某民用住宅低温地板辐射采暖节能设计.doc

1 42 目录目录 中文摘要 关键词 1 外文摘要 关键词 2 1 绪论 3 1 1 地板采暖的历史 3 1 2 地板采暖的特点 5 1 2 1 地板采暖的优点 5 1 2 2 地板采暖的缺点 7 1 3 地板辐射采暖的国内外研究现状 7 1 3 1 国外研究现状 7 1 3 2 国内研究现状 8 1 4 地板辐射采暖的发展前景 8 1 5 地板辐射采暖的结构和布置形式 9 1 6 地板辐射采暖主要参数规定和适用范围 10 1 6 1 地板采暖的主要参数规定 10 1 6 2 地板采暖的适用范围 10 1 7 本文主要研究内容和意义 10 2 设计原始资料 12 2 1 土建资料 12 2 2 沈阳地区室外气象参数 12 3 采暖热负荷计算 13 3 1 各计算参数的确定 13 3 1 1 室内计算温度 13 3 1 2 室外计算温度 13 3 1 3 围护结构传热系数 13 3 1 4 维护结构传热热阻最小传热阻校核 14 3 2 热负荷计算 15 3 2 1 围护结构基本耗热量 15 3 2 2 冷风渗透耗热量 15 3 2 3 冷风侵入耗热量 16 3 2 4 围护结构的附加耗热量 16 4 地板辐射采暖设计及水力计算 19 4 1 地板辐射采暖设计 19 4 1 1 采暖盘管布置 19 4 1 2 采暖盘管设计计算 20 4 2 水力计算 22 4 2 1 基本原理 22 4 2 2 户内环路水力计算 23 4 2 3 系统水力计算 23 4 3 设备选型 27 4 3 1 温控阀的选择 27 4 3 2 热表的选择 27 4 3 3 分集水器的选择 28 5 系统的技术经济分析 29 5 1 系统初投资计算 29 5 2 系统的节能收益计算 29 5 3 系统的回收年限计算 29 6 系统的节能分析和环保健康效益分析 31 6 1 建筑热负荷节能分析 31 6 2 外网热损耗节能分析 31 6 2 1 热损耗计算 31 6 2 2 热损耗计算实例分析 32 6 3 热计量方式节能分析 32 6 4 环保健康效益 33 7 结论及建议 35 7 1 结论 35 7 2 展望 35 参考文献 36 致谢 38 1 42 摘要摘要 低温地板辐射采暖是一种利用建筑物内部地面进行供暖的系统 它既能高效地使用各种低品位 能 达到节能效果 又具有室内温度均匀 卫生条件高 舒适性好等特点 是一种减少建筑能耗 提高热舒适性的理想供暖系统 本文主要是对沈阳地区一栋每户 95 的七层民用住宅楼进行低温热水地板辐射采暖的节能设计 首先通过对沈阳地区气候特点 能源状况以及采暖方式的调研分析 同时考虑到采用降低室内计算 温度的方法来计算采暖热负荷 选择室内计算温度为 15 室外计算温度为 26 计算出围护结 构基本热负荷 冷风渗透热负荷 附加热负荷 其总和为 70492W 在管道铺设方面 选择了 PE X 管双回形铺设的方式 这种铺设方式地板表面温度的均匀 满足了舒适性要求 接着对系统进行了 水力计算 包括户内盘管系统水力计算 系统总立管的力计算 得到系统总阻力为 3721 49Pa 总 干管管径为 DN70 进入各户分水器支管的管径为 DN32 户内盘管管径为 DN20 和 DN16 然后 选取各户需安装温控阀 热计量表及分集水器 通过计算分析分别选择 CRL H 户用型超声波热量 表 甘普尔温控阀 ZF25F 25 6 CJ T251 型分集水器 对各户房间进行温度控制和热计量 最后对 系统进行了节能经济性分析和环保健康分析 通过数据计算得出系统在每年采暖期内可以节省 4 9 107kw 的能量 使用周期内可减少二氧化碳排放 3 6t 系统总投资为 4554 元 每年的节能收益 为 1071 3 元 算得系统的投资回收期为 5 2 年 通过本文的计算分析 可见低温地板辐射采暖系统在节能环保方面的优势 值得在我国推广应 用 关键词 关键词 低温地板辐射采暖 热舒适 节能 经济性 寒冷地区 ABSTRACT The low temperature radiant floor heating is a system that takes advantage of the floor surface to heat the room It not only efficiently makes use of the various low energy to the energy efficiency but also has the even room temperature good sanitation good comfort and so on So it is a ideal heating system that reduces the consumption of energy and raises the thermal comfort In this paper a seven floors civilian residential buildings which per household have 95 square meters in Shenyang is choosed to make a energy efficient design of low temperature