塑料埋管地板辐射供暖的设计计算

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:einsun007
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  提要:分析了塑料埋管地板辐射供暖的设计计算原理和方法,特别研究了塑料埋管地板辐射供暖与传统的散热器供暖设计计算中的不同之处,为设计人员进行塑料埋管地板輻射供暖的设计提供了依据和方法。
  关键词: 塑料埋管;地板辐射供暖;设计计算
  
  Abstract: In 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 laying and floor radiance heating and the traditional radiator heating are researched, which provides the basis and methods for the designers.
  Key words: plastic pipe laying; floor radiance heating; design calculations
  中图分类号:TB484.3文献标识码:A 文章编号:
  
  近年来,随着生活水平的进一步提高,城市居民对居住环境也提出了更高的要求,塑料埋管地板辐射供暖这种方式因其具有舒适洁净,低能高效,节省空间等优点而迅速得到了普及。但是塑料埋管地板辐射供暖与传统的散热器供暖有着本质的区别,传统的散热器供暖主要通过对流加热室内的空气达到供暖的目的,而塑料埋管地板供暖主要通过辐射加热房间的墙内表面和室内的空气从而使人体具有最佳的舒适感。由于这两种供暖方式有着本质的不同,也就决定了其设计计算方法的不同。本文仅就塑料埋管地板辐射供暖的设计计算进行分析和研究。
  供暖房间卫生条件的确定
  人们从供暖实践中了解到,供暖房间墙内表面平均温度和室内空气温度是给人体造成舒适环境的重要因素,因此我们可以将塑料埋管地板辐射供暖的卫生要求概括为以下三条:
  保证供暖房间墙内表面平均温度大于室内空气温度。这样可以减少四周表面对人体的冷辐射,从而提高了舒适感。
  保证供暖房间墙内表面平均温度与室内空气温度均在供暖卫生要求的舒适区内。
  保证地板板面温度不超过规定值。受供暖房间内人的舒适及生理条件的限制,塑料埋管地板辐射供暖的地板板面最高温度有一定的限制,结合我国的实际情况,推荐采用下面的数值:经常有人停留的区域,最高温度不超过28℃;短期有人或无人停留的区域不超过32℃。
  塑料埋管地板辐射供暖房间热需要量的确定
  由于塑料埋管地板辐射供暖系统要求墙内表面平均温度高于室内空气温度,所以散热损失不能简单的按室内空气温度进行计算,而是应该根据墙内表面温度计算,但由于墙内表面温度不仅与塑料埋管的敷设形式、深度、供回水的温度有关,还取决于墙内表面的材质、位置等因素,情况复杂,故在设计计算时可简化计算。对于地上建筑物仍采用对流供暖房间的计算方法,按常规的室内温度计算;对于地下建筑物辐射供暖系统的热需要量应该在地下建筑物烘热之后由下列公式确定:
  Q=0.45q (焦尔/秒)(1)
  式中: q=烘热期内小时平均耗热量。
  塑料埋管地板辐射供暖地板板面温度的确定
  由于地板辐射供暖系统中,供热塑料管道均匀的敷设在整个地板中,其辐射散热面积等于整个地板的面积,所以当房间热需要量确定后,地板板面所需的温度也就相应的确定了。
  但地板板面温度不仅取决于地板面积的大小,还取决于室内空气温度以及“冷”墙当量传热系数、“冷”墙表面平均温度等。故计算可分为以下三步。
  *“冷”墙—除敷设供暖塑料管的地板面积之外,建筑围护结构的所有冷表面。
  3.1 确定“冷”墙当量传热系数
   Kl=Ql/[Fl (Tb-Th)](焦尔/米2﹒秒﹒度) (2)
  式中:Kl—“冷”墙当量传热系数焦尔/米﹒秒﹒度
  Ql—通过“冷”墙的热损失焦尔/秒
  Ql=Q- Qd(焦尔/秒)
  Q—采暖房间总热损失 焦尔/秒
   Qd—采暖房间通过地板的热损失 焦尔/秒
  Fl—“冷”墙总面积 米2
  Fl=F- Fd F:房间总内表面积;Fd:地板面积。
  Tb—室内空气温度℃
  Th—外界采暖计算温度℃
  3.2确定“冷”墙表面平均温度
  “冷”墙表面平均温度取决于室内空气温度、地板板面温度以及“冷”墙与地板板面之间的对流换热、辐射换热等条件,在热平衡状态下,“冷”墙表面平均温度由“冷”墙和地板板面之间的热平衡方程求出。 其中室内空气温度由国家设计标准中的卫生要求确定。为了简化计算,避免解联立方程式,可以忽略辐射换热对“冷”墙的影响,即“冷”墙向外界的热损失等于“冷”墙通过对流换热从室内空气获得的热量,所以“冷”墙面的热平衡方程为:
   аl(Tb-Tl)= Kl (Tb-Th)(3)
   Tl=Tb-0.14Kl (Tb-Th) (4)
  式中:аl—“冷”墙平均换热系数焦尔/米2﹒秒﹒度
  Tl—“冷”墙表面平均温度 ℃
  当然“冷”墙表面平均温度除按上述公式计算外,亦可按防潮要求或卫生要求事先规定给出。
  3.3确定塑料埋管地板辐射供暖系统中的地板板面温度
  经过以上的计算后,我们得到了“冷”墙当量传热系数和“冷”墙表面平均温度,接下来就可以建立数学模型,确定所需的地板板面温度了。在地板辐射供暖系统中,地板板面向供暖房间提供的热量,一部分用于加热室内空气,再由空气传给“冷”墙,另一部分通过辐射直接传给“冷”墙。所以可建立下列方程式:
   qd=аn фd-l(Td -Tl)+ аk(Tb -Tl)(5)
  式中:qd—单位面积地板板面向采暖房间供应的热量焦尔/米2﹒秒
   аn—地板板面与“冷”墙之间的辐射换热系数。按四次访定律确定,一般可取5.6焦尔/米2﹒秒﹒度。
  аk—对流换热系数。一般可取8.17焦尔/米2﹒秒﹒度。
  фd-l—辐射角系数,据坡略克公式可得:фd-l = Fd/ Fl ,即地板板面面积与“冷”墙面积之比。
  将上列数值代入公式(4),即可求出地板板面按辐射采暖要求所需的温度:
  Td=Tl+[qd-7(Tb-Tl)] / [4.8(Td-Tl)] (6)
  塑料埋管的设计计算
  当所需地板板面温度确定后,就可以进行塑料埋管的设计计算了,从而进一步确定塑料管的敷设方式、埋设深度、管径及间距。
  4.1塑料埋管的敷设方式
  典型的地板辐射供暖的结构如图1所示。隔热层可减少热量的向下传递,通常由导热系数较小的材料,如聚苯乙烯泡沫板材做成。热负荷分配层应选用导热系数大,强度高的材料,以便提高地板供暖的热效应,节约能耗。管道层是由一定走向的塑料管敷设而成。影响塑料管敷设方式的主要因素是塑料埋管的最小弯曲半径。
  塑料埋管的敷设形状大致分为蛇形和回形两种。蛇形铺设又可分为单蛇形、双蛇形、交错双蛇形三种方式。回形铺设也有单回形、双回形和对开双回形。这六种方式各有不同的特点,见图2。在工程上,塑料埋管铺设广泛采用双回形布置方式,其原因是由双回形布置方式的特点决定的。各种方式的特点比较见表1。
  
