低温地板辐射供暖系统的设计毕业论文.doc

中国计量学院毕业设计（论文）低温地板辐射供暖系统的设计毕业论文 目 次摘要目次1绪论11.1课题的背景和意义11.1.1低温地板供暖的特点11.2 低温热水地板辐射系统的发展现状21.3国内外研究现状21.3.1室内低温地板辐射采暖温度分布及数值模拟21.3.2 节能分析及节能措施31.3.3 地板采暖系统的控制31.3.4 调节控制的方法31.4发展前景32系统设计42.1 设计工程概况42.1.1 工程简介42.1.2气象和地质资料42.1.3地板辐射采暖系统简介42.1.4初步设计42.2负荷计算62.2.1热负荷计算62.1.1围护结构的耗热量63盘管的参数计算113.1管材的选择113.1.1 PE-X管的选择114.采暖辐射板的表面温度与热媒参数134.1采暖辐射板的表面温度134.2辐射采暖系统的热媒参数145热力计算和水力计算155.1热力计算155.1.1地板散热量155.1.2 热媒参数及管材参数确定155.1.3 加热管的选择165.2水力计算175.2.1盘管管路的沿程阻力175.2.2 局部阻力195.2.3总阻力196热源的选择206.1选择空气源热泵的依据206.1.1耗能情况分析206.1.2空气源热泵热水器的研究结论216.2热泵的选择216.2.1家用分体式空气能热水器功能特点216.2.2家用分体式空气能热水器参数217系统布置237.1分、集水器设置237.2环路设置238采暖方式的经济性分析248.1几种采暖方式的比较248.1.1地板采暖优劣分析248.1.2中央空调采暖优劣分析248.1.3暖气片采暖优劣分析248.1.4采暖方式及性能对比248.2经济性分析258.2.1一次性投资258.2.2管材费用258.2.3年运行费用258.2.4年运行费用比较259总结与展望269.1低温热水地板辐射供暖的优越性269.1.1费用低性能高269.1.2. 舒适环保，有益健康269.2低温热水地板辐射供暖的弊端26参考文献27附录A28附录B29作者简介30学位论文数据集31251 绪论1.1课题的背景和意义低温地板辐射供暖上个世纪30年代出现于北欧，随着国外塑料工业的发展，新型材料为地板辐射供暖提供了可靠的保证。60年代欧美等发达国家得到广泛的应用。由于该技术无论从采暖舒适上，还是室内美观等方面，都有着传统散热器采暖方式无法比拟的优越性，在人们越来越重视生活质量的今天，地板辐射采暖正在逐步被大家所认同。低温热水地板辐射供暖技术的基本原理是:由供热装置供给低于60的热水，通过一种埋设于建筑地板上部细石砼或水泥砂层内的特别塑料管(即聚丁稀管)，在设置的自动控制元件控制下，将地板表面加热到设计所规定的温度，以辐射方式为主定向均匀放热，从而达到舒适的采暖效果。它所形成的热曲线是近乎理想的上部温度低，下部温度高的曲线，即它提供的热量在人体的脚部较强，头部温和，这正符合人体足部血液循环最差，头部温度较高的特点，给人以“脚暖头凉”的舒适感1。地面辐射供暖符合中医“温足而顶凉”的健身理论，是目前最舒适的采暖方式，也是现代生活品质的象征。1.1.1 低温地板供暖的特点2：1.1.1.1 热能直线传播，不需要任何媒面直接传导出去这样的热导方式效率高，人体直接受益。而传统的散热器采暖器采暖是通过室内空气对流达到采暖效果，由于室内热气上升，未受热部分下降，室内受热不均匀。很明显这两种传热方式辐射采暖优于对流采暖是不可否认的。1.1.1.2 温度适宜、空气清新由于室温是由上而下逐渐递增，水分散失较少。红外线辐射穿透的空气，不改变空气的湿度，克服了传统供暖方式造成的使人们皮肤失水，有口干舌燥的感觉等不适，明显改善皮肤的微循环。