hot water radiant floor heating system First we take a investigation and analysis of the climatic characteristics the energy situation as well as the heating methods of the Shenyang region taking into account of reducing the indoor temperature to calculate the heating thermal load then choosing the design indoor temperature 15 C the outdoor design temperature 26 C to calculate the heat load of the building envelope the cold air infiltration heat load the additional heat load of which the sum is 70492W As for the PE X pipe laying choosing the dual back shaped laying way Using this kind of laying way the temperature of the floor surface is uniform which meeting the comfort requirements Then is the hydraulic calculations of system including the indoor coil system hydraulic calculations total system riser force calculation we get the total system resistance 3721 49Pa total dry pipe diameter DN70 the branch pipe diameter households DN32 indoor coil diameter DN20 and DN16 Then the households needed Gan Poor temperature control valve ZF25F 25 6 CJ T251 type manifolds CRL H household ultrasonic heat meters were selected by computational analysis for each household room temperature controling and heat metering Finally taking the economic analysis of the energy saving and environmental health analysis of the system By the data calculation during the annual heating period the system can save energy of 4 9 107kw reduce carbon dioxide emissions 3 6t through the life cycle Additional investment in system is 5270 6 yuan annual energy saving benefits is 1071 3 yuan and the payback period is 6 4 years According to the computational analysis of this article showing that low temperature radiant floor heating system own the advantages and value and it should be widely applied Keywords low temperature radiant floor heating thermal comfort energy conservation economy cold regions 3 42 1 绪论绪论 地板辐射采暖是以温度不高于 60 的热水 在埋置于地板下的盘管系统内循环流 动 加热整个地板 通过地面均匀地向室内辐射散热的一种供暖方式 由于人体换热 量中约有 50 是以辐射的方式进行的 因此地板辐射采暖能够更有效的提供人体所需 要的舒适性温度 1 加之其卫生条件好 便于热计量和能充分利用低品味能源等优点越 来越受到人们的关注 是当今较为先进的一种采暖方式 也是目前国内外公认的最为 理想的节能采暖方式 1 1 地板采暖的历史地板采暖的历史 早在公元前 60 年的古罗马时代 地板采暖就以 火地 的形式出现 在我国古代 也曾广泛采用这种采暖方式 例如我国北方农村常见的火坑 都可以说是辐射采暖的 雏形 一九零七年 英国的巴克尔教授首先申请了辐射采暖的专利 自此人们对辐射 采暖的研究一直在进行 