  图1 地板辐射供暖结构示意图 图2塑料埋管铺设方式
  
  表1埋管铺设方式特点比较
  
  
  由于地板表面温度有最高限制,为了使地板辐射供暖的热效率达到最大,最理想的状况是地板表面温度均匀一致。因此,在铺设塑料管时,应尽量使板面温度场均匀一致,当然,也应考虑铺设时的施工困难。对于双回形布置方式,经过板面中心点的任何一个剖面,埋管都是高温管、低温管相间隔布置,存在“零热面”造成“均化”效应,从而使这种布置方式的板面温度场比其它布置形式的板面温度场均匀得多,并且由于塑料埋管的铺设弯曲角度大部分为直角,故铺设简单,也没有埋管相交的问题,所以在工程设计是应尽量采用双回形铺设的布置方式。
  4.2确定塑料管的管径
  4.2.1确定塑料管内的热水流量
  塑料埋管地板辐射供暖系统的供水温度要求一般小于等于50℃,供回水温差 10℃。通过前面的计算,我们已经得到了房间的热需要量,然后将热负荷分配到各个供暖回路中。那么塑料供热管中的热水流量即可按下列公式进行计算了。
   G= Qx/( Tg-Tq) Kg/h (7)
  式中:Qx—个供暖回路所负担的热负荷
  Tg—供暖系统的供水温度
  Tq—供暖系统的回水温度
  4.2.2确定塑料管内的水流速度
  对于室内热水供暖系统,热媒在管内的流速与流量的关系为:
   υ=G/(900∏ d2 r )( m / s ) (8)
  式中:G—管段的水流量 Kg/h
   r—水的容重 Kg/m
   d—塑料管内径m
  4.2.3校核塑料管管径能否满足卫生要求
  根据国家设计规范的要求,管道内热煤流动的最大流速不能超过表2中的树枝,将计算出来的热媒流速与表2规定的允许限定流速进行比较,当二者不相符时应调整塑料管的管径,使计算出来的热媒流速稍小于表2所规定的数值即可。
  表2:室内热水供暖系统水的允许限定流速
  
