塑料埋管地板輻射供暖的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、<p>　　塑料埋管地板輻射供暖的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　提要：分析了塑料埋管地板輻射供暖的設(shè)計(jì)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算中的不同之處，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行塑料埋管地板輻射供暖的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 塑料埋管；地板輻射供暖；設(shè)計(jì)計(jì)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(lèi)號(hào)：TB484.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　近年來(lái)，隨著生活水平的進(jìn)一步提高，城市居民對(duì)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(diǎn)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(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)的散熱器供暖主要通過(guò)對(duì)流加熱

5、室內(nèi)的空氣達(dá)到供暖的目的，而塑料埋管地板供暖主要通過(guò)輻射加熱房間的墻內(nèi)表面和室內(nèi)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(zhì)的不同，也就決定了其設(shè)計(jì)計(jì)算方法的不同。本文僅就塑料埋管地板輻射供暖的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)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(shí)踐中了解到，供暖房間墻內(nèi)表面平均溫度和室內(nèi)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(nèi)表面平均溫度大于室內(nèi)空氣溫度。這樣可以減少四周表面對(duì)人體的冷輻射，從而提高了舒適感。 </p><p>　　保證供暖房間墻內(nèi)表面平均溫度與室內(nèi)空氣溫度均在供暖衛(wèi)生要求的舒適區(qū)內(nèi)。 </p><p>　　保證地板板面溫度不超過(guò)規(guī)定值。受供暖房間內(nèi)人的舒適及生理?xiàng)l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(jié)合我國(guó)的實(shí)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(guò)28℃；短期有人或無(wú)人停留的區(qū)域不超過(guò)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(nèi)表面平均溫度高于室內(nèi)空氣溫度，所以散熱損失不能簡(jiǎn)單的按室內(nèi)空氣溫度進(jìn)行計(jì)算，而是應(yīng)該根據(jù)墻

8、內(nèi)表面溫度計(jì)算，但由于墻內(nèi)表面溫度不僅與塑料埋管的敷設(shè)形式、深度、供回水的溫度有關(guān)，還取決于墻內(nèi)表面的材質(zhì)、位置等因素，情況復(fù)雜，故在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可簡(jiǎn)化計(jì)算。對(duì)于地上建筑物仍采用對(duì)流供暖房間的計(jì)算方法，按常規(guī)的室內(nèi)溫度計(jì)算；對(duì)于地下建筑物輻射供暖系統(tǒng)的熱需要量應(yīng)該在地下建筑物烘熱之后由下列公式確定： </p><p>　　Q=0.45q (焦?fàn)?秒)（1） </p><p>　　式中： q=

9、烘熱期內(nèi)小時(shí)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(shè)在整個(gè)地板中，其輻射散熱面積等于整個(gè)地板的面積，所以當(dāng)房間熱需要量確定后，地板板面所需的溫度也就相應(yīng)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(nèi)空氣溫度以及“冷”墻當(dāng)量傳

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

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

12、;<p>　　Fl=F- Fd F:房間總內(nèi)表面積；Fd:地板面積。 </p><p>　　Tb―室內(nèi)空氣溫度℃ </p><p>　　Th―外界采暖計(jì)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(nèi)空氣溫度、地板板面溫度以及“冷”墻與地板板面之間的對(duì)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(nèi)空氣溫度由國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的衛(wèi)生要求確定。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，避免解聯(lián)立方程式，可以忽略輻射換熱對(duì)“冷”墻的影響，即“冷”墻向外界的熱損失等于“冷”墻通過(guò)對(duì)流換熱從室內(nèi)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?fàn)?米2?秒?度 </p><p>　　Tl―“冷”墻表面平均溫度 ℃ </p><p>　　當(dāng)然“冷”墻表面平均溫度除按上述公式計(jì)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(guò)以上的計(jì)算后，我們得到了“冷”墻當(dāng)量傳熱系數(shù)和“冷”墻表面平均溫度，接下來(lái)就可以建立數(shù)學(xué)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(nèi)空氣，再由空氣傳給“冷”墻，另一部分通過(guò)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(yīng)的熱量焦?fàn)?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?fàn)?米2?秒?度。 </p><p>　　аk―對(duì)流換熱系數(shù)。一般可取8.17焦?fàn)?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(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p&g

