• 关于地暖系统设计
  •   来源:中国论文网
  • 2015-12-29
能源问题和环境问题是我国建设和谐社会的必须要面对的两大难题。为此我们对建筑节能的技术的研究,不仅可以促进能源资源节约和合理利用,缓解我国能源供应与经济社会发展的矛盾,而且对于加快发展循环经济,实现经济社会的可持续发展,起着举足轻重的作用。因此,我们越来越多的采用舒适、节能和运行成本较低的地暖供热系统,克服了诸如耗能大、舒适性差、难于分户计算、占用房间使用面积等问题。

一、地暖的特点

(1)舒适度高、卫生保健。辐射散热是最舒适的采暖方式,室内地表温度均匀,室温由下而上逐步递减,不易造成污浊空气对流,室内十分干净。地暖的波长在8μm~13μm之间,其给人以晒太阳时的自然的暖烘烘的感觉,而其温度即使人体直接接触也不至于烫伤。

(2)高效节能、环保安全。系统低温(35℃~50℃)运行,可利用余热水,热效率约80%~100%,热量集中在人体收益高度内,传送过程热损失小,各房间温度可以独立调节,有条件的可选用室温和水温自动控制装置。

(3)热稳定性好。由于地面层及混凝土层蓄热量大,热稳定性好,因此在间歇供暖的条件下,室内温度变化缓慢。

(4)维护费用低、低能耗。只需定期检查过滤器,是较经济的供暖设备。

(5)使用寿命长。使用寿命基本与建筑物同步,管路30~50年,热水炉5~10年。

(6)不占用室内使用面积、保温隔音。室内取消了暖气片及其支管,增加了使用面积,便于装修和家居布置,由于地暖特殊的地面构造,上下层不采暖时,中间层的采暖效果几乎不受影响,且可以大大减少上层对下层的噪音干扰。

二、地暖系统设计


尽管地暖方式节能、环保,但由于地暖的规范相对于工程实践存在滞后,因此,现就地暖工程的设计过程中的细节问题进行初步探讨。

(一)热负荷计算

地面辐射采暖系统的设计过程中,首先要做好的就是热负荷计算。根据相关规范指出,面层热阻的大小,直接影响到地面的散热量。实测证明,在相同供热条件和地板构造的情况下,在同一个房间里,以热阻为0.02m2·K/W左右的花岗岩、大理石、陶瓷砖等作面层的地面散热量,比以热阻为0.10m2·K/W左右的木地板要高30%~60%;比0.15m2·K/w左右的地毯时要高60~90%。由此可见,面层材料对地面散热量的巨大影响。然而,许多设计为了简单省事对建筑热负荷只根据经验进行估算,这往往是把建筑热负荷估算过高从而形成能量的浪费,严重地违反了建筑节能的设计要求。对于热负荷计算,必须按照节能规范先进行建筑热工计算,以确定建筑围护结构的传热系数,只有在热工计算达到规范要求的前提下,才能继续进行采暖负荷计算。地面辐射供暖与一般散热器对流供暖方式相比,辐射供暖房间热负荷的严格计算是很复杂的,为简化计算,可采用按对流采暖方式热负荷计算的基础上,进行一些特殊的修正和调整。应按《采暖通风及空气调节设计规范》的有关规定,进行房间的供暖热负荷计算,但与常规对流式供暖方式热负荷计算应有所区别,不计算敷设有加热管道地面的供暖热负荷。供暖热负荷计算宜将室内计算温度降低2℃,或取常规对流式供暖方式计算供暖热负荷的90%~95%。地板辐射用于房间局部区域供暖、其他区域不供暖时,地板辐射所需散热量可按全面辐射供暖所需散热量,乘以计算系数。供暖区面积比值在0.20~0.80区间的其他数值时,按插入法确定计算系数。对于采用集中供暖分户热计量或采用分户独立热源的住宅,应考虑间歇供暖、户间建筑热工条件和户间传热等因素,房间的热负荷计算应增加一定的附加量。