人体的感觉是脚部开始接触发热的地面，从医学角度上讲，脚受热对人身体有较大的益处，在加上地面供热上升温度缓慢，所以人有很舒适的感觉。1.1.1.3 室内空气洁净低温地板辐射供暖的供暖任务由热辐射和空气对流共同承担，室内空气平均流速低于暖气片采暖，不会导致室内空气对流所产生的飞扬及积尘。传统的散热器不论是铸铁散热器还是钢制散热器，当散热时会挥发积尘和异味，使人很不舒服。地板辐射采暖使空气洁净，清新怡人，室内装修会常保原来色彩。1.1.1.4 便于控制，有效节约能源现在城镇供水供电都实现了分户计量，而更多数分产采暖计量尚未实现，由于集中供热，采暖费用逐渐增高，致使一些工薪阶层难以承受，造成供热单位与用户矛盾重重，有些用户甚至拒不缴费。地面辐射采暖是一种较为理想的采暖方式，可以很方便的实行分户控制，分户计量，分户温控。安装温度控制器，可以随心所欲地调节温度。采用低温地板辐射采暖的房间可比采用普通采暖的房间低2-3，可节能10%以上。采用分室控温，不住人的房间可以调低温度，可充分利用热源，节约热能，使用寿命长。综合说来，低温地板辐射采暖具有舒适、节能、便于分户热计量和有利于装饰，室内温度分布均匀，并可改善楼板的隔音和降低撞击声等显著优点。1.2 低温热水地板辐射系统的发展现状低温热水地板辐射系统在国外的应用可以追溯到二十世纪二、三十年代，直到七十年代发达国家开始广泛应用，尤其是新型管材的开发应用，使得这种供暖方式在大型的公共设施如商场、展览馆、游泳馆等场所采用，在住宅中更为普及。早在20世纪二、三十年代就在西方发达的法国、德国等国家得到应用，到70年代应用就更为广泛。20世纪80年代以后，我国先后从韩国及芬兰等国家引进低温地板采暖及相应的管道技术，并在随后的发展中得到了迅速的应用3。截至目前，欧洲国家的地板辐射供暖的应用已经十分广泛。例如，采用地板辐射供暖的住宅在韩国占新建住宅的80以上，加拿大西部65的新建住宅选用了这种供暖方式，还有瑞士 48，德国41，奥地利25，法国20等4。1.3国内外研究现状近些年来，国内外不少学者对低温热水地板辐射采暖技术进行了大量的研究。国外目前的研究方向主要针对于利用低温地板辐射采暖系统的结合空调供暖5、间歇运行供暖6、预测控制等技术7，甚至关于地板材料在供暖中的甲醛释放量8方面都有研究。在低温地板采暖系统里引用高精度的控制技术，可以达到更高程度的节能。我国对地板辐射供暖也有相当深度的研究。20世纪60年代初，由于受当时技术和材料的限制，该项技术的推广应用受到很大限制。随着科学技术的发展，特别是建材工业的进步，加热管的材质问题得到解决，相继出现了抗老化、耐高温、耐腐蚀、易弯曲、价格较低廉的交联聚乙烯管PEX、聚丁烯管PB、无规共聚丙烯管PPR 、铝塑复合管等管材，使地暖技术的推广应用有了可靠的材料保证。低温地板辐射式采暖系统由于其热舒适性高、卫生条件好、可利用热源多等优点被越来越多地应用在住宅、餐厅、商场等建筑以及室外路面、户外运动场的地面化雪等工程中9。概括起来，低温热水地板辐射采暖技术的研究可以分为以下几个方面10：1.3.1室内低温地板辐射采暖温度分布及数值模拟通过对室内温度分布特性及空气流动特性分析，得出结论：在室内主流区域，空气温度分布均匀，其温差在1左右。从而说明了地板辐射采暖舒适性的原因，同时也表明，这种采暖方式辐射热流占总热流的5060。1.3.2 节能分析及节能措施通过对国内几种维护结构地板采暖住宅冬季室内热环境进行了动态模拟分析，得出：地板每增加1，人体实感温度约增加0.4；地板采暖室内热环境及能耗与维护结构有相当的联系，从热环境与能耗。综合来看，地板采暖房间采用37墙较为适宜。1.3.3 地板采暖系统的控制调节控制的方式分两种：局部控制和集中控制。