《热水地面辐射供暖系统设计中的几个问题》

在热水地面辐射供暖系统设计时，首先是热负荷计算问题。需综合考虑房间的围护结构、朝向、室内外温差等因素，准确计算热负荷是系统有效供暖的基础。管材的选择至关重要，要考虑管材的耐压性、导热性和耐腐蚀性等。分集水器的设计需合理确定其环路数量，保证各环路流量均衡，避免出现冷热不均现象。再者，保温层的设计不可或缺，良好的保温能减少热量向下层的散失，提高能源利用率。同时，系统的水力计算也不容忽视，确保各支路压力平衡，热水能均匀地在管道中循环，为舒适供暖提供保障。

    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。（参考《建筑中文网》）

    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(θpj-θi)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

    （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

    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。

    通常地面辐射供暖系统的阻力损失要大于散热器采暖系统，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

    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。

    （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散热器采暖系统，同等供热条件下，其系统流量为散热器系统的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%。

    （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》

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200606/8584.htm