塑料埋管地板輻射供暖的設計計算

1、<p>　　塑料埋管地板輻射供暖的設計計算</p><p>　　提要：分析了塑料埋管地板輻射供暖的設計計算原理和方法，特別研究了塑料埋管地板輻射供暖與傳統(tǒng)的散熱器供暖設計計算中的不同之處，為設計人員進行塑料埋管地板輻射供暖的設計提供了依據(jù)和方法。 </p><p>　　關鍵詞： 塑料埋管；地板輻射供暖；設計計算 </p><p>　　Abstract: I

2、n this paper, the design calculation principles and methods of the plastic pipe laying and floor radiance heating system is analyzed, and in particular, the differences of the design calculation between the plastic pipe

3、laying and floor radiance heating and the traditional radiator heating are researched, which provides the basis and methods for the designers. </p><p>　　Key words: plastic pipe laying; floor radiance heating

4、; design calculations </p><p>　　中圖分類號：TB484.3文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　近年來，隨著生活水平的進一步提高，城市居民對居住環(huán)境也提出了更高的要求，塑料埋管地板輻射供暖這種方式因其具有舒適潔凈，低能高效，節(jié)省空間等優(yōu)點而迅速得到了普及。但是塑料埋管地板輻射供暖與傳統(tǒng)的散熱器供暖有著本質的區(qū)別，傳統(tǒng)的散熱器供暖主要通過對流加熱

5、室內的空氣達到供暖的目的，而塑料埋管地板供暖主要通過輻射加熱房間的墻內表面和室內的空氣從而使人體具有最佳的舒適感。由于這兩種供暖方式有著本質的不同，也就決定了其設計計算方法的不同。本文僅就塑料埋管地板輻射供暖的設計計算進行分析和研究。 </p><p>　　供暖房間衛(wèi)生條件的確定 </p><p>　　人們從供暖實踐中了解到，供暖房間墻內表面平均溫度和室內空氣溫度是給人體造成舒適環(huán)境的重要

6、因素，因此我們可以將塑料埋管地板輻射供暖的衛(wèi)生要求概括為以下三條： </p><p>　　保證供暖房間墻內表面平均溫度大于室內空氣溫度。這樣可以減少四周表面對人體的冷輻射，從而提高了舒適感。 </p><p>　　保證供暖房間墻內表面平均溫度與室內空氣溫度均在供暖衛(wèi)生要求的舒適區(qū)內。 </p><p>　　保證地板板面溫度不超過規(guī)定值。受供暖房間內人的舒適及生理條件

7、的限制，塑料埋管地板輻射供暖的地板板面最高溫度有一定的限制，結合我國的實際情況，推薦采用下面的數(shù)值：經(jīng)常有人停留的區(qū)域，最高溫度不超過28℃；短期有人或無人停留的區(qū)域不超過32℃。 </p><p>　　塑料埋管地板輻射供暖房間熱需要量的確定 </p><p>　　由于塑料埋管地板輻射供暖系統(tǒng)要求墻內表面平均溫度高于室內空氣溫度，所以散熱損失不能簡單的按室內空氣溫度進行計算，而是應該根據(jù)墻

8、內表面溫度計算，但由于墻內表面溫度不僅與塑料埋管的敷設形式、深度、供回水的溫度有關，還取決于墻內表面的材質、位置等因素，情況復雜，故在設計計算時可簡化計算。對于地上建筑物仍采用對流供暖房間的計算方法，按常規(guī)的室內溫度計算；對于地下建筑物輻射供暖系統(tǒng)的熱需要量應該在地下建筑物烘熱之后由下列公式確定： </p><p>　　Q=0.45q (焦爾/秒)（1） </p><p>　　式中： q=

9、烘熱期內小時平均耗熱量。 </p><p>　　塑料埋管地板輻射供暖地板板面溫度的確定 </p><p>　　由于地板輻射供暖系統(tǒng)中，供熱塑料管道均勻的敷設在整個地板中，其輻射散熱面積等于整個地板的面積，所以當房間熱需要量確定后，地板板面所需的溫度也就相應的確定了。 </p><p>　　但地板板面溫度不僅取決于地板面積的大小，還取決于室內空氣溫度以及“冷”墻當量傳

