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上一层 略谈地暖设计 地暖相关计算 地暖节点细布 行业标准汇总 设计典型问题 确定盘管间距 混接水力计算 地暖设计问题 三点注意事项 几点参考意见 散热量计算 常见问题探析 地暖系统设计 地暖系统示意 地暖结构

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地面辐射供暖设计的几点参考意见

 

  摘要:本文阐述低温热水地面辐射供暖设计中应注意的几个问题,供设计与应用时参考。
  关键词:低温热水  地面辐射供暖  设计  参考

   1.tn=17℃是隔绝辐射热的屏蔽温度计测得的空气温度
  
低温热水地面辐射供暖系统的众多优点逐渐被越来越多的人认识,因此其应用在我国越来越广泛。与用散热器作为散热设备的常规热水供暖系统相比,因其辐射放热量较大,对流放热量较小,地表面温度低,被污染空气及污染物在室内的移动量大大减少,对人体的有害作用也减少。此外,放热表面温度比普通供暖系统放热表面温度低,灰尘不会被“烤焦”,卫生程度提高。GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》(以下简称“规范”)和JGJ142-2004《地面辐射供暖技术规程》(下简称“规程”)都指出,低温热水地面辐射供暖在相同热舒适条件下的室内温度可比对流采暖时的室内温度低23℃。图1表示在地表面温度为26℃时房间四周各几何点辐射红外线情况和围护结构表面温度状况。因房间中所有物体包括人体表面都有辐射、反射和吸收热辐射的作用,他们的温度总高于空气温度,设顶板表面平均温度为23℃,房间中空气温度用隔绝辐射热的屏蔽温度计测得17℃,人体能得到20℃的空气效果温度(результирующая температура)。

 

 

               地面供暖时温度状况(效果温度为20℃)
   
当采用热风供暖系统(包括暖风机与空调器供暖时),在室内空气具有与采用地面辐射供暖系统同样的绝对湿度和要求得到同样的效果温度20℃的情况下,需要把室内空气温度加热到23℃,这时外围护结构内表面平均温度为17℃。若室内空气绝对含湿量为6g/kg,在采用地面辐射供暖系统时,相对湿度50%,人体感到很舒适,而在采用热风供暖系统时由空气焓湿图可知相对湿度降到35%,在这样的房间里人体会感到空气太干燥,所以,在得到同样的效果温度下,采用地面辐射供暖系统比采用热风供暖系统人体舒适度提高。除此之外,采用地面辐射采暖时,不会有脚部受冷的感觉,而采用对流供热方式时经常会听到脚部温度太低的抱怨。
    2.
地表面温度过高会造成耗热量增大
   
但是,地表面温度也不是越高越好,太高不仅会感到不舒服,还会使下肢血流循环过快影响健康(图2)。因此,我国《规范》规定,人员经常停留的地面温度上限值是28℃,与国外规范UNIEN1264是一致的。限制地板面温度也就限制了地面辐射放热能力,这是靠精确计算盘管中热水平均温度和盘管间距等构造与布置,以及对系统进行精确的运行调节来实现的。这里需特别指出的是:地表面温度越高,辐射换热造成的外围护结构内表面温度就越高,向室外损失的热量就越多,虽然地面辐射供暖时空气与壁面对流换热减弱,总的讲耗热量反而增大。所以,在合理设计的一般情况下,地暖比常规供暖的房间耗热量减少不多,因热水温度低而节能较多。

   

 

 

                           2 舒适度与地面温度关系
     3.
地暖的设计参数之间关系的分析
    
3是热地面基本特性图,给出了地面散热量与地表面平均温度的关系。由图可见,当效果温度20℃和地表面平均温度28℃时,即平均温差8℃时,热地面放热量约82W/㎡。由于对地面表面温度的限制,例如《规范》和《规程》都规定,人员经常停留区最高限值28℃,地面散热量就被限制。

 

 

                            3 热地面基本特性

    在地暖设计时,首先要确定地面构造,包括保温层、垫层、找平层、装饰层种类与厚度、塑料管的管径等,然后确定盘管的中心距、每根盘管出入口水温即热媒平均温度、与室内空气温度相关的地面温度等等。图4给出的是盘管下面有铝箔辐射层和厚30mm聚苯乙烯隔热层及上面有导热系数λ=1.4W/mK,厚45mm找平层的热地面散热量计算用线算图。它给出了室内空气温度和管中水温及盘管中心间距与地面散热量之间的关系。线算图的使用条件是外围护结构的热阻符合规范要求,室外空气温度不低于-15℃。现举一实例说明该线算图使用方法:某房间要求地面放热量90W/㎡,室内空气温度tn=20℃,用表1取地面温度tb=27.7℃。取盘管中水的平均温度32℃,与空气温度的温差是12℃。在线算图上按q=90 W/m2和△t=12℃可找到相应的盘管中心间距1520cm
   
