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地暖系统如何设计计算?
   上传时间:2015/3/19  查看:884次

地暖系统设计并不像很多人认为的那样只要用管子在地面上盘盘管,把热水灌进去就可以把房间加热那么简单。

地面辐射供暖系统的地面散热量

确定地面所需的散热量时,应根据实际情况将第5.3计算的房间供暖热负荷扣除来自上层地面向下的散热量。当垂直相邻各房间均采用地面辐射供暖时,除顶层以外的各地面辐射供暖房间,向下层的散热量,可视作与来自上层的得热量相互抵消。

与相邻房间的温差大于或等于5时,应计算通过隔墙或楼板等的传热量;与相邻房间的温差小于5,且通过隔墙和楼板等的传热量大于该房间热负荷的10%时,尚应计算其传热量。

单位地面面积的散热量应按下列公式计算:

q = q f + q d (5.4.2-1)

qf = 5×10-8[(t pj +273) 4-(t fj+273) 4] (5.4.2-2-1)

qf=4.98[(tpj+273)4/100-(tn+273)4/100]
(5.4.2-2-2)
根据现代住宅暖通空调设计

qd =2.13(t pj - t n) 1.31
5.4.2.3-1

式中 q --单位地面面积的散热量(W/㎡);

q f--
单位地面面积辐射传热量(W/㎡);

q d--
单位地面面积对流传热量(W/㎡);

t pj--
地表面平均温度();

t f j--
室内非加热表面的面积加权平均温度();

t n --
室内计算温度()。

单位地面面积的散热量和向下传热损失,均应通过计算确定。当加热管为PE-X

管或PB管时,单位地面面积散热量及向下传热损失,可按规程附录A确定。

确定地面所需的散热量时,应将本章第5.3节计算的房间热负荷扣除来自上层地面向下

的传热损失。

单位地面面积所需的散热量应按下列公式计算:

qx=Q/F
5.4.5

式中:qx--单位地面面积所需的散热量(W/㎡);

Q--
房间所需的地面散热量(W);

F--
敷设加热管或发热电缆的地面面积(㎡)。

确定地面散热量时,应校核地表面平均温度,确保其不高于本规程表5.1.2的最高限值;否则应改善建筑热工性能或设置其他辅助供暖设备,减少地面辐射供暖系统负担的热负荷。地表面平均温度宜按下列公式计算:

tpj=tn+9.82 ×
qx /100)0.969 5.4.6

式中

tpj--
地表面平均温度();

tn--
室内计算温度();

qx--
单位地面面积所需的散热量(W/㎡)。

热媒的供热量,应包括地面向上的散热量和向下层或向土壤的传热损失。

地面散热量应考虑家具及其他地面覆盖物的影响。

在参照欧洲标准EN442要求,在至少30分钟内测试不少于12次连续等时间间隔的读值满足测量精度要求的工况内。利用5.4.2中式5.4.2-25.4.2-3计算地板表面的散热量并与热源供热量比较,以验证计算的正确性

用热计量取热费代替按面积收费的方法可以节约2030%,同样的户型,如果达到同样的室内社记参数,边户的耗热量是中间住户的1.5倍,顶层用户所交的采暖费将是中间住户的1.7倍。要求设计时特别注意。

目前热计量表价格还偏高,寿命才几年,所以用热计量收费单户成本高,代替按面积收费尚需时日。

在不同供水温度下房间各表面温度的测量

地面辐射供暖系统的加热管系统设计

在住宅建筑中地面辐射供暖系统应按户划分系统,配制分集水器,可以方便实现按户热计量;户内的主要房间,宜分环路布置加热管,这样便于实现分室控制温度。

连接在同一分集水器上的同一管径各分环路的加热管长度宜尽量一致,这样有利于各环路之间的水力平衡。环路长度一般不超过100 m,最长不能超过120米,一般以80m/路左右为宜,长度差别在15%以内。以减少阻力损失。如果所用的分集水器为各环路带流量自动控制型的,则以用户各主要房间分环布置加热管为原则。对于壁挂炉系统,以户内各主要房间分环布置加热管。加热管长度应根据壁挂炉循环水泵的扬程经计算确定,一般管长40~70 m为好。