前苏联是现代辐射采暖应用和研究最早的国家之一 早在二 十世纪初期 B A 亚希莫维奇工程师就在俄国组织完成了十几个辐射采暖系统 早期的地板辐射采暖系统采用预埋金属管道 虽然地板采暖与常规采暖方式相比 具有卫生 舒适等诸多优点 但由于受手工业生产方式的限制 以及人们担心埋入地 板中的钢管会产生腐蚀和渗漏等不易解决的问题 使得这种采暖方式没有得到迅速的 发展 本世纪四十年代中期 人们在受战争损坏的建筑物中发现 埋于混凝土中的钢 管比裸露在空气中的管子保存的更好 消除了对钢管使用寿命的疑虑 使热水地板辐 射采暖方式在世界范围内得到普遍采用 对地板辐射采暖的研究日益深入 六十年代 随着社会工业化程度的提高 其它采暖设备价格下降 性能提高 各种采暖形式竞相 出现 加之钢管地板采暖系统本身所存在的施工要求严格 出现渗漏现象不易解决等 问题 在一定程度上阻碍了热水地板辐射采暖的发展 七十年代 人们对室内环境舒 适性要求日益提高 对建筑节能问题更加重视 使得对地板采暖系统优越性得到更深 刻的认识 导致了对地板辐射采暖专用材料与设备的研制 瑞典的 Wirborubs 公司首 先研制出了适用于地板采暖的交联聚乙烯管见图 1 1 解决了原有钢管系统接点渗漏 施工复杂等难题 使地板采暖系统又重新焕发了生机 2 4 地板采暖在欧洲的发展十分迅速 一九七五年仅在西德就有三百多家公司生产地 板采暖系统管材与设备 在德国 英国 奥地利和瑞士等国家有四百多家承包商经销 地板采暖系统 地板采暖管材与设备等产品已经配套 每个厂家都有自己独立的产品 体系 近些年 地板辐射采暖在欧美以及亚洲等地得到了广泛的应用 一九八三年 在 西德采暖市场中 地板采暖占 33 美国 Davis 集团率先完成了地板采暖的计算机辅 助设计系统 许多国家为地板辐射采暖制定了许多标准 如 NSF 国家卫生组织 NSPC 国家水管设备标准 PPI 塑管协会 CSA 加拿大标准协会 ASHRAE 手册也对地板辐射采暖制定了许多设计原则 在我国 自上个世纪五十年代就开始有 相关科研人员对地板采暖技术进行研究 曾经试用钢管埋入混凝土楼板内通入热水获 得热辐射 为了解决钢管腐蚀生锈问题 科技人员又研制了一种陶瓷管来代替钢管 但由于陶瓷管承压能力有限等技术问题 使得此项技术发展缓慢 未能获得大众的认 可 但随着塑料工业的发展 适用于地板辐射采暖的材料越来越多 使地板辐射采暖 在我国有了更多的应用 一九八七年七月石家庄国际大厦从德国引进安装了第一套塑 料管地板采暖系统 机械部上海材料研究所成功地研制了全套塑料管地板采暖材料 并于一九八七年底在北京市河南饭庄进行了第一个试点工程 目前国内许多单位和地 区都在进行地板采暖的研究试用工作 相信在不久的将来 地板采暖将会得到更多的 应用 图图 1 1 交联聚乙烯管交联聚乙烯管 除低温热水辐射采暖外 还有低温加热电缆辐射采暖技术 但目前我国还没有大 量生产地热电缆的厂家 大部分使用产品依赖于进口 而且进口商品价格偏高 影响 了我国地热电缆采暖工作推广和普及 国内有几家大型的国际企业地热电缆代理机构 如 美国地热公司 挪威耐克森公司 尼沃特公司 法国爱普丽莫公司 法国爱迪士 公司 日本威斯木株式会社等 分别在北京 上海 大连 大庆等地进行过样板工程 和试点施工 老式建筑也有进行改装 总体运行效果良好 我国于 1999 年在大庆首次 采用了国外进口材料进行房屋采暖得到了人们的普遍认同 大庆油田奥维电缆有限公 司生产的电热材料是依据 IEC800 标准的基本规定 结合国内外同类产品的优点开发出 来的 具有自己的专利技术的产品 其复合式绝缘提高了它的使用寿命和耐电强度 这是国外产品无法比拟的 此项产品的成功开发可以替代进口 而且填补了国内空白 具有巨大的市场潜力 地板采暖的发展历史很长对其研究也较多 早在四十年代就有美国的 J R Carroll 对 地板辐射采暖形式的自然对流进行了分析 五十年代 ASHVEA 成员 L F Schutrum 等 5 42 人研究了地板辐射采暖与制冷房间的热交换 T C Min 等人对地板辐射采暖房间的自然 对流与辐射进行了分析与测试 随着地板辐射采暖应用的日益广泛 人们对它的研究 也逐渐深入 1 2 地板采暖的特点地板采暖的特点 1 2 1 地板采暖的优点地板采暖的优点 低温地板辐射采暖作为一种新型采暖方式 与传统的散热器采暖相比 其具有以 下特点 1 温度分布均匀 舒适性好 采用地板辐射采暖时的室内温度垂直分布均匀 地板表面温度不高于 30 地板 上空气温度均匀降低达到设计温度 地面 50cm 以上垂直方向的温度基本保持不变 室 内空间各水平面的温度基本相同 因此 采用地板辐射采暖时 使人们 足热头凉 这正给人以生理需求的最佳舒适感 而在采用以对流为主的散热器采暖时 由于这种 采暖方式是以对流散热为主 靠近散热器的空气被加热后密度变小 热空气上升 形 成空气对流 因此室内垂直面的温度变化很大 人体下部处于采暖的低温区 头部处 于较高的温区 与对流采暖方式相比 采用地板辐射采暖时 室内空气温暖柔和 湿 度适宜 因此其舒适性明显好于以对流为主的散热器采暖方式 5 下图 1 2 为室内温度 垂直分布图 图图 1 2 室内温度垂直分布图室内温度垂直分布图 2 降低室内设计温度 能使用低品位能源 减少能源消耗 同样舒适条件下 地板辐射采暖的室内设计温度比对流散热器采暖的室内设计温 