10、熱系數(shù)、“冷”墻表面平均溫度等。故計算可分為以下三步。 </p><p>　　*“冷”墻―除敷設供暖塑料管的地板面積之外，建筑圍護結構的所有冷表面。 </p><p>　　3.1 確定“冷”墻當量傳熱系數(shù) </p><p>　　Kl=Ql/[Fl (Tb-Th)](焦爾/米2?秒?度) （2） </p><p>　　式中：Kl―“冷”墻當量傳

11、熱系數(shù)焦爾/米?秒?度 </p><p>　　Ql―通過“冷”墻的熱損失焦爾/秒 </p><p>　　Ql=Q- Qd(焦爾/秒) </p><p>　　Q―采暖房間總熱損失 焦爾/秒 </p><p>　　Qd―采暖房間通過地板的熱損失 焦爾/秒 </p><p>　　Fl―“冷”墻總面積 米2 </p>

12、;<p>　　Fl=F- Fd F:房間總內表面積；Fd:地板面積。 </p><p>　　Tb―室內空氣溫度℃ </p><p>　　Th―外界采暖計算溫度℃ </p><p>　　3.2確定“冷”墻表面平均溫度 </p><p>　　“冷”墻表面平均溫度取決于室內空氣溫度、地板板面溫度以及“冷”墻與地板板面之間的對流換熱、輻

13、射換熱等條件，在熱平衡狀態(tài)下，“冷”墻表面平均溫度由“冷”墻和地板板面之間的熱平衡方程求出。 其中室內空氣溫度由國家設計標準中的衛(wèi)生要求確定。為了簡化計算，避免解聯(lián)立方程式，可以忽略輻射換熱對“冷”墻的影響，即“冷”墻向外界的熱損失等于“冷”墻通過對流換熱從室內空氣獲得的熱量，所以“冷”墻面的熱平衡方程為： </p><p>　　аl(Tb-Tl)= Kl (Tb-Th)（3） </p><p

14、>　　Tl=Tb-0.14Kl (Tb-Th) （4） </p><p>　　式中：аl―“冷”墻平均換熱系數(shù)焦爾/米2?秒?度 </p><p>　　Tl―“冷”墻表面平均溫度 ℃ </p><p>　　當然“冷”墻表面平均溫度除按上述公式計算外，亦可按防潮要求或衛(wèi)生要求事先規(guī)定給出。 </p><p>　　3.3確定塑料埋管地板輻射

15、供暖系統(tǒng)中的地板板面溫度 </p><p>　　經(jīng)過以上的計算后，我們得到了“冷”墻當量傳熱系數(shù)和“冷”墻表面平均溫度，接下來就可以建立數(shù)學模型，確定所需的地板板面溫度了。在地板輻射供暖系統(tǒng)中，地板板面向供暖房間提供的熱量，一部分用于加熱室內空氣，再由空氣傳給“冷”墻，另一部分通過輻射直接傳給“冷”墻。所以可建立下列方程式： </p><p>　　qd=аn фd-l(Td -Tl)+ а

16、k(Tb -Tl)（5） </p><p>　　式中：qd―單位面積地板板面向采暖房間供應的熱量焦爾/米2?秒 </p><p>　　аn―地板板面與“冷”墻之間的輻射換熱系數(shù)。按四次訪定律確定，一般可取5.6焦爾/米2?秒?度。 </p><p>　　аk―對流換熱系數(shù)。一般可取8.17焦爾/米2?秒?度。 </p><p>　　фd-l―

17、輻射角系數(shù)，據(jù)坡略克公式可得：фd-l = Fd/ Fl ，即地板板面面積與“冷”墻面積之比。 </p><p>　　將上列數(shù)值代入公式（4），即可求出地板板面按輻射采暖要求所需的溫度： </p><p>　　Td=Tl+[qd-7(Tb-Tl)] / [4.8(Td-Tl)] （6） </p><p>　　塑料埋管的設計計算 </p><p&g