加热管的布置,应根据房间的热工特性和保证地面温度均匀的原则,选择采用回折型(旋转型)、平行型(直列型)。不同房间和住宅的各主要房间,宜合理划分环路区域,尽量做到各房间分别控制。选择时,应本着保证地面温度均匀的原则进行。布管时,尤其是热损失明显不均匀的房间,宜将高温管段优先布置外窗、外墙侧,使室内温度分布尽可能均匀,并避免与其他加热管线交叉。对于非采暖用的其它冷水管等管线,宜布置在地面供暖结构层中,同样要避免管线交叉。

加热管的敷设的管间距,应根据地面散热量、室内计算温度、平均水温及地面传热热阻等通过计算确定。

加热管的选择。由于种种原因,目前地面辐射供暖加热管的选择主要在PE-XPE-RTPBPP-RPP-B等塑料管材中选择。

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,然后确定管间距,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。

经实验当效果温度20和地表面平均温度为28时,即平均温差8,热地面放热量约82W/㎡。人员经常停留区,最高限制28,地面散热量也应该限制。

选择较稀较短,有适度通过能力的盘管较好。热媒平均温度40左右,管间距宜选200-300mm。不仅可以减少管材用量和费用,施工费用也可以减少;管间距大,管长可减少沿程阻力,循环泵的容量也可以减少。

为了保证地面温度均匀,不致引起开裂等问题,加热管的间距宜在150-300mm之间选择,如局部过于稠密;可采用加热管上方10mm处加钢丝网紧固。

在工业厂房和人群密集的公共场所,动荷载大,使用焊接钢筋,加固保护加热管。钢筋和盘管不接触,间距不小于15mm

浴室要求地表面温度高一些,可以减小管间距,使地面不超过35为宜。

材质的选择

各种管材的许用应力值σD从小至大,依次为PBσD =5.46MPa)、PE-XσD =4.00 MPa)、PE-RTσD =3.34 MPa)、PP-RσD =3.30 MPa)、PP-BσD =1.95 MPa),其中PE-RTPP-R的应力值基本相同,应根据系统使用情况选择适宜的管材。管材PBPP-RPE-RT通常采用热熔连接,PE-X只能采用专用管件连接。

管材使用条件等级和管系列S的选择可按规程附录B的规定选择。

壁厚的确定

考虑施工及使用中的一些不利因素,为安全起见,塑料管材壁厚应适当加厚,对于管

径大于等于15mm的管材壁厚不应小于2.0mm,对于管径小于等于15mm的管材壁厚不应小于1.8mm;需进行热熔焊接的管材,其壁厚不得小于1.9mm

管材直径的选择要考虑加热管内水的流速宜大于0.25 m/s,不致产生气塞现象。但也不宜过大,流速过大会使管道产生噪声。

在设计地暖时,为了给客户室温宁高勿低,保险系数大,是不科学的,也是不合理的,温度太高不仅会感到不舒服,还会使下肢血液循环过快影响健康。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,向外损失的热量就越多,虽然地面辐射供暖时,空气与墙面对流换热减弱,总的讲耗热量反而增大。

由于塑料类管材有纵向膨胀特性,应在敷设方式上有所考虑。塑料类管材在地面内埋设时纵向膨胀受限,会转化为内应力,在管道强度计算的安全系数中可以消纳,而明装时则会发生较大的弯曲变形,且易受划伤而影响使用寿命。根据实际工程的问题和经验,目前只推荐在直埋(包括地面内或嵌墙敷设)时采用塑料类管道,非直埋的所有管道(包括明装或管道井内安装),仍推荐采用热镀锌钢管和螺纹连接。

地面的固定设备和卫生洁具下,不应布置加热管。

地面辐射供暖系统的分集水器及附件的设计

每个环路加热管的进出水口,应分别与分集水器相连接。分集水器内径应不小于总供回水管内径,且分集水器最大断面流速不宜大于0.8m/s。每个DN25主杠的分集水器分支环路不宜多于8路(特殊情况大于8路可采用供回水同程安装)。环路过多,将导致分集水器处的管道过于密集,不利于安装。如果热源为市政热力管网,分集水器超过8路,则管内水的流速会小于0.25m/s,供暖效果难以保证。每个分支环路供回水管上均应设置铜制球阀等可关断阀门。球阀作为切断阀在管路上只应全关或全开,则不应做为调节流量用,不宜把球阀半开启使用。