度低 2 3 这就使地板辐射采暖系统利用相对较少热量就能达到有效的采暖效果 地板辐射采暖热量主要集中在人体活动区内 室内温度分布均匀 地面的有效温度高 上部的空气温度低 室温比较稳定 无效热损失少 节省了采暖能耗 由于地板辐射 采暖系统中各房间环路相互独立 人们可以根据自己的实际需要而去调节室温 由于热 惰性的问题室温改变的速度缓慢 为采暖系统充分有效的节能和安全可靠的运行提供 保障 达到尽量减少不必要能耗的节能效果 世界范围内的能源危机促进了太阳能 地热能 工业余热等的开发利用 而地板辐射采暖所需的供水温度比较低 一般为 35 55 恰与这些低焓热能相适应 因而 它为这些能源的直接利用开辟了广阔 的市场 另外 由于热媒的温度较低 因而在室外管网的传送过程中无效热损失可大大 减少 节省了采暖能耗 3 节省室内空间 热稳定性好 适用间歇供暖 普通散热器的采暖系统需将散热器安装在室内 占用了房间的面积 据统计一般 的散热器约占 1 3 采暖建筑面积 给室内装修和家具的摆放均带来了麻烦 而地板辐 射采暖和建筑构造相结合 房间的地面上没有任何管道设备 不占用房间有效面积 而且由于辐射供暖系统地面层及混凝土层蓄热量大 在间歇供暖时 室内温度波动小 热稳定性好 4 易于实现热计量 各房间的供暖管道均接在集中设置的分水器上 每个房间的接口处都设置阀门 实现了居民对房间温度的调节 同时可以在入户总管上安装热量表和控制阀 又实现 了对居民采暖供热的控制与计量 使热成为可以计量的商品 使居民用热费实现按所 用的热量合理交纳供热费 有利于推动供热商品化 5 施工简易 维修工作量小 地板辐射采暖采用的塑料管材重量轻 柔韧性好 施工技术的改进使其便于施工 减轻了劳动强度 地板辐射采暖系统采用地埋管热融焊接 泄漏问题得到极大地解决 因此运行期间其操作简便 维修工作量少 只需定期检查过滤器即可 6 节约材料 使用寿命长 目前地板辐射采暖系统采用的管材都具有耐温范围广 耐压强度高 抗腐蚀 抗 锈 抗水垢 抗冻等特点 而且无味无臭 卫生安全 这些管材既可用于低温地板辐 射采暖系统 也可以用于生活热水及管道煤气上 不仅可以大量替代钢材 还可以提 高系统的使用寿命达到 50 年 6 7 有利于改善卫生条件 辐射供暖减少了对流散热 室内空气的流动速度也降低了 避免了室内尘土的飞 扬 有利于改善卫生条件 8 解决了大跨度建筑和矮窗式建筑的供暖需求 其适用范围很广 可在宾馆大厅 展览馆 影剧院 商场 医院 实验室 机房 7 42 游泳馆 体育馆 厂房 畜牧场 育苗 种 等场所和中高档住宅中应用 特别适合大跨 度高层和矮窗式建筑物的供暖需求 由于它具有舒适 节能 经济等特点 很快被人 们接受 并得到普遍推广 1 2 2 地板采暖的缺点地板采暖的缺点 1 初投资较高 由于地板采暖的管材 交联管 铝塑管等 国产过程中存在生产设备投资大 市 场占有率较小 其主要连接部件均为铜管件等原因 致使短期内地板采暖的管材及主 要部件初投资较大 目前每平米的初投资最低在 60 元左右 一般的可达到 100 元 普 通散热器的采暖系统每平米的投资为 35 38 元 中高档散热器在 60 80 元之间 2 土建费用增加 由于地板采暖管道的敷设需考虑保温层 因此会占用 40 60mm 的层高 要求室 内建筑净高相同时 须提高建筑的层高 而且地板埋管的覆盖层较一般楼板要厚 增 加了建筑物结构的整体荷载 从而导致土建费用有所增加 3 地面遮盖对采暖效果影响较大 地面遮盖的影响可从两方面来考虑 一方面由于各用户对地面装修的不同会影响 地板的散热 例如采用地毯作为地面装修材料时 由于地毯的热阻大 使得地板单位 面积的散热量减小 另一方面家具的摆放会使地板表面的有效散热面积减少 尤其是 目前建筑中的大客厅 小居室的布局 会对各房间的地板散热量有明显影响 此问题 需在设计阶段加以充分考虑 7 4 可维修性较差 低温地板辐射采暖属隐蔽性工程 维护工作比较复杂 一旦通水管道渗漏 需要 专业公司用专用设备才能查漏和修复 所以必须把握好设计 选材 施工和成品保护 四个环节 1 3 地板辐射采暖的国内外研究现状地板辐射采暖的国内外研究现状 伴随着低温地板辐射采暖系统在工程中的应用 国内外的科学家和工程师们也在 不断地对其采暖机理 节能效果和热舒适性等诸多方面进行了研究 1 3 1 国外研究现状国外研究现状 早在二十世纪四十年代就有美国的 J R Carroll 对地板辐射采暖形式的自然对流进行 了分析 1978 年到 1980 年间 Hannay 和 Lebrun 等美国诸多学者对不同的采暖系统的 热舒适性和能量消耗进行了研究 这些研究表明 当各种不同的采暖系统达到相同的 热舒适性时 其各自能量消耗有较明显的不同 地板辐射采暖系统可节能 10 40 近些年 加拿大学者 A K Athienitics 利用非线性有限差分法 对低温地板辐射采 暖系统进行了数值模拟 对低温辐射采暖系统中经常出现的问题 如地板表面温度超 过热舒适性标准 室内设计温度的改变而引起的预热时间的改变 以及太阳辐射造成 的过热而需对其进行控制的具体措施等问题进行了讨论并最终提出 有效的利用太阳 辐射以降低室内热负荷以及将室内设计温度按正弦规律变化都可以有效地降低地板表 面最高温度 减少热流量 同时若室内温度按正弦规律变化而使系统节约的能耗同在 