18、t;　　當所需地板板面溫度確定后，就可以進行塑料埋管的設計計算了，從而進一步確定塑料管的敷設方式、埋設深度、管徑及間距。 </p><p>　　4.1塑料埋管的敷設方式 </p><p>　　典型的地板輻射供暖的結構如圖1所示。隔熱層可減少熱量的向下傳遞，通常由導熱系數(shù)較小的材料，如聚苯乙烯泡沫板材做成。熱負荷分配層應選用導熱系數(shù)大，強度高的材料，以便提高地板供暖的熱效應，節(jié)約能耗。管道層

19、是由一定走向的塑料管敷設而成。影響塑料管敷設方式的主要因素是塑料埋管的最小彎曲半徑。 </p><p>　　塑料埋管的敷設形狀大致分為蛇形和回形兩種。蛇形鋪設又可分為單蛇形、雙蛇形、交錯雙蛇形三種方式?；匦武佋O也有單回形、雙回形和對開雙回形。這六種方式各有不同的特點，見圖2。在工程上，塑料埋管鋪設廣泛采用雙回形布置方式，其原因是由雙回形布置方式的特點決定的。各種方式的特點比較見表1。 </p>&l

20、t;p>　　圖1 地板輻射供暖結構示意圖 圖2塑料埋管鋪設方式 </p><p>　　表1埋管鋪設方式特點比較 </p><p>　　由于地板表面溫度有最高限制，為了使地板輻射供暖的熱效率達到最大，最理想的狀況是地板表面溫度均勻一致。因此，在鋪設塑料管時，應盡量使板面溫度場均勻一致，當然，也應考慮鋪設時的施工困難。對于雙回形布置方式，經(jīng)過板面中心點的任何一個剖面，埋管都是高溫管、低溫

21、管相間隔布置，存在“零熱面”造成“均化”效應，從而使這種布置方式的板面溫度場比其它布置形式的板面溫度場均勻得多，并且由于塑料埋管的鋪設彎曲角度大部分為直角，故鋪設簡單，也沒有埋管相交的問題，所以在工程設計是應盡量采用雙回形鋪設的布置方式。 </p><p>　　4.2確定塑料管的管徑 </p><p>　　4.2.1確定塑料管內的熱水流量 </p><p>　　塑料

22、埋管地板輻射供暖系統(tǒng)的供水溫度要求一般小于等于50℃，供回水溫差 10℃。通過前面的計算，我們已經(jīng)得到了房間的熱需要量，然后將熱負荷分配到各個供暖回路中。那么塑料供熱管中的熱水流量即可按下列公式進行計算了。 </p><p>　　G= Qx/( Tg-Tq) Kg/h （7） </p><p>　　式中：Qx―個供暖回路所負擔的熱負荷 </p><p>　　Tg―供

23、暖系統(tǒng)的供水溫度 </p><p>　　Tq―供暖系統(tǒng)的回水溫度 </p><p>　　4.2.2確定塑料管內的水流速度 </p><p>　　對于室內熱水供暖系統(tǒng)，熱媒在管內的流速與流量的關系為： </p><p>　　υ=G/(900∏ d2 r )( m / s ) （8） </p><p>　　式中：G―管段的

24、水流量 Kg/h </p><p>　　r―水的容重 Kg/m </p><p><b>　　d―塑料管內徑m </b></p><p>　　4.2.3校核塑料管管徑能否滿足衛(wèi)生要求 </p><p>　　根據(jù)國家設計規(guī)范的要求，管道內熱煤流動的最大流速不能超過表2中的樹枝，將計算出來的熱媒流速與表2規(guī)定的允許限定流速進

25、行比較，當二者不相符時應調整塑料管的管徑，使計算出來的熱媒流速稍小于表2所規(guī)定的數(shù)值即可。 </p><p>　　表2：室內熱水供暖系統(tǒng)水的允許限定流速 </p><p>　　4.3確定塑料管之間的間距 </p><p>　　計算時先根據(jù)經(jīng)驗設定一個管間距，然后代入熱平衡方程式求出此時的地板板面溫度，與所需的地板板面溫度作比較，如不相符，再重新設定管間距直到與所需的

