B:耐冲击共聚聚丙烯  PP-R:无规共聚聚丙烯 PB:聚丁烯  PE-RT:耐高温聚乙烯 
    最常用的PE-RT管分子结构成三维交联网状结构,从而具有良好的耐高温耐压性,稳定性和持久性,且抗老化、耐腐蚀、不结垢、承压高、无环境污染、不易渗漏、水阻力及膨胀系数小,在50℃环境下使用可达50年。价格适中,每平米(施工面积)造价住宅约55--65元/m,公建约110-120元/m(不含土建混凝土造价)为地面热辐射采暖设计首选管材。
5. 低温热水地板辐射采暖的发展趋势
    地板辐射采暖也存在一些缺点,例如不可维修性,加热管敷设在地板下,面层铺设好了之后不能再向地下钉钉子,打洞,钻孔,以免发生漏水;其次,初投资较传统的散热器供暖偏高。但是随着人们的生活水平的提高,对采暖的要求也是越来越高。不仅要保证温度还要做到舒适节能环保。低温热水地板辐射采暖系统正符合这种要求。低温热水地板辐射采暖是一种较好的供暖形式,它无论从节约能源,室内温度场的分布,还是在舒适度、室内美观、分户计量等各方面都较传统的供暖具有明显的优越性,得到了越来越多的应用。它将和散热器供暖系统一起成为我国主导的两种供暖形式。
    要使地板辐射供暖系统充分发挥其优点,避免其缺点,使人们更快更广泛地接受这种新型的供暖方式,还需同行专业人员的共同努力,让其从理论研究、工程设计、施工以及运行管理等诸方面,做到更加完美。

    参考文献:
    1.陆耀庆主编.实用供热空调设计手册      中国建筑工业出版社
    2.中华人民共和国建设部.GB50019-2003    采暖通风与空气调节设计规范    
      北京:中国计划出版社,2003
    3.中华人民共和国建设部.GB50019-2003    地面辐射供暖技术规程   
      北京:中国计划出版社,2000

    第一作者:曹甜甜,女,1982年生,工程师,中核集团第七研究设计院
    太原市并州南路西一巷9号,030012
    电话:0351-7588955       E-mail:59176845@qq.com

 

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