夜间降低室内最高辐射温度所节约的能耗相同 Caccavelli 等利用有限元程序模拟地板 采暖系统的三维热传递 他们模拟的结果跟实验结果相吻合 Ling 等人研究了基于热 舒适性规则的地板辐射采暖设计方法 日本的 Haruo 等人做了对地板辐射房间的辐射 与对流热交换的基础研究 8 南韩的 Sung HwanCho 进行了对地板辐射采暖的温度控制 的实验测试 通过这些研究和测试 使人们对地板辐射采暖技术有了更多的认识 从 而保证了地板辐射采暖系统的设计与安全可靠的运行 1 3 2 国内研究现状国内研究现状 国内对地板辐射采暖的研究还处在起步阶段 一些高校引进了国外关于低温地板 辐射采暖技术的先进经验 并加以分析 提出适合在我国发展的一些看法 为该技术 在国内开展创造了有利的社会环境和研究环境 使该技术的研究在我国迅速发展起来 天津地热研究培训中心的王万达和宗立华对均密度螺旋型布置低温热水交联聚乙烯塑 料管地板采暖进行研究 建立了稳态传热模型 并搭建实验台进行试验验证 对换热 机理进行理论分析 提出了设计计算的热性能组合特性曲线 哈尔滨建筑大学冉春雨 等应用有限元法对地板塑料管采暖系统进行了研究 并建立了实验台进行小样侧试 证明该系统作为现有建筑的采暖手段是可行的 湖南大学郭富军对低温地板辐射采暖 的控制方式进行了探讨 青岛建筑工程学院胡松涛等建立二维地板传热数学模型 以 一个基于有限元法的动态仿真程序得出了不同的供回水温度和管间距下的地板表面最 高温度 室内作用温度 热流密度 预热期等参数 哈尔滨建筑大学孙德兴等利用有 限元法对非线性边界条件的二维地板传热模型进行计算 给出了地面材质 厚度 管 间距 管径 水温和室温等因素对地板散热量的影响定量关系 王晓彤 郭强建立二 维稳态地板传热模型 用有限元法计算结果显示为保证地板表面温度均匀 管间距和 管道埋深应呈二次线性关系 冯晓梅 肖勇全建立二维非稳态地板传热模型 计算后 获得地板表面温度与管间距 管道埋深以及水温的关系 刘国丹在 2001 年测试了一个 实际地板辐射采暖的运行工况和热工性能 测试内容包括室内空气温度分布 地板表 面温度分布 供回水管壁温度 围护结构内表面温度 室外温度 供回水瞬时流量和 围护结构热流量等 亢燕铭等利用热舒适理论讨论了地板辐射供暖方式与其他方式在 房间内人体热舒适方面的差异 指出采用地板辐射时 由于 MRT 提高 降低室内空气 2 与现行规范中室温 18 时的舒适度相同 对综合节能作用进行了定量估计 这些 研究成果为我国地板辐射采暖的发展起到了促进和指导作用 9 1 4 地板辐射采暖的发展前景地板辐射采暖的发展前景 地暖在我国起步较晚 与发达国家相比 发展速度缓慢 有资料表明 发达国家 9 42 地暖占总采暖面积的 65 85 如韩国住宅约 85 加拿大 65 丹麦约 80 而以我区为例 按供暖总面积计目前不足 10 我国人口众多 地域广阔 有 70 的 国土面积 2 3 的人口居住在采暖区域内 有些地域采暖时间长达 5 个月 最长的可 达 210d 地暖的推广应用 不仅改善了居住环境 提高了生活质量 采用地暖也是采 暖方式的一次变革 近几年 一些新型管材 燃气壁挂炉等产品的出现使得低温热水 地板辐射采暖的应用越来越广泛 2004 年行业标准的出台 加速了系统的工程应用 以京津地区为中心的东北 华北 西北地区 地板辐射采暖的应用方兴未艾 且发展 势头很猛 随着投资成本的降低和新技术的推广应用 人们对它的优点会有更为深刻 的认识 这种节能 舒适 环保的新型采暖方式必将被越来越多的消费者所采纳 地 暖将逐渐替代普通采暖是大势所趋 发展空问巨大 前景不可估量 10 1 5 地板辐射采暖的结构和布置形式地板辐射采暖的结构和布置形式 地板辐射采暖结构层由上到下分别为 覆盖层 找平层 埋管层 隔湿层 绝热 层 如图 1 4 所示 其中绝热层的作用是为了减少热量向下传递 多用聚苯乙烯泡沫板 材做成 厚度不宜小于 25mm 埋管结构层有木质地板结构和混凝土结构两种 多采用 埋管设 图图 1 3 盘管铺设方式盘管铺设方式 于混凝土的做法 隔湿层用来防止水进入保湿层 地面上可根据用户装饰的要求 铺 设地板或地毯形成覆盖层 当设有覆盖层时 应设置伸缩缝 伸缩缝的设置间距与宽 度应由计算确定 11 地板辐射采暖系统的塑料埋管铺设方式大致分为蛇型和回型两种 形状 如图 1 3 所示 蛇型铺设又分为单蛇型铺设 双蛇型铺设和交错型铺设三种方式 回型铺设可分为单回型铺设 双回型铺设和对开双回型铺设三种方式 图图 1 4 结构层构造结构层构造 1 6 地板辐射采暖主要参数规定和适用范围地板辐射采暖主要参数规定和适用范围 1 6 1 地板采暖的主要参数规定地板采暖的主要参数规定 1 结构层厚度 公共建筑 90mm 住宅 70mm 不含地面层及找平层 2 热煤温度 60 最高 80 3 供回水温差 10 4 工作压力 0 8Mpa 5 结构层受荷载 2000kg m3 若 2000 kg m3 时 应采取相关措施 6 供水干管上设置过滤网 防止异物进入系统内 1 6 2 地板采暖的适用范围地板采暖的适用范围 各式住宅 别墅楼 办公商务楼 会展馆 大型会议展厅 停车场机场跑道 候 机楼 飞机库 工业厂房 水产养殖 种植大棚 娱乐场所 体育场馆 商场 购物 中心 尤其适用于大跨度建筑 