26、地板板面溫度接近為止，此時的管間距即為符合采暖衛(wèi)生條件的管間距。計算方法如下： </p><p>　　首先設定一個管間距“l(fā)”，然后建立數(shù)學模型。（見圖3） </p><p>　　圖3 地板輻射供暖熱力計算簡圖 </p><p>　　計算時假設：管道本身熱阻忽略不計，所以管道外面的溫度等于熱媒的平均溫度，管道相對而言較小為簡化計算可以認為是方形管，地板邊沿對放熱的影

27、響略而不計?，F(xiàn)取一單元體，其寬度為一米，距管道中心的距離為x。 </p><p>　　單元體左邊傳入的熱量為：dqx=--λdt/dx 1 dH（9） </p><p>　　單元體右邊傳出的熱量為：dqx+dx=dqx+dq/dx dx 1 dH（10） </p><p>　　單元體向下傳出的熱量為：dqd=kd(Tx- Trp ) 1 dx（11） </p&

28、gt;<p>　　單元體向上傳出的熱量為：dqs= ks(Tx- TB ) 1 dx（12） </p><p>　　式中：Tx―單元體溫度℃ </p><p>　　Tb―室內空氣溫度℃ </p><p>　　Trp―地板下表面溫度℃ </p><p>　　Kd―地板從加熱層向下的傳熱系數(shù) </p><p>

29、;　　Ks―地板從加熱層向上的傳熱系數(shù) </p><p>　　其中：Kd=Qd / [Fd (Tw- Trp)] (焦爾/米2?秒?度) </p><p>　　Ks=1 / (1/α+δ /λ) (焦爾/米2?秒?度) </p><p>　　熱平衡時： dqx= dqx+dx + dqd + dqs（13） </p><p>　　將上述各式代

30、入方程（11）中，可得： </p><p>　　λ dHdt / ds = Tx（Ks+Kd）-（KsTb+KdTrp）（14） </p><p>　　上式中：λ、ds、Ks、Kd均為已知常數(shù)，設： </p><p>　　Ks /λds = A ; Kd /λds = B, </p><p>　　則上式變?yōu)椋?d2t/dx2- Tx ( A+

31、B)=-(A Tb +B Trp)（15） </p><p>　　解上述方程，即可求出塑料管中心點的溫度。 </p><p>　　T1-2=(T0-D) / (1+e(A+B)1/2 ) ×2e (A+B1/2)1/2 +D（16） </p><p>　　其中：D=(ATb+BTrp)/(A+B);T0=TX （熱媒溫度） </p><

32、p>　　地板加熱層的平均溫度可近似的用算術平均值代替：即： </p><p>　　Tw=0.5(T0+T1/2)（17） </p><p>　　地板板面的平均溫度 Tf ，由下列熱平衡方程式得出： </p><p>　　（Tf-Tb）=Ks(Tw-Tb)（18） </p><p>　　Tf=Ks(Tw-Tb) + Tb （19） <

33、;/p><p>　　按上式計算出的地板板面的平均溫度和前面計算出的供暖所需的地板板面平均溫度進行比較，當兩者不相符時，應調整管道的間距，使按上式計算出的溫度等于或稍大于所需的溫度，即可滿足供暖要求。 </p><p><b>　　結束語 </b></p><p>　　塑料埋管地板輻射供暖是一種舒適、節(jié)能、衛(wèi)生條件優(yōu)越的供暖方式，這種供暖方式必將在城

34、鄉(xiāng)各類建筑中廣泛應用，本文所提供的設計計算方法可以作為塑料埋管地板輻射供暖設計的參考和依據(jù)。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]、GBJ 19-87采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范 中國建筑工業(yè)出版社 1994 </p><p>　　[2]、[匈] L . 巴赫基，著， 傅忠誠，等譯 房間的熱微氣候 中國建

35、筑工業(yè)出版社 1987 </p><p>　　[3]、章熙民、任澤霈、梅飛鳴，等傳熱學中國建筑工業(yè)出版社 1993 </p><p>　　[4]、賀平、孫鋼 供熱工程 中國建筑工業(yè)出版社 1993 </p><p>　　[5]、林立錦輻射采暖的設計計算 煤氣與熱力1993（1） </p><p>　　[6]、陸耀慶 實用供暖空調設計手冊中國建