（1）局部控制对于小型独立式或别墅式住宅采用局部控制的方法，不增加额外的控制设备，根据用户的需要自行控制热源开关。这种控制方法投资小、系统简单、节约能源。（2）集中控制对于小范围集中建筑的辐射采暖系统可以采用集中锅炉房供热，燃料集中的供热系统热源可以采用组合式模块锅炉。根据供热面积和供热负荷的大小确定锅炉的组数。这种控制方式设备简单、初投资小且节约能源和运行费。1.3.4 调节控制的方法调节控制的方法可分为：基于室内空气温度变化、基于地板温度变化、基于双参数（室内空气温度和地板温度）变化以及比例积分（PI）控制四种。其中以室内空气温度为基准的调节方法，室内空气温度波动较大，波动范围为3；以地板表面温度为基准的调节，室内空气温度波动较小，仅为1.5。采用比例积分（PI）控制的效果最好，但是其设备投资费用高，而采用双参数控制结果与其相近。所以，如果房间温度要求比较高，从系统的简单和成本考虑，采用双参数控制为最佳。1.4发展前景随着人民生活水平的不断提高，大居室、落地窗已逐步进入家庭，而家庭装饰已十分普遍，装修时暖气片一般都加装饰罩，这不仅影响30%的散热量，同时也将损失最为宝贵的居室实际面积610%。而低温地板辐射采暖具有舒适、节能、便于分户热计量和有利于装饰，室内温度分布均匀，并可改善楼板的隔音和降低撞击声等显著优越性，使其在中国的应用率呈现逐年递增的发展趋势。我国出台的相关技术规范主要有地面辐射供暖技术规程（JGJ142-2004）11，另外在采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)12和建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范(GB 50242-2003)13也设定了相应的技术标准。采用地板辐射采暖，虽然每平方建筑造价略有所提高，但它具有舒适、卫生、环保、增加使用面积、使用寿命长等优点，在目前人们普遍重视环保、重视健康、全面建设小康社会的大环境下，一定会得到越来越多的人们的认同，应用一定会越来越多，技术一定会越来越完善，为改善人民的居住环境起到应有的作用。2系统设计2.1 设计工程概况2.1.1 工程简介本设计对象为杭州市中国计量学院仰仪北楼四层办公室，建筑面积56m2（8m7m），朝南的方向有2个大窗户（单层玻璃，面积3m1.5m），朝北的方向有2个门（木门，面积0.9m2m），房间高度3.5m，墙壁厚度为0.24m实心砖墙，9个日光灯（每个功率24W），8个人在办公室里工作，隔壁周围房间为不采暖房间。本次设计首先是熟悉图纸并根据工程的原始资料查阅和收集资料，同时查出当地的室内外的气象参数，并根据有关设计规范和相关参数计算出热负荷，然后对设计对象选择空调系统形式，经过综合比较后，最后选定一种较好的方案。确定空调系统形式后，对管道进行水力计算，确定管道尺寸，根据负荷进行设备选型，然后布置管道和设备绘制图纸。在以上步骤中应本着节约材料节省能耗的原则，并遵循空调设计的有关规定进行设计。2.1.2气象和地质资料杭州市室外气象参数：供暖室外计算温度 -1 冬季大气压力 102.09KPa供暖期天数 61天 冬季室外平均风速 2.3m/s极端最低温度 -9.6 冬季日照率 39%极端最高温度 39.92.1.3地板辐射采暖系统简介低温地面辐射供暖是以温度不高于60的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。其中整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的。