11 42 1 7 本文主要研究内容和意义本文主要研究内容和意义 随着全球经济的不断发展 对能源的需求也在成倍地增长 但地球上所能提供的 能源不是取之不尽 用之不竭的 这就要求我们在能源使用时尽可能地提高其利用效 率 节约能源 本文对沈阳地区一民用住宅单元楼进行了低温地板辐射采暖系统节能设计 首先 计算出了建筑的采暖热负荷 然后对其进行水力计算 完成管路设计 最后对整个系 统进行节能效益评估 健康效益评估以及经济技术评价 低温地板辐射采暖由于其舒适性高 卫生条件好 便于热计量 能充分利用低品 味能源等优点越来越受到人们的关注 是当今较为先进的一种采暖方式 也是目前国 内外公认的最为理想的采暖方式 为了整个供暖期既满足人们的舒适性要求又尽量节 约能源 我们除了需要对该系统的原理进行仔细研究 还需要对地板辐射采暖系统的 运行调节方面进行更加深入的研究 从而推荐出切实有效的调控方案 来指导该系统 的设计和运行管理 12 本文对地板辐射采暖系统房间进行了一系列的技术经济评价和 环境效益评价 为地板辐射采暖系统在全国范围内的推广提供理论依据 2 设计原始资料设计原始资料 2 1 土建资料土建资料 地点 沈阳市某小区 21 号楼 1 单元 七层 墙体 外墙 370 内墙 240 隔墙 120 外墙内外两侧分别抹 30 厚保温砂浆 墙 体的详细构造资料在下文传热系数计算中有所体现 门窗 单元门采用保温防盗电子对讲门 户门采用保温防盗门和木夹板门 内门 采用木夹板门 外窗采用单框平开双玻塑钢窗 阳台外窗采用单框平开单玻塑钢窗 层高 2 8m 建筑有效使用面积 95 建筑平面简图如图 2 1 所示 图图 2 1 建筑平面简图建筑平面简图 2 2 沈阳地区室外气象参数沈阳地区室外气象参数 沈阳市围护结构冬季室外计算参数 近 10 年内的统计数据 如表 2 1 所示 表表 2 1 冬季室外计算参数冬季室外计算参数 冬季室外计算参数冬季室外计算参数 供暖期供暖期 围护结构类型围护结构类型 平均温 度 平均相 对湿度 采暖度日数 城市名城市名 称称 型 型 型 型 日平均温度 5 天数 w t w d d D 沈阳 26 29 32 34180 9 5645112 13 42 3 采暖热负荷计算采暖热负荷计算 3 1 各计算参数的确定各计算参数的确定 3 1 1 室内计算温度室内计算温度 根据辽宁省标准 地面辐射采暖交聚乙烯管道工程技术规程 采暖热负荷宜取房 间常规计算 95 或将室内计算温度降低 2 3 计算 13 本设计采用降低室内设计温度的 方法 室内设计温度如表 3 1 所示 表表 3 1 各房间室内计算温度各房间室内计算温度 卧室卧室餐厅餐厅客厅客厅厨房厨房卫生间卫生间 1515151515 3 1 2 室外计算温度室外计算温度 冬季室外计算温度的确定要根据围护结构的类型来确定 通过计算围护结构的热 惰性指标 可确定围护结构的类型 14 计算如下 热惰性指标 3 iiS RD 1 式中 材料层热阻 m W i R 材料层蓄热系数 m W i S 外墙 砖墙 360mm 防潮层 15mm 水泥砂浆 内外两侧 30mm 厚保温砂浆 1 2 5 水泥砂浆 6mm 1 3 水泥砂浆 12mm 0 060 360 033 4 4410 6311 376 056 0 290 810 93 ii DRS 当热惰性指标 D 6 时 查文献 2 表 1 12 围护结构属 型 因此可以确定冬季室外 计算温度为 26 w t 3 1 3 围护结构传热系数围护结构传热系数 1 墙体 传热系数计算 3 wi i n o R K 11 11 2 式中 围护结构传热阻 m W 0 R 围护结构内表面对流换热系数 W m n 围护结构外表面对流换热系数 W m w 材料层厚度 m i 材料层导热系数 W m i 外墙 W m 0 11 K 1 184 10 360 060 0331 R 23 260 810 290 938 72 2 窗户 门 外窗 单层平开双玻塑钢窗 K 2 8 W m 阳台外窗 单层平开单玻塑钢窗 K 3 26 W m 屋面窗 改性 PVC 节能塑钢窗 K 2 58 W m 内门 单层木夹板门 K 2 91 W m 单元门 保温防盗电子对讲门 K 2 33 W m 3 屋面 20mm 木望板上冷底子油玛蹄脂 0 1 W m 100mm 聚苯保温板粘贴于木望板下空腔内 0 04 W m W m 11 K 0 35 10 020 11 8 720 10 0423 62 R 3 1 4 维护结构传热热阻最小传热阻校核维护结构传热热阻最小传热阻校核 最小传热热阻 3 3 ny wn t tt R min0 式中 围护结构的最小传热阻 m W min0 R 供暖室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差 y t n t n 取 15 26 6 0 查文献 2 表 1 11 n t w t y t 外墙最小传热热阻 m W788 0 15 0 1 6 2615 min0 R 外墙实际传热热阻 m W847 0 18 1 11 K Ro 15 42 该外墙满足保温要求 0 R min0 R 3 2 热负荷计算热负荷计算 3 2 1 围护结构基本耗热量围护结构基本耗热量 基本耗热量 W 3 1wn ttFKQ 