目前将塑料球阀用在分水器上是不合适的,因为塑料球阀只能使用在冷水管线上,而用在热水管线上,球体会受热膨胀,致使操作失灵。

在水平安装的采暖管线上,选用闸阀是不可取的,因为采暖管路中的水不可避免含有杂质,由于水流运行方向的原因,容易在闸槽内沉积杂质,使阀门关闭不严,所以,在地暖工程中,无论是主管路系统还是分集水器都不应该水平安装闸阀。用普通分集水器上的阀门,调节室温也是不妥当的,因为普通分集水器上的球阀开启到半开位置,水流容易冲刷密封球体,致使阀门关不严。调节室内温度应选用各路流量调节型分集水器、换热器和混水装置等。

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、泄水管。设置两个阀门主要是供清洗过滤器和更换或维修热计量装置时关闭用;设过滤器是为了防止杂质堵塞流量计和加热管。热计量装置前的阀门和过滤器,也可采用过滤器球阀(过滤器与球阀组合与一体)替代。在集水器之后的回水连接管上,应安装泄水管并加装关断阀(试验阀)和平衡阀或其它可关断调节阀。系统配件应采用耐腐蚀材料。安装泄水装置,用于验收前以及以后维修时冲刷管道和泄水用,最好泄水装置就近有地漏排水装置。

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。旁通管的连接位置,应在总进水管的始端(阀门之前)和总出水管的末端(阀门之后)之间,保证对供暖管路系统冲洗时水不流进加热管。

分集水器上应设置手动或自动排气阀。尽量安装自动放气阀,以便在以后的使用过程中,给用户带来方便,避免了冷热压差以及补水等因素造成的集气,而使系统运行受阻。

地面辐射供暖系统的加热管水力计算:

加热管计算管段的压力损失,可按下列公式计算:

P=Pm+Pj (5.7.1)

Pm=λ×L/d×ρ×υ2/2 (5.7.2)

Pj=ζ×ρ×υ2/2 (5.7.3)

式中P --加热管的压力损失(pa);

Pm--摩擦压力损失(Pa);

Pj- -局部压力损失(Pa);

λ -
摩擦阻力系数;

d -
管道内径(m);

L -
管道长度(m);

ρ --
水的密度(kg/m3);

υ --
水在管道内的流速(m/s

ζ --
局部阻力系数

铝塑复合管及塑料管的摩擦阻力系数,可近似统一按下列公式计算:

λ={0.5•
b/2+1.312•2-blg3.7•dn/kd〉]/lgReS-1]/lg3.7dn/k d}2

b=1+ lgReS /lgRez

ReS=dnυ/μt

Rez=500dn/kd

dn=0.5(2dw+
dw-4δ-2δ)

式中 λ --摩擦阻力系数;

b --
水的流动相似系数;

Res --
实际雷诺数;

υ --
水的流速(m/s);

μt --
与温度有关的运动黏度(㎡/s);

Rez --
阻力平方区的临界雷诺数;

kd--
管子的当量粗糙度(m),对铝塑复合管及塑料管kd=1×10-5m);

dn--
管子的计算内径(m);

dw--
管外径(m);

dw--管外径允许误差(m);

δ --
管壁厚(m);

δ--管壁厚允许误差(m);

查找对应管径的比摩阻时,需要先计算出相应管径水的流量来。进而求出水的流速。

1
、流量计算公式:G=A×Q/[C×tg-th]

=
3.6×Q/[4.187×(tg-th)]

=0.86×Q
tg-th (式5.7.2.1

式中G--通过每个支管的流量,kg/h;

A--
单位换算系数1W=1J/S=3600/1000KJ/h=3.6 KJ/h;

Q--
每个支管的热负荷。W

C--
水的热容量,C=4.187kj/(kg•)

tg
th--各支管的供回水温度,

2
、流速计算公式:v=G/(900×∏×d2×ρ)m/s (5.7.2.2)

G --
通过每个支管的流量,kg/h;

d --
支管内径,m;

ρ--
热水的密度kg/m3

5.7.3
塑料管及铝塑复合管单位摩擦压力损失可参见JGJ142-2004《地面辐射供暖技术规程》附录C中表C.0.1、表C.0.2选用。

塑料管及铝塑复合管的局部压力损失应通过计算确定,其局部阻力系数可参见JGJ142-2004《地面辐射供暖技术规程》附录C中表c.0.3选用。

每套分水器、集水器环路的总压力损失不宜大于30kPa

每套分水器环路(自分水器总进水管阀门前起,至集水器总出水管阀门后为止总压力损失(不包括热量表和恒温阀的局部阻力),不宜超过30Kpa.