2.1.4初步设计2.1.4.1地板采暖的平面布置地板辐射采暖的布置图2.1所示：图2.1 地板辐射采暖的布置2.1.4.2地暖管材的确定地板采暖是我国近年来从欧洲引进的一种新兴的采暖方式，它以节能、节约空间和更高的舒适度等明显的优点赢得了许多客户的欢迎，塑料管材在地板采暖的推广应用中起了推动作用。目前我国地板采暖管材以PE-X(交联聚乙烯)管为主，PP-R(无规共聚聚丙烯)、PP-B(抗冲击聚丙烯)和PB(聚丁烯-1)等管材也参与了市场的竞争。本次设计的地暖管材选用PE-X管。PE-X（交联聚乙烯）管材采用高密度聚乙烯与硅烷交联或过氧化物交联方法。是在聚乙烯的线性长分子链之间进行化学链连接，形成立体网状分子链结构。相对一般的聚乙烯而言，提供了拉伸强度、耐热性、抗老化性、耐应力开裂性和尺寸稳定性等性能。PE-X管材具有力学性能好、耐高温和低温性能好等优点。是目前国际上公认的性能最好的热水管材。图2.2 构造层2.1.4.3地暖构造层、盘管的布置通常采用的地板辐射供暖构造层形式为混凝土内埋管式，其主要构造为楼板、绝热层、加热管、填充层、找平层和地板表面层。在靠近外墙的地方同时也要加保温层，减少热损失。在底层或首层直接在地面上敷设时，还应加防水层，以免土壤中水分渗入，损坏隔热层，降低供暖效果。加热管在地板内的布置形式多种多样，常见的有直列型(单蛇型)、往复型(双蛇型)和旋转型(双回型)三种，如图所示：图2.3 加热管布置其中双回型布置方式的热工性能最好，采用该布置方式时，任一过中心的剖面，埋管都是高温管、低温管间隔布置，使地板温度场更均匀，可提高室内热舒适性。因此本设计使用双回型布置。2.1.4.4热源的确定本系统选用空气能热泵热水器（空气源热泵热水器）。空气能热泵热水器中的冷媒（R22、R417A等）把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，加热水温。这种热水器（空气源热泵热水器）具有高效节能的特点，其节能效果是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍，是太阳能热水器的约2倍。2.2 负荷计算2.2.1热负荷计算建筑物冬季采暖通风设计的热负荷在规范12中明确规定应根据建筑物散失和获得的热量确定。对于民用建筑，冬季热负荷包括两项：围护结构的耗热量和由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量。而地板采暖房间负荷计算有两种方法：一是按折算2-3后的室温作为计算依据；二是按原方法（计算温度不折减）进行计算，最后乘以0.9-0.95的热量折减系数。本设计按折减温度法计算地板采暖房间的热负荷。由于办公室采暖设计室内计算要求温度为1820，根据地板采暖热负荷计算。采用按折算23后的室温作为计算依据，取18为室内计算温度。2.1.1围护结构的耗热量规范中所规定的“围护结构的耗热量”实质上是围护结构的温差传热量、加热由于外门短时间开启而侵入的冷空气的耗热量以及一部分太阳辐射热量的代数和。为简化计算，规范规定，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量两部分。2.1.1.1围护结构的基本耗热量计算围护结构稳定传热时，基本耗热量可按下列计算 （2.1）式中 围护结构的传热系数（W/m2）； 围护结构的面积（）； 冬季室内计算温度（）； 供暖室外计算温度（）； 围护结构的温差修正系数。见表2.1。对于本设计定型的围护结构的传热系数K，参考设计手册上直接查取：根据外墙结构类型表，本设计办公室使用的是0.24m厚的2型实心砖墙，查得传热系数为1.97W/m2。根据单层窗玻璃的KW值，乘上玻璃窗传热系数的修正值，金属窗框的修正值为1.00，查得南窗玻璃传热系数为3.01 W/m2。