  
  4.3确定塑料管之间的间距
  计算时先根据经验设定一个管间距,然后代入热平衡方程式求出此时的地板板面温度,与所需的地板板面温度作比较,如不相符,再重新设定管间距直到与所需的地板板面温度接近为止,此时的管间距即为符合采暖卫生条件的管间距。计算方法如下:
  首先设定一个管间距“l”,然后建立数学模型。(见图3)
  
  
  图3 地板辐射供暖热力计算简图
  计算时假设:管道本身热阻忽略不计,所以管道外面的温度等于热媒的平均温度,管道相对而言较小为简化计算可以认为是方形管,地板边沿对放热的影响略而不计。现取一单元体,其宽度为一米,距管道中心的距离为x。
  单元体左边传入的热量为:dqx=--λdt/dx 1 dH(9)
  单元体右边传出的热量为:dqx+dx=dqx+dq/dx dx 1 dH(10)
  单元体向下传出的热量为:dqd=kd(Tx- Trp ) 1 dx(11)
  单元体向上传出的热量为:dqs= ks(Tx- TB ) 1 dx(12)
  式中:Tx—单元体温度℃
   Tb—室内空气温度℃
   Trp—地板下表面温度℃
   Kd—地板从加热层向下的传热系数
   Ks—地板从加热层向上的传热系数
  其中:Kd=Qd / [Fd (Tw- Trp)] (焦尔/米2﹒秒﹒度)
  Ks=1 / (1/α+δ /λ) (焦尔/米2﹒秒﹒度)
  热平衡时: dqx= dqx+dx + dqd + dqs(13)
  将上述各式代入方程(11)中,可得:
   λ dHdt / ds = Tx(Ks+Kd)-(KsTb+KdTrp)(14)
  上式中:λ、ds、Ks、Kd均為已知常数,设:
  Ks /λds = A ; Kd /λds = B,
  则上式变为: d2t/dx2- Tx ( A+B)=-(A Tb +B Trp)(15)
  解上述方程,即可求出塑料管中心点的温度。
  T1-2=(T0-D) / (1+e(A+B)1/2 ) ×2e (A+B1/2)1/2 +D(16)
  其中:D=(ATb+BTrp)/(A+B);T0=TX (热媒温度)
  地板加热层的平均温度可近似的用算术平均值代替:即:
  Tw=0.5(T0+T1/2)(17)
  地板板面的平均温度 Tf ,由下列热平衡方程式得出:
   (Tf-Tb)=Ks(Tw-Tb)(18)
   Tf=Ks(Tw-Tb) + Tb (19)
  按上式计算出的地板板面的平均温度和前面计算出的供暖所需的地板板面平均温度进行比较,当两者不相符时,应调整管道的间距,使按上式计算出的温度等于或稍大于所需的温度,即可满足供暖要求。
  结束语
  塑料埋管地板辐射供暖是一种舒适、节能、卫生条件优越的供暖方式,这种供暖方式必将在城乡各类建筑中广泛应用,本文所提供的设计计算方法可以作为塑料埋管地板辐射供暖设计的参考和依据。
  
