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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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热水地面辐射供暖系统(水地暖系统)设计中经常遇到的几个问题

 

1 概述

热水地面辐射供暖系统由于具有舒适、卫生、节能、不影响室内观感和不占用室内面积与空间等显著的优点,在三北地区的住宅和公共建筑中,得到了越来越广泛地应用,但在设计方法上还存在很多不完善的地方。如何合理设计,更好的发挥该系统的优势,是设计人员所关心的问题。本文根据设计实践经验,对设计过程中普遍关心的几个关键问题进行了分析与探讨。

2 关于设计计算方法

地面辐射供暖系统的设计计算方法,即指如何根据地面所需散热量、热媒温度及地面结构以及加热管类型,确定加热管的敷设间距。

目前国内的计算方法,究其出处主要有以下两种来源:(1)算法一:欧洲算法,目前国内已有的地面辐射供暖技术规程中的数据均来自此算法。(2)算法二:ASHREA手册提供的计算方法。

2.1 算法一:欧洲算法

该算法是建立在欧洲标准EN1264:《地面供暖系统与部件》(Floor heating systems and components)基础上的,德国、英国等欧洲国家均采用此算法。该算法简述如下:

2.1.1 假设条件:

(1)单位地面散热量满足下列关系:q=8.92(θpji)1.1

(2)当地面无覆盖层(覆盖层热阻Rλ,B=0)时,通过地板向下传热的损失假定为10%。

2.1.2 单位地面面积散热量q采用下式计算:

=

其中:对数平均温差△θH

θv----供水温度 ℃

θR----回水温度 ℃

θi--- 室内空气温度 ℃

:填充层修正系数;:管间距修正系数;

:覆盖层修正系数;* :管外径修正系数;

=1-T/0.075 (0.05m≤T≤0.375m) T:管间距 m

=100(0.045-su) (su≥0.015m) Su:加热管上部覆盖层厚度 m

*=250(D-0.020) (0.010m≤D≤0.030m) D:加热管外径 m

当管间距T>0.375m时,q可近似按下式修正:

q=q0.375*0.375/T

上述修正系数可根据地面的实际结构(面层材料、加热管规格及间距、填充层厚度等)由相应表格中查得。

2.2 算法二:ASHREA手册算法

不同于欧洲算法,该算法是建立在基本传热公式基础上的。2000年ASHRAE手册中给出了加热管外表面平均温度以及管内平均水温的公式,可用于地面辐射供暖的设计计算。地面辐射供暖系统热水平均温度可按以下公式计算:

式中:q—单位平板面积的散热量,W/m2

qb—平板背面传热损失(四周的热损失忽略不计),W/m2

M—管间距,m

rt—管壁热阻, m.k/W

(如果是电缆,rt=0;若是金属管,rt≈1/h.Di

td—加热管表面平均温度,℃

式中:

ta—室内空气温度,℃

tp—地面的表面平均温度,℃

2W—管间净距,M- Do,m

η—肋片效率,该值与地板结构及相应热阻有关,可通过计算获得。

Do—管外径,m

rp—平板热阻,

rs—管与板的接触热阻,m.k/W,对于埋地管道rs=0

rc—地板面层热阻,m2.k/W

从上述公式中的各影响参数可见,该方法既适用于地面供暖同时也适用于各种形式的平板供冷与供热(包括发热电缆)。设计者可对任意形式的辐射供冷(供热)系统进行设计计算,对平板背面传热损失无任何限制,可根据绝热层实际导热系数及厚度经计算确定。

2.3 两种算法计算结果的比较

2.3.1 算例及其计算结果

算例:De20×2(外径x壁厚)的PE-X管,30mm厚聚苯乙烯泡沫塑料保温层(其热阻值满足欧洲算法的假设条件(2)之要求),填充层厚度60 mm ,设计室温18℃,加热管间距250mm,计算单位地面面积散热量及向下传热损失。

(1)热媒平均温度为45℃时,单位地面面积散热量及向下传热损失如表2.3.1-1:

表2.3.1-1

地面层热阻

(m2.K/W)

算法

单位地面面积散热量Qu

(W/m2

向下传热损失Qd

(W/m2

Qd/Qu(%)

0.02

算法一

110.2

未知

 

算法二

140

25.9

18.5

0.15

算法一

66.8

未知

 

算法二

80.7

27.6

34.2

(2)地面层热阻为0.02(m2.K/W)时,单位地面面积散热量及向下传热损失如表2.3.1-2:

表2.3.1-2

热媒平均温度

(℃)

算法

单位地面面积散热量Qu

(W/m2

向下传热损失Qd

(W/m2

Qd/Qu(%)

45

算法一

110.2

未知

 

算法二

140

25.9

18.5

35

算法一

69.1

未知

 