4 式中 围护结构传热系数 W m K 围护结构面积 m F 冬季室内计算温度 n t 供暖室外计算温度 w t 围护结构温差修正系数 查文献 2 附录 4 例 101 房间南墙 m 15 54 67 28 23 3 F n t W m 26 18 1 K w t 00 1 W405 316 2615 00 1 18 1 54 6 Q 其它房间计算结果见表 3 2 表 3 3 3 2 2 冷风渗透耗热量冷风渗透耗热量 采用换气次数法计算 3 278 0 2wnnpkw ttVcnQ 5 式中 房间的内部体积 m n V 冷空气的定压比热 1kJ kg p c p c 房间的换气次数 k n 供暖室外计算温度下的空气密度 kg m w 例 101 房间南外窗 取 2 3 k n m 52 323 2 24 0 3 3 18 0 8 4 n V 1 399 kg m w W66 345 2615 399 1 52 32 3 2 278 0 2 Q 其它房间计算结果见表 3 2 表 3 3 3 2 3 冷风侵入耗热量冷风侵入耗热量 冷风侵入耗热量 3 m NQQ 3 6 式中 外门附加率 N 外门基本耗热量 W m Q 3 2 4 围护结构的附加耗热量围护结构的附加耗热量 1 朝向修正 本设计地点是沈阳 地处严寒地区 因此朝向修正取值为 东 西 5 南 15 北 5 2 风力附加 此地点不必考虑风力附加 3 高度附加 房间高度均不高于 4 米 不必考虑高度附加 根据以上方法 计算出各房间的耗热量 1 6 层耗热量计算结果相同 见表 3 2 7 层由于存在屋顶 其耗热量不同 计算结果 见表 3 3 综上所得 可计算一单元居民楼总热负荷为 70492 W 17 42 表表 3 2 首层各房间耗热量计算表首层各房间耗热量计算表 围护结构围护结构传热系数传热系数 室室 内内 计计 算算 温温 度度 室外室外 计算计算 温度温度 计计 算算 温温 差差 温差温差 修正修正 系数系数 基本耗热基本耗热 量量 耗热量修正耗热量修正 冷风渗冷风渗 透透 围护围护 结构结构 耗热耗热 量量 Q 房间房间 编号编号 房间房间 名称名称 名称及名称及 方向方向 面积面积W m W WQ2W 西外墙13 441 1815 26411 0650 23 50 95 617 72 南外窗2 702 8015 26411 0309 96 150 85 263 47101 主卧室 南外墙6 541 1815 26411 0316 41 150 85 288 62 345 661515 西外墙10 921 1815 26411 0528 31 50 95 501 89 北外窗2 252 8015 26411 0258 3051 05 271 22102 卧室 北外墙6 991 1815 26411 0362 9251 05 381 07 278 321432 北外门3 603 2615 26411 0481 1850 9 1 05 505 23 厨房1 682 91151051 024 4400 9124 44103 餐厅 北外墙3 021 7615 26410 7152 7550 9 1 05 160 39 184 06787 南外墙6 601 1815 26411 0319 31 150 85 271 41 104 客厅 南外窗4 322 8015 26411 0495 94 150 85 421 55 284 57978 105 卫生间 北向墙8 262 37151051 097 880197 880 0098 卫生间8 262 371515 51 0 97 8801 97 88 北外窗1 802 8015 26361 0181 4451 05 190 51 北外墙6 461 1815 26361 0274 4251 05 288 14 106 厨房 餐厅门1 682 911515 51 0 24 4401 24 44 125 67482 南外墙4 081 1815 26411 0197 39 150 85 167 78 107 卧室 南外门4 323 2615 26411 0577 41 150 7 0 85 490 80 214 60568 南外窗2 702 8015 26411 0309 96 150 85 263 47 111 主卧室 南外墙6 541 1815 26411 0316 41 150 85 288 62 345 66898 北外窗2 252 8015 26411 0258 3051 05 271 22 112 卧室 北外墙6 991 1815 26411 0362 9251 05 381 07 278 32931 北外门3 603 2615 26411 0481 1850 9 1 05 505 23 113 餐厅 厨房1 682 91151051 024 4400 9124 44 184 05787 北外墙3 021 7615 26410 7152 7550 9 1 05 160 39 南外墙6 601 1815 26411 0319 31 150 85 271 41 114 客厅 南外窗4 322 8015 26411 0495 94 150 85 421 55 284 57978 115 卫生间 北向墙8 262 37151051 