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

19、是由一定走向的塑料管敷設(shè)而成。影響塑料管敷設(shè)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(shè)形狀大致分為蛇形和回形兩種。蛇形鋪設(shè)又可分為單蛇形、雙蛇形、交錯(cuò)雙蛇形三種方式?；匦武佋O(shè)也有單回形、雙回形和對(duì)開(kāi)雙回形。這六種方式各有不同的特點(diǎn)，見(jiàn)圖2。在工程上，塑料埋管鋪設(shè)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(diǎn)決定的。各種方式的特點(diǎn)比較見(jiàn)表1。 </p>&l

20、t;p>　　圖1 地板輻射供暖結(jié)構(gòu)示意圖 圖2塑料埋管鋪設(shè)方式 </p><p>　　表1埋管鋪設(shè)方式特點(diǎn)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(dá)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(shè)塑料管時(shí)，應(yīng)盡量使板面溫度場(chǎng)均勻一致，當(dāng)然，也應(yīng)考慮鋪設(shè)時(shí)的施工困難。對(duì)于雙回形布置方式，經(jīng)過(guò)板面中心點(diǎn)的任何一個(gè)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(yīng)，從而使這種布置方式的板面溫度場(chǎng)比其它布置形式的板面溫度場(chǎng)均勻得多，并且由于塑料埋管的鋪設(shè)彎曲角度大部分為直角，故鋪設(shè)簡(jiǎn)單，也沒(méi)有埋管相交的問(wèn)題，所以在工程設(shè)計(jì)是應(yīng)盡量采用雙回形鋪設(shè)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(nèi)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(guò)前面的計(jì)算，我們已經(jīng)得到了房間的熱需要量，然后將熱負(fù)荷分配到各個(gè)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(jìn)行計(jì)算了。 </p><p>　　G= Qx/( Tg-Tq) Kg/h （7） </p><p>　　式中：Qx―個(gè)供暖回路所負(fù)擔(dān)的熱負(fù)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(nèi)的水流速度 </p><p>　　對(duì)于室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)，熱媒在管內(nèi)的流速與流量的關(guān)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(nèi)徑m </b></p><p>　　4.2.3校核塑料管管徑能否滿(mǎn)足衛(wèi)生要求 </p><p>　　根據(jù)國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，管道內(nèi)熱煤流動(dòng)的最大流速不能超過(guò)表2中的樹(shù)枝，將計(jì)算出來(lái)的熱媒流速與表2規(guī)定的允許限定流速進(jìn)

25、行比較，當(dāng)二者不相符時(shí)應(yīng)調(diào)整塑料管的管徑，使計(jì)算出來(lái)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(nèi)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(jì)算時(shí)先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)管間距，然后代入熱平衡方程式求出此時(shí)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(shè)定管間距直到與所需的

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

27、響略而不計(jì)?，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(nèi)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?fàn)?米2?秒?度) </p><p>　　Ks=1 / (1/α+δ /λ) (焦?fàn)?米2?秒?度) </p><p>　　熱平衡時(shí)： 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(shè)： </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(diǎn)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(shù)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>　?。═f-Tb）=Ks(Tw-Tb)（18） </p><p>　　Tf=Ks(Tw-Tb) + Tb （19） <

33、;/p><p>　　按上式計(jì)算出的地板板面的平均溫度和前面計(jì)算出的供暖所需的地板板面平均溫度進(jìn)行比較，當(dāng)兩者不相符時(shí)，應(yīng)調(diào)整管道的間距，使按上式計(jì)算出的溫度等于或稍大于所需的溫度，即可滿(mǎn)足供暖要求。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </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(lèi)建筑中廣泛應(yīng)用，本文所提供的設(shè)計(jì)計(jì)算方法可以作為塑料埋管地板輻射供暖設(shè)計(jì)的參考和依據(jù)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]、GBJ 19-87采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1994 </p><p>　　[2]、[匈] L . 巴赫基，著， 傅忠誠(chéng)，等譯 房間的熱微氣候 中國(guó)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(xué)中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1993 </p><p>　　[4]、賀平、孫鋼 供熱工程 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1993 </p><p>　　[5]、林立錦輻射采暖的設(shè)計(jì)計(jì)算 煤氣與熱力1993（1） </p><p>　　[6]、陸耀慶 實(shí)用供暖空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)中國(guó)建