算法二

83.1

17.2

20.7

2.3.2 计算结果分析

(1) 由表2.3.1-1、表2.3.1-2可见,算法一计算结果均小于算法二,前者平均为后者的80%。说明两种算法,由于其计算方法不同,其计算结果相差较大。同样条件下,算法一计算结果小,说明算法一安全系数比较大。

(2) 由表2.3.1-1、表2.3.1-2可见,在30mm厚聚苯乙烯泡沫塑料保温层的条件下,向下传热损失已接近地面散热量的20%,且其值随着面层热阻的增加、水温的降低而增加。说明地面辐射供暖系统设计计算时,向下传热损失量是不可忽视的,应加以考虑。

2.4 综合分析,

2.4.1 与算法一相比,算法二通用性好,适用于任何形式的平板辐射供暖(供冷)系统的计算,对所计算系统无假设条件限制,而且可同时计算向下传热损失。就计算方法本身而言,算法二是目前相对比较完善的方法。

2.4.2 鉴于国内地面辐射供暖系统的实际应用普遍存在过热现象分析,一方面是由于系统缺乏控制,同时设计富裕量过大也是导致过热现象的主要原因。算法二的计算结果应更符合实际。

3 关于户内系统阻力损失

通常地面辐射供暖系统的阻力损失要大于采暖系统,究竟大多少?局部阻力与沿程阻力的比例如何?这是设计人员普遍关心的问题。下面将通过实际计算,分析地面辐射供暖系统的阻力损失。

3.1 算例:房间地面面积30 m2,假定单位热负荷为70W/m2、供回水温差10℃,则该房间热负荷为2100W,热媒流量为180.6kg/h。以De20×2的PE-X管为例,假定加热管间距200mm。

(1) 沿程阻力损失⊿Pl

假定房间可敷设加热管的地面面积22 m2,若不考虑弯头部分的差别,管长可按下式计算:

L=A/T

L-----加热管管长 m

A-----敷设加热管的地面面积 m2

T------加热管间距 mm

经计算,加热管长度为110米,假设分、集水器到房间的加热管长度(供回)为10 米,则加热管总长度为120米。由塑料管水力计算表可查得,此时热媒流速υ为0.25m/s、沿程比摩阻为85.86(Pa/m),则沿程阻力⊿Pl为46.7x120=10303(Pa)。

(2) 局部阻力损失⊿Pj

按上述条件,加热管布置形式可如图3.1所示。


图3.1

由 图3.1可计算.房间内有900弯头38个。

表3.1 局部阻力系数汇总表

管路附件

局部阻力系数ξ

个数

局部阻力系数之和∑ξ

备 注

900弯头

0.5

46

23

假设房间至分集水器有900弯头有8个

突然扩大

1.0

1

1

 

突然缩小

0.5

1

0.5

 

压紧螺母连接件

1.5

2

3

 

供回水阀门

0.5

2

1

 

Y型除污器

2.2

1

2.2

 

合计

 

 

30.7

 

注①引自俄罗斯1999年出版的设计与施工规范《采用交联铝塑复合管供暖系统的设计与安装》

局部阻力可按下式计算:

⊿Pj=∑ξ.ρυ2/2 Pa

式中∑ξ―――局部阻力系数之和 ∑ξ=30.7

ρ—――水的密度(㎏/m3);ρ=1000

υ—――水的流速(m/s);υ=0.25

局部阻力⊿Pj=959 Pa

(3) 户内系统总阻力损失⊿P

⊿P=⊿Pl+⊿Pj=11262 Pa

局部阻力⊿Pj占系统总阻力损失⊿P的8.5%。

若考虑恒温阀(一般压降为10-20kPa)、热量表(一般压降为10-15kPa),则系统总阻力损失可达到30-50 kPa。

4 结束语

(1) 地面辐射供暖系统因舒适性的要求,供水温度及供回水温差均小于采暖系统,同等供热条件下,其系统流量为系统的2-3倍。因此,选用更符合实际的设计计算方法,从设计上避免系统过热想象,对降低地面辐射供暖系统的综合费用,减少其初投资是非常必要的。

(2) 地面辐射供暖系统户内系统总阻力损失应在10kPa左右。若考虑恒温阀.、热量表.,则系统总阻力损失可达到30-50 kPa。本文计算工况偏于不利工况,对面积较小或热负荷较小的房间,其对应环路的阻力损失相应也小,适当增加户内系统总阻力损失,利于变流量系统的调节与稳定。

(3) 仅就加热管的阻力损失而言,其局部阻力占户内系统总阻力损失的比例不超过10%。

参考文献:

(1) ASHRAE Handbook 2000 HVAC Systems and Equipment中第六章 Panel heating and cooling

(2) BS EN1264 Floor heating—systems and components

(3) 俄罗斯1999年出版的设计与施工规范《采用交联铝塑复合管供暖系统的设计与安装》

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