假如把盘管中心间距增大至25cm,若管中平均水温40.5℃,即入口水温43℃,出口38℃,温降5℃,则△t=40.5-20=20.5℃。地表面温度取允许的28.7℃,使用线算图可以找到热地面散热量100 W/m2
     
使用线算图还可以分析各设计参数之间的关系。

 

 

                  4 热地面线算图

 

1 地表面温度限值

tn,      

热地面表面温度tb,

18

20.5

21.5

22.5

23.0

24.0

25.0

25.7

26.7

27.5

28.3

29.2

30.0

30.8

31.8

32.5

20

22.5

23.5

24.5

25.0

26.0

27.0

27.7

28.7

29.5

30.3

31.2

32.0

32.8

32.8

34.5

22

24.5

25.5

26.5

27.0

28.0

29.0

29.7

30.7

31.5

32.3

33.2

34.0

34.8

34.8

36.5

24

26.5

27.5

28.5

29.0

30.0

31.0

31.7

32.7

33.5

34.3

35.2

36.0

36.8

36.8

38.5

 

    例如:若要维持相同的室温tn=20℃,在减小盘管中心间距时为了保证人体得到同样的舒适度,必须降低热媒温度,显然这样做无任何优点,只会带来使系统造价增大的缺点。当然,如果有低温废热、余热可以利用,供回水温度都低,就有必要减小管间距。一般情况下热媒平均温度定在40℃,管中心间距2030cm是比较合适的。浴室要求地表面温度高一些,则应减小管间距。《规范》和《规程》都规定了地表面平均温度最高限值:人员经常停留区28℃,人员短期停留区32℃,无人停留区42℃。国外资料给出了无人停留区地表面平均温度最高限值为35℃,浴室35℃。地表面温度过高还会造成外围护结构内表面温度过高,热损失增大,浪费能源。《规范》和《规程》给出了地表面平均温度的适宜范围,可以根据房间类型、最上面装饰层(面砖、大理石、木地板、地毯等)、人站立或静坐以及穿什么鞋子来确定适当的数值。
   
盘管中心距取大些,建议2030cm,不仅可以减少管材用量和费用,敷设施工费也可减少;管距大,管长减小阻力损失也减小,循环泵容量也可以减小,运行费和噪声相应也小。可举例说明:某房间16㎡,管距25cm,盘管总长度65m,内径16mm的管中水流速0.38m/s时压损约8450Pa,热地板放热量100 W/㎡,补偿房间耗热量1600W。供回水温度43℃和38℃,温降5℃,盘管中平均水温40.5℃,与空气温度间温差△t=20.5℃,地表面温度28.7℃。取管距10cm与它比较:要保持地表面温度仍是28.7℃必须降低供回水温度,使△t=12.5℃,这时盘管入口35℃,出口30℃,温降5℃。结果是盘管总长度增到144m,增加了一倍多;压损也增到18750Pa,增加了一倍多。如果要减小压损,必须增大水的温降,例如增到6℃或更高,过分增大使盘管出口水温过低影响有效换热。由此可见,盘管间距太小是无益的,选择较稀、较短有适度通过能力的盘管比较好。
    4.
地暖盘管施工的一些做法
   
以前地暖中使用的盘管是钢管,它与混凝土有相近的膨胀系数,因此浇筑后能固结成很好的整体,不会造成管子与混凝土脱开增大热阻。到上世纪70年代,大量工程以铜管代替钢管用于供暖和冷热水供应。地暖采用铜管,因其膨胀系数与混凝土相差大,会使管与混凝土脱离,影响传热,因此地暖中不宜使用铜管。现在广泛使用塑料管,其膨胀系数适当、柔性好、耐久性好。图5是地暖塑料管敷设在反光辐射板(例如铝板)上施工时的照片。图6是采用定型的隔热层,使敷设更为方便。在工业厂房和人群密集的公共场所,动荷载大,使用图7的焊接钢筋网做法,可使荷载均匀传递,保护塑料盘管,钢筋和盘管不接触,间距不小于15mm
   
混凝土填充层在施工时要保证混凝土能充满有盘管地方的每一角落,因此为使它流动性好有时加入添加剂。其抗压强度的选用,与地面上动负荷大小有关,见表2

 

5 盘管下有辐射板

 

 

6 定型隔热层使施工简便

 

 

 

7 动荷载大的场所所用焊接钢筋网

 

 

2 填充层强度等级与动荷载关系

 

 

 

8 不需要浇筑混凝土填充层的使用带槽预板的干式敷装照片

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