根据地面传热系数根据屋面构造类型表，查得设计选用的80mm厚地板层的传热系数为0.47W/m2。根据钢铁企业采暖通风设计手册，查得单层木大门的传热系数为4.652W/m2。表2.1 围护结构温差修正系数 围护结构特征外墙、屋顶、地面以及室外相通的楼板等1.00闷顶和室外空气相通的非供暖地下室上面的楼板等0.90非供暖地下室上面的楼板、外墙有窗是0.75非供暖地下室上面的楼板、外墙上无窗且位于室外地以上时0.60非供暖地下室上面的楼板、外墙上无窗且位于室外地以下时0.40与有外门窗的非供暖房间相邻的隔墙0.70与无外门窗的非供暖房间相邻的隔墙0.40伸缩缝墙、沉降缝墙0.30防震缝墙0.70与有外窗的不供暖楼梯房相邻的隔墙-1-6层建筑0.607-30层建筑0.502.1.1.2附加耗热量2.1.1.2.1朝向修正耗热量 不同朝向的围护结构，受到的太阳辐射热量是不同的；同时，不同的朝向，风的速度和频率也不同。因此，规定规定对不同的垂直外围护结构进行修正。朝向修正耗热量： (2.2)式中 朝向修正耗热量；（W） 基本耗热量；（W） 朝向修正系数（见表2.2）表2.2 朝向修正率朝向修正率朝向修正率北、东北、西北010%东南、西南-10% -15%东、西-5%南-15% -30%选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度大小。冬季日照率小于35%的地区宜采用-10%0的修正率，而本设计杭州的冬季日照率达到39%，超过35%，可以不考虑这一条。2.1.1.2.2 风力附加率由于本设计办公室座落位置并不在高地、海岸、河边、旷野等上，因此风力附加取为0%。2.1.1.2.3 外门附加率为加热开启外门时入侵的冷空气，对于短时间开启无热风幕的外门，可以用外门的基本耗热量乘上按表中查出的相应的附加率。表2.3 外门附加率（%）建筑物性质附加率公共建筑或生产厂房的主要出入口500民用建筑或工厂的辅助建筑物，当其楼层为时有两个门斗的三层外门有门斗的双层外门无门斗的单层外门608065本设计外门附加率为无门斗单层外门，取附加率（%）：65=654=260% (2.3)楼层数，为4楼。2.1.1.2.4 高度附加率由于房间净高在4m以下，高度附加为0。2.1.1.3门窗缝隙渗入冷空气的耗热量由于缝隙宽度不一，风向、风速和频率不一，因此由门窗缝隙渗入的冷空气量很难准确计算。规定推荐，对于多层和高层民用建筑，可按下式计算门窗缝隙渗入的冷空气的耗热量： (2.4)式中：加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W；L渗入室内的冷空气量，多层建筑可按换气次数法计算（见表2.4）；w冬季供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；Cp冷空气的定压比热，C=1kJ/kg；tn冬季室内空气的计算温度，；tw冬季室外空气的计算温度，。当无确切数据时，多层建筑可按表2.4推荐值计算渗透冷风量，表中换气次数是风量（m3/h）与房间体积（m3）之比，单位为h-1（次/h）。因此，房间渗入冷风量即等于表中推荐值乘以房间体积。表2.4 换气次数房间类型一面有外窗的房间两面有外窗的房间三面有外窗的房间门厅换气次数（h）0.5051.01.01.52.0查得表中一面有外窗的房间的换气次数为0.5h-1。2.1.1.4 计算结果如下：（1）基本耗热量和附加耗热量，所得围护结构耗热量见表2-5。（2）冷风渗透耗热量计算查表得换气次数为0.5h-1。