另外,进深大于6m的房间,宜以距外墙6m为界分区,当作不同的单独房间,分别计算供暖热负荷和进行地面辐射供暖设计。如果负荷计算时未考虑辐射采暖与对流采暖的区别,直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算。相同条件下,辐射采暖时壁面温度比对流采暖时高,减少了墙壁对人体的冷辐射,就会导致实感温度可比室内环境温度高2~3℃,因此,负荷计算是避免室内温度过高的前提。

(二)散热量计算

在完成负荷计算后,需要确定的是单位地面面积的散热量,计算公式为q(W/m2)=Q/F。其中Q代表房间所需的地面散热量,F代表辐敷设热管道的面积。需要注意的是地面散热量应为房间计算所得负荷扣除自上层地板向下的传热损失。确定单位地面面积的散热量时,应该校核地表面平均温度。地表面温度过高,长久之后人体也会感到不适,而且对地面覆盖物也有一定影响,因此根据卫生要求、人体热舒适性条件和房间用途,对地面温度做了一些规定。地板辐射采暖时地板表面平均温度tb与加热管的管径d、管间距s、加热管埋深h、地板导热系数λ、供回水平均温度tp和室内温度tn有关,即tb=f(d,s,h,λ,tp,tn)

由于地板单位面积散热量q与单位面积埋管的散热量有关,即与d、s、h、λ、tp有关,则有q=g(d,s,h,λ,tp)

因此得出近似公式tb=tn+9.82(q/100)0.969

由上述公式中的各相关参数可知,房间负荷过大,供回水平均温度过高,加热管道埋深不够,都会引起地表面平均温度过高而导致采暖环境的舒适度下降。如果产生上述问题,则应改善建筑热工性能或者设置其他辅助调节设备,以便减少系统能耗,增加舒适性。

(三)管路设计

影响地面辐射采暖系统使用效果的另一因素就是地面温度分布不均。也是容易在设计过程中被忽略的地方。地面温度分布均匀程度主要受埋管深度h、管间距s大小、布管方式等影响。加热管道埋深过小和管道间距过大都会导致地表面温度分布不均匀,加热管道埋深不够地表面平均温度会偏高,而为了保证地面温度分布均匀,一般管道间距要不超过300mm,如果管间距为300mm也显得过密时,可通过调整加热管水流量,水温等来适应要求。当在确定了管道埋深和间距大小后,管道布置方式也会影响地面温度分布的均匀性。房间内具体采用何种管道布置方式应根据房间用途,房间热工热性,遵循温度均匀分布原则而定。由于沿外窗或外墙侧热损失较大,一般将高温管段优先布置在该处,或在沿外窗外墙一定范围内布管密些,即缩小管间距。这一点工程设计中基本注意了,但也不必布管过密,使沿外窗外墙侧地面温度偏高,造成热量损失。对于局部区域温度过高的情况(如加热管出口处温度较高,而且布管较密),当对该处地面温度有要求时,应在加热管上采取处理措施,这是工程中常出现的问题,由于集分水器有多个分支管,且出口间距一般为80~100mm,因此出口处地面温度往往偏高,有的甚至超过规定温度,对地面材料产生破坏,因此设计中需要注意。对于各房间温度差异较大,设计时需认真计算各支管水流量大小,校核系统阻力是否平衡,尤其是并联管路之间的水力平衡,同时注意管内的流速不应低于0.25m/s。在分集水器各个加热管环路设计上,应根据因地制宜的原则确定分集水器位置,以满足各个环路的加热管长度接近相等,只有这样才能在最大程度满足于水力平衡。而对可自动控温系统,各环路管长可有较大差异。

三、结束语

随着人们生活水平的提高,人们对环境的要求也不断提高,地暖系统凭借其舒适、卫生、环保、节能等优势逐渐取代了传统的散热器采暖。当然,好的取暖效果不能缺少好的系统设计,只有在设计时将细节问题把握好,多方面都考虑周全,才能将地暖系统的效果发挥到最好。因此,就要求我们设计人员要不断学习,不断创新,用新的理论、技术和材料来改善人们的居住环境,以实现我国绿色低能耗的可持续发展战略。
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