097 880197 880 0098 表表 3 3 顶层各房间耗热量计算表顶层各房间耗热量计算表 围护结构围护结构传热系数传热系数 室室 内内 计计 算算 温温 度度 室外室外 计算计算 温度温度 室室 内内 外外 计计 算算 温温 差差 温差温差 修正修正 系数系数 基本耗基本耗 热量热量 耗热量修正耗热量修正 冷风渗冷风渗 透透 围护围护 结构结构 耗热耗热 量量 Q 房间房间 编号编号 房间房间 名称名称 名称及名称及 方向方向 面积面积W m W WQ2W 南外窗1 14 2 58 15 26411 0 120 17 15 0 85102 14 701 卧室 西外墙8 14 1 18 15 26411 0 393 91 5 0 95374 21 285 54 998 屋面19 34 0 35 15 26411 0 277 59 15 0 85235 95 北外窗1 14 2 58 15 26411 0 120 17 5 1 05126 17 屋面19 34 0 35 15 26411 0 277 59 5 1 05291 47 702 卧 室 西外墙7 52 1 18 15 26411 0 364 01 5 0 95345 81 263 96 1027 北屋面 11 49 0 35 15 26411 0 164 88 5 1 05173 13 703 北客厅 北外窗1 14 2 58 15 26411 0 120 17 5 1 05126 17 215 96 515 南屋面 17 62 0 35 15 26411 0 252 83 15 0 85214 91 704 南客厅 南外窗2 27 2 58 15 26411 0 240 33 15 0 85204 28 337 93 757 屋面7 56 0 35 15 26411 0 108 49 15 0 8592 21 705 卧室 南外窗1 14 2 58 15 26411 0 120 17 15 0 85102 14 131 19 326 706 卫生间 屋面6 20 0 35 15 26411 0 88 90 5 1 0593 34 0 00 93 南外窗1 14 2 58 15 26411 0 120 17 15 0 85102 14 711 卧室 屋面19 34 0 35 15 26411 0 277 59 15 0 85235 95 285 54 624 北外窗1 14 2 58 15 26411 0 120 17 5 1 05126 17 712 卧室 屋面19 34 0 35 15 26411 0 277 59 5 1 05291 47 263 96 682 北屋面 11 490 3515 26411 0164 8851 05173 13 713 北 客 厅 北外窗1 142 5815 26411 0120 1751 05126 17 215 96515 714 南屋面 17 620 3515 26411 0252 83 150 85214 91337 93757 19 42 南 客 厅 南外窗2 272 5815 26411 0240 33 150 85204 28 屋面7 560 3515 26411 0108 49 150 8592 21 715 卧 室 南外窗1 142 5815 26411 0120 17 150 85102 14 131 19326 4 地板辐射采暖设计及水力计算地板辐射采暖设计及水力计算 本设计采用低温热水作为热煤 主要参数 15 如下所示 1 结构层厚度 70mm 结构如图 4 1 所示 2 地面材料 瓷砖 3 供回水温度 供 40 回 30 4 供水方案 区域锅炉房供水 5 管材 PE X 管 图图 4 1 地板辐射采暖构造层结构地板辐射采暖构造层结构 4 1 地板辐射采暖设计地板辐射采暖设计 4 1 1 采暖盘管布置采暖盘管布置 本设计采用 PE X 管 总管设在各户的管道井内 在分设支管进入各户 各户连在 同一个分水器上 加热盘管的布置按房间分组 客厅 卧室管道布置采用双回蛇形 卫生间及厨房采用往复形或直列形 此建筑为民用住宅 采暖管通常采用管径为 DN20 的管子 各采暖盘管间间距根据热负荷计算在 150 300mm 之间 沿外墙和热损失大的 部位布管间间距可稍小一些 布管间距由外墙到内可逐渐扩大 每 40m2左右设置 5 8mm 宽的伸缩缝 缝中填充弹性材料 加热板管穿越膨胀缝处时应加柔软性套管 首 层地面 卫生间及厨房必须设防水层 16 采暖地面构造层与外墙接触部分用聚苯乙烯 21 42 保温板作保温处理 4 1 2 采暖盘管设计计算采暖盘管设计计算 单位长度传热量 4 21 ttSQo 1 式中 导热系数 W m 形状因子S 盘管温度 1 t 地板表面温度 经常有人停留的表面 温度取在 24 26 间 2 t 形状因子 4 2 d 2 ln 2 H sh S 2 式中 埋深 mmH 管径 mmd 管间距 mm 导热系数 W m 4 i i 3 构造层 瓷砖地板层 10mm 1 1 W m 水泥沙将找平层 20mm 0 93 W m 豆石混凝土层 40mm 1 51 W m W m 70 1 07 102040 1 10 031 51 i i 例 101 房间 房间总耗热量 1515 W 1 Q 可查得 地板表面温度