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热水地板辐射采暖设计实例


作者: 时间:2013-4-5 14:27:12 点击:2177

  一、地板辐射采暖的历史:  
  在大力提倡住宅舒适、节能、环保的今天,低温地面辐射采暖作为一种新兴的采暖方式,正逐渐为大众所接受。其实,追溯一下它的历史,你会惊异的发现,早在几个世纪前它就已经应用在日常生活中了:中国人家中的地龙火炕是大家经常能见到的;罗马人也曾精心制作过火沟渠以及利用低于地板的管道系统对浴室的石头地板进行加热;韩国人在数百年前在他们的房子下面使用充满石头的火坑系统来取暖。
  1909年一个英国人利用混凝土和石膏管道制作了辐射采暖系统,并申请了专利。二次世界大战结束后,美国人也利用他们从欧洲学来的技术大力发展地板采暖技术。但是,由于当时的原料——铜管、黑铁管生产成本以及安装成本太高,同时管道的联接性能上也存有缺陷,导致了地面辐射采暖在60年代的衰退。此外,当时建筑物中缺乏好的保温材料,所以要求地表温度要保持在舒适温度以上,这样室内温度会产生较大的波动,达不到应有得舒适感。到了70年代建筑材料和绝缘材料的出现,以及新型管材的出现,如塑料和橡胶化合物,地板采暖在欧美国家重获发展。尤其在美国,由于地板辐射采暖系统能与太阳能收集技术完美的结合起来,使其得到了更大规模的推广。
  地板辐射采暖于八十年代引入我国,在多年的努力下,该技术在我国同样得到广泛的使用。我公司致力于该技术的推广,并希望这一技术能够在国内继续健康发展下去。为此,现将我公司不久前完成的银川民生城市花园的工程设计实例的简单介绍,与大家共同探讨。  

二、工程概述:

  银川民生城市花园小区地处银川市西环北路,交通便利,是银川市规模最大的现代化小区之一,同时该小区还准备申报国家康居住宅示范小区。小区总规划面积216亩,总建筑面积:246500平米;住宅建筑面积:201500平米;公用建筑面积:45000平米。基本户型分为A、B1、B2、C1、C2等,每种户型包括了标准层,跃层两种形式,面积由90到200平米。小区一期工程建筑面积约为35700m2,包括七幢住宅楼,均为地上七层,顶层带跃层。
  住宅的采暖形式采用了低温热水地板辐射采暖系统。热源由热电厂提供130℃/70℃一次热水,接至小区换热站,并由换热站换出55℃/45℃低温热水,由小区热网输送到各用户,供小区采暖。  

三、设计参数:

1)室外设计参数:


冬季采暖室外计算干球温度
  -15℃
  
冬季室外平均风速
  1.7m/s
  
冬季空调室外计算相对湿度

(最冷月月平均相对湿度)
  50%
  
冬季主导风向及其频率
  C  39%,N  12%
  
冬季大气压力
  672mmHg
  
最大冻土深度
  103cm
  



2)室内设计参数:


阳台、卧室、起居室
  18℃
  
卫生间
  18℃
  
厨房
  16℃
  



3)建筑外围护结构资料:


围护结构
  材料组成
  导热系数
  
外墙
  300mm加气混凝土砌块
  K=0.83W/m2.℃
  
240mm砖墙,外部90mmGRC板
  K=0.87W/m2.℃
  
外窗
  单框双玻钢窗
  K=3.90/m2.℃
  
屋面
  100mm钢筋混凝土,苯板、芯板各5mm
  K=0.46W/m2.℃
  
阳台门
  玻璃木门
  K=5.8W/m2.℃
  
内隔墙
  240mm砖墙
  K=2.03W/m2.℃
  


四、采暖热负荷计算:

  采暖负荷计算参照了《实用供热空调设计手册》(陆耀庆)中的“民用建筑供暖设计热负荷计算”部分及《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》(DBJ/T01-49-2000)中的有关规定。
  由于地板采暖有其特殊性,所以在负荷计算中,我们着重考虑了以下几个方面的问题:
  1)根据规程要求,供热负荷计算宜将室内计算温度降低2℃,或取常规供暖方式热负荷的90%-95%,但在实际计算中,需考虑室内家具摆放,以及卫生间器具设施的影响,这些影响减低了地板的有效散热面积,在计算时需乘以有效面积系数。在综合考虑两个因素后,在负荷计算中并未降低室内计算温度,仍按普通系统的负荷进行计算;
  2)民生花园采用的是小区热网集中供暖,在设计中考虑间歇运行的影响,在负荷计算结果上乘以1.2的负荷放大系数;在单户供热等区域供热形式中,
应考虑各户不同时的因素,并乘以相应的系数1.2;现以C1户型采暖计算书为例详述该问题。
 

  3)由于该小区中每户的阳台均为封闭阳台并成为户内使用面积,需计算其热负荷。考虑到住户有可能将阳台与室内隔墙打通改做大厅,在计算时将其设计温度与室内统一;  

4)通过以上方法计算得出一期工程建筑总面积为35700m2,总热负荷为1987kW,热指标为55.7W/m2;  

五.管材的选择:

  根据北京市《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》中的有关规定,目前可以使用的塑料管材品种有无规共聚聚丙烯管PPR,铝塑复合管XPAP,交联聚乙烯管PEX和聚丁烯管PB四种。参考ISO/DIS  10508《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》——《使用条件分级》中的有关规定,PPR、PEX、PB均属于4,5级塑料管材产品,XPAP由于缺乏100℃及100℃以上数据,暂不属于4,5级产品。
  这些管材各有优缺点,铝塑复合管是一种质量较好的管材,它不透氧,弯曲后弹性很小,抗内外压力能力强,联接可靠。但是铝塑复合管由五层材料构成,一旦某一层面出问题,会导致各层面分层,管道强度和导热性下降,且搭接型制作造成管壁厚不均匀,使连接产生一定的问题。聚丁烯管材被称为塑料中的黄金,价格较贵,这种管材可焊性较好,密封十分可靠,但其抗应力能力较差,且透氧率高于其它管材,在地板采暖安装时均要求其带阻氧层。PPR管材脆化温度为-5℃—  -10℃,其弹性模量大,管壁较厚,弯曲施工也比较困难,同时其抗蠕变性能也较差,不宜做地板采暖管材。  PEX具有良好的抗蠕变性,管材材质较PPR软,容易弯曲,便于工人施工,同时交联管接头采用插入式铜接头连接,安装方便,耐压可靠,在各国地板采暖系统中,其应用率也是最高的。在价格上,PEX也仅为PB管的1/3。综合考虑后,我们最终选择了韩国斗利公司出产的PEX管材。  

六.管路系统的设计:

  1)管路水温的确定:受塑料管道自身性质所限,管路中输送介质的温度应不大于60℃,同时水温降低,可使辐射更为均匀,并保护室内木制装饰材料不被高温损坏;但是,一味降低温度,也会增加室内管道的投资。此次设计中的供回水温为55℃/45℃。
  2)管径的选择:在参考规程中的有关管径为16-20的散热参数后,我们发现在某些房间,即便取最大布管间距300mm,其散热仍大于所需热量。因此我们改用12-16型管材,其散热负荷按照16-20的85%考虑(该参数由厂家提供),这样可实现管道散热量与实际需要吻合。
  3)管线的长度:规程中规定加热管道内的热媒流速不应小于0.25m/s,同时供回水阀门以后的管线系统阻力,不宜大于30kPa。在实际计算中,每一环路长度一般在70-90m之间,在实际采购时,应增加2-6米的管线长度,用于连结分集水器。为保证各支路的平衡,在布管时应尽量将各支路管道长度保持一致。详见附图2。
  4)分集水器的选择:参照普通分集水器的计算方式可计算出其管径。分集水器一般采用黄铜、铜、塑料等材料,此次选用了铜制分集水器。分集水器的管路连结详见图4。
  5)地面装饰材料:地面装饰材料对地板散热的影响很大,不同的地面层管道散热量也大不相同。因此,在布管前应确定住宅采用何种材料做地面。根据家庭装修的实际情况,地面装修一般以石材地板或木制地板为主,在计算中我们取热阻较大的木制地板为设计条件(R=0.1(m2.K)/W);
  6)管道的排管方式:目前流行的排管方式有很多,我们选用了较为常用的回旋式排管方式;在一些面积狭小的空间,也采用直列式布管方式。回旋式排管可保持供回水管间隔排布,使室内温度分布均匀,此外,此种布管形式相对较为简单,易为施工人员接受;在小面积房间,走道或不同支路间隔的狭小空间处,直列式布管是简便易行的方式,尽管在温度分布上不尽如人意,但是面积较小不会影响到整个房间;
  7)管道在沿墙部位的敷设:在有外墙的房间内布管时,一般考虑在靠近外墙的部分加密管道,但实际上,在住宅中家具很有可能摆放在外墙一侧,此时热量被遮挡,有效散热量减少,同时对木质家具也会产生影响。所以,我们在设计中并不刻意在外墙处减小管道间距。
  8)管道在一些特殊房间的敷设:
  卫生间的处理:由于有卫生器具,卫生间的有效面积很小,需通过减小管道
  间距来满足其负荷,经计算管道间距一般150mm左右。
  厨房的处理:在此工程中每户的分集水器均设在厨房,分集水器出口处管道密集,散热量很大,因此在厨房布管时一般采用直列式排布,管道的间距300mm。
  阳台的处理:阳台完全封闭,应作为室内使用面积考虑。同时,由于阳台外围护结构较多,布管间距为200mm。

八、系统的连接:

  为了充分利用当地已有资源,减少投资也为了便于今后维护,民生城市花园采用了利用热电厂余热,通过小区换热站换热后集中供热的方案。考虑到今后小区分户计量的需要,在由立管接至各户分集水器之前,预留了安装热计量表的位置,以备日后所用。详见图3,图4。

九、结束语:

  地板辐射采暖技术在国外发展了近百年,在国内也已发展了二十余年,除了应用在住宅采暖以外,还广泛的应用于坡道融雪,运动场、草坪、温室采暖等很多领域,此外,它也可以通过其可利用低品位热源的优势与其他资源相结合,如地热资源,太阳能资源等,能达到环保、节能的目的,是值得大力推广的采暖形式。


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