同一集配装置的每个环路加热管长度应当尽量接近,这样可使各环路的阻力值接近,其差值尽可能控制在15%以内。对以独立式燃气炉等为热源的系统,应控制管长≤90m,以减少阻力。要使各管支路的阻力尽可能平衡,并保证管内水的最小流速。

低温热水系统的热计量和室温控制

新建住宅低温热水地面辐射供暖系统,应设置分户热计量和温度控制装置。

分户热计量的低温热水地面辐射供暖系统,应符合下列要求:

应采用共用立管的分户独立系统形式。

热量表前应设置过滤器。

供暖系统的水质应符合现行国家标准《工业锅炉水质》GB1576的规定。

共用立管和入户装置,宜设置在管道井内;管道井宜邻楼梯间或户外公共空间。

每一对共用立管在每层连接的户数不宜超过3户。

低温热水地面辐射供暖系统室内温度控制,可根据需要选取下列任一种方式:

在加热管与分水器、集水器的接合处,分路设置调节性能好的阀门,通过手动调节来控制室内温度。

各个房间的加热管局部沿墙槽抬高至1.4m,在加热管上装置自力式恒温控制阀,控制室温保持恒定。

在加热管与分水器、集水器的接合处,分路设置远传型自力式或电动式恒温控制阀,通过各房间内的温控器控制相应回路上的调节阀,控制室内温度保持恒定。调节阀也可以内置于集水器中。采用电动控制时,房间温控器与分水器、集水器之间应预埋电线。

发热电缆系统的设计

发热电缆布线间距应根据其线性功率和单位面积安装功率,按下式确定:

S = Px/ q×1000
5.9.1

式中 S--发热电缆布线间距(mm);

Px--
发热电缆线性功率(W/m);

q--
单位面积安装功率(W/m2)。

在靠近外窗、外墙等局部热负荷较大区域,发热电缆应较密铺设。

发热电缆热线之间的最大间距不宜超过300 mm,且不应小于50 mm;距离外墙内表面不得小于100 mm

发热电缆的布置,可选择采用平行型(直列型)或回折型(旋转型)。

每个房间宜独立安装一根发热电缆,不同温度要求的房间不宜共用一根发热电缆;每个房间宜通过发热电缆温控器单独控制温度。

发热电缆温控器的工作电流不得超过其额定电流。

发热电缆地面辐射供暖系统可采用温控器与接触器等其他控制设备结合的形式实现控制功能,温控器的选用类型应符合以下要求:

高大空间、浴室、卫生间、游泳池等区域,应采用地温型温控器;

对需要同时控制室温和限制地表温度的场合应采用双温型温控器。

发热电缆温控器应设置在附近无散热体、周围无遮挡物、不受风直吹、不受阳光直晒、通风干燥、能正确反映室内温度的位置。不宜设在外墙上,设置高度宜距地面1.4m。地温传感器不应被家具等覆盖或遮挡,宜布置在人员经常停留的位置。

发热电缆温控器的选型,应考虑使用环境的潮湿情况。

发热电缆的布置应考虑地面家具的影响。

地面的固定设备和卫生洁具下面不应布置发热电缆。

发热电缆系统的电气设计

发热电缆系统的供电方式,宜采用AC220V供电。当进户回路负载超过12kW时,可采用AC220V/380V三相四线制供电方式,多根发热电缆接入220V/380V三相系统时应使三相平衡。

供暖电耗要求单独计费时,发热电缆系统的电气回路宜单独设置。

配电箱应具备过流保护和漏电保护功能,每个供电回路应设带漏电保护装置的双极开关。

地温传感器穿线管应选用硬质套管。

发热电缆地面辐射供暖系统的电气设计应符合国家现行标准《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16和《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303中的有关规定。

发热电缆的接地线必须与电源的地线连接。

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