  参考文献:
  [1]、GBJ 19-87采暖通风与空气调节设计规范 中国建筑工业出版社 1994
  [2]、[匈] L . 巴赫基,著, 傅忠诚,等译 房间的热微气候 中国建筑工业出版社 1987
  [3]、章熙民、任泽霈、梅飞鸣,等传热学中国建筑工业出版社 1993
  [4]、贺平、孙钢 供热工程 中国建筑工业出版社 1993
  [5]、林立锦辐射采暖的设计计算 煤气与热力1993(1)
  [6]、陆耀庆 实用供暖空调设计手册中国建筑工业出版社 1993.6
  [7]、宗立华 塑料埋管地板辐射供暖的热性能分析 暖通空调 2000(1)
其他文献
摘要:科学发展观的第一要义是发展,核心是坚持以人为本,根本方法是统筹兼顾。当前,辖区水资源对于经济社会可持续发展的瓶颈制约因素日益凸显。如何以有限的水资源支撑和保障经济社会又好又快发展是亟待解决的问题。紧密结合正在开展的学习实践科学发展观活动,作为全区水行政主管部门,必须因地制宜全面贯彻落实科学发展观,统筹兼顾辖区水资源的开源与节流,统筹优化水资源合理配置,以水资源的可持续利用支撑和保障广阳区经济
期刊
通过不断的探索和实践,我国社会主义市场经济已步入良性循环,呈现市场主体多元化,政府调控宏观化,经济活动国际化等特征。我国的建筑材料市场也随着建筑业的飞速发展而空前繁荣。建筑材料作为建筑工程的基本要素,其质量的好坏,直接影响着整个建筑物质量等级,结构安全,建成后的使用功能等。因此建筑材料的检测和质量控制一直是建筑工程中一个至关重要的内容。关键词:建筑材料;检测;质量控制   Abstract: Th
期刊
摘要:随着我国高等级公路建设的不断发展,预应力混凝土技术在公路桥梁工程中得到了普遍的应用。但就目前预应力混凝土梁施工而言,仍存在很多问题,本文就对施工过程中常见的问题进行探讨。关键词:桥梁;预应力混凝土;施工  Abstract: With the continuous development of China's highway construction, prestressed concret
期刊
摘要:随着社会的不断进步和发展,建设项目规模不断扩大,建筑施工企业的生产方式和组织结构发生了深刻的变化,提高工程施工管理对于项目的开发与建设变得至关重要。建筑项目管理,主要是通过管理使项目的目标得以实现。一个建设项目的参建方涵盖,勘探、设计、监理、施工等诸多企业,项目实施流程涉及到从设计到施工、到竣工、到保修等多个阶段。  关键词:建筑工程;施工管理;质量控制;安全管理  Abstract: Wi
期刊
摘要:随着现代化步伐的加快,公路的建设也在不断发展,因此加强公路工程施工质量管理,保证公路使用质量和资金效益已越来越重要。本文对公路施工存在的质量问题以及原因进行分析,从中提出了相应的防治对策。  关键词:公路工程; 施工质量; 防治  Abstract: : With the quickening pace of modernization, the highway construction i
期刊
摘要:现在,卫生间的使用功能日趋多样,集厕所,浴室,洗衣等多种功能于一体,其特点是:穿过楼地面或墙体的管道多,空间虽小形状却较为复杂,阴阳角多,管道周围缝隙多,加之工种复杂,交叉施工,互相干扰,防水施工难度较大。尤其以上下水之间的管道地面接缝处,是最容易出现渗漏问题的地方。  关键词:卫生间管道;地面渗漏;办法  Abstract: Nowadays, the use functions of w
期刊
摘要:今年以来,面对监管环境变化带来的困难和挑战,本文探讨了银行业中间业务如何以规范促发展,持续推进发展转型,加快收入结构调整,以保持中间业务收入稳步可持续增长发展途径。   关键词:银行业;规范经营;中间业务;发展  Abstract: Since this year, with the difficulties and challenges of the regulatory environm
期刊
摘要:利用GPS的RTK定位模式进行进行两溢下游河道的断面测量,并进行断面的虚拟布设  关键词:布设;控制;相对定位  Abstract: Ultilizing the GPS-RTK positioning mode is for the section measuring of two overflow downstream river, and then conducting the vir
期刊
摘要:本文介绍了光伏发电系统,阐述建筑与光伏发电一体化系统的基本原理,着重分析了光伏发电与建筑屋面、墙面、透光构件、幕墙、遮阳构件等组成部分的一体化设计原则,  关键词:光伏发电;建筑;一体化;设计    Abstract: This paper introduces the photovoltaic power generation system, expounds the basic prin
期刊
摘要:结合水泥稳定碎石在泰州市干线公路实际施工中的广泛应用,介绍了水泥稳定碎石的施工意见和裂缝等通病的防治措施。  关键词:水泥稳定碎石;基层;施工方案;通病防治措施   Abstract: Combining with the wide application of the cement stable macadam in the practical construction of main h
期刊