按公式计算，其结果如下：W（3）房间采暖热负荷W表2-5 计算结果围护结构传热系数计算温差温差修正基本耗热量耗热量修正房间热负荷（W）名称方向面积计算面积mW/(m（C）（C）（W）朝向修正率%修正值修正后的热量外门附加率南外墙83.5281.97191.0 1048.04-200.8838.4304457.51南外窗31.5293.011.0 514.71-200.8411.77东内墙73.524.51.970.7641.92-50.95609.83西内墙73.524.51.970.7641.92-50.95609.83北内墙83.5281.970.6628.8251.05660.27地面78560.471.0 500.0801.0 500.08外门220.93.64.6521.0 318.2001.0 318.202.63盘管的参数计算3.1管材的选择3.1.1 PE-X管的选择地板采暖是我国近年来从欧洲引进的一种新兴的采暖方式，它以节能、节约空间和更高的舒适度等明显的优点赢得了许多客户的欢迎，塑料管材在地板采暖的推广应用中起了推动作用。根据国际管材使用量的统计，在欧洲自来水、散热器、地板采暖使用管材的比例是1.45：1.35：1，地板采暖的管材使用量和自来水的管材使用量相近，这个市场值得管材企业努力去开发。材质选择时各种管材的许用环应力值从大至小，依次为PB、PE-X、PE-RT、PP-R和PP-B，且PE-X管材必须采用专用接头机械连接。目前我国地板采暖管材以PE-X(交联聚乙烯)管为主，PP-R(无规共聚聚丙烯)、PP-B(抗冲击聚丙烯)和PB(聚丁烯-1)等管材也参与了市场的竞争。本设计使用的PE(聚乙烯)材料，在高温下的长期强度有了显著地提高，非常适合使用于地板采暖。3.1.1.1管材应有的特点地板采暖的使用条件和对管材独特的使用方式要求所应用的管材具有的一定的特点：（1）长期耐温耐压性能。我国的地板采暖设计一般采用40-60的热水，设计压力一般为0.4-0.6MPa。由于在不同的季节管材所承受的温度和压力不同，很难计算管材在这种条件下的许用应力。为了方便设计人员对管材的壁厚进行选择，国际标准对地板采暖的使用条件进行了计算和简化，形成了ISO10508：1995用于冷热水系统的热塑性塑料管材和管件中规定的使用条件级别4，即在设计温度20下使用2.5年，40下使用20年，60下使用25年，在最高温度70下使用2.5年，在故障温度100下使用100小时，总的使用寿命为50年，这种使用条件要求管材具有一定的长期耐温耐压性能。（2）高可靠性。由于地板采暖属于隐蔽工程，将管道打在砼内，管材的使用寿命要求基本要同房屋同步，一旦出现问题，对于出现问题的点不容易判断，而且造成的损失要远远高于管材本身的价值，所以要求管材具有高可靠性。这一方面要求管材本身的质量要可靠，另一方面要求管材的抗划痕和抗冲击等施工性能要好，因为施工过程管材难免受到一些摩擦和冲击。（3）高柔韧性。为了确保管道系统的可靠性，地板采暖管材一般不应有接头，这样就要求使用整根的管材，要求管材足够柔软，容易施工。3.1.1.2 两种地暖常用管材：PE-X与PE-RT对比PE-X：（交联聚乙烯管材）采用高密度聚乙烯与硅烷交联或过氧化物交联方法。是在聚乙烯的线性长分子链之间进行化学链连接，形成立体网状分子链结构。相对一般的聚乙烯而言，提供了拉伸强度、耐热性、抗老化性、耐应力开裂性和尺寸稳定性等性能。PE-X管材具有力学性能好、耐高温和低温性能好等优点。是目前国际上公认的性能最好的热水管材PE-X交联聚乙烯管材又分为：PEXa-过氧化物交联聚乙烯，PEXb-硅烷交联聚乙烯，PEXc-辐射交联聚乙烯，PEXd-偶氮交联聚乙烯。PE-RT：是聚乙烯中现阶段唯一交联就可用于热水管的一个品种，原料是中密度聚乙烯，由乙烯和辛烯的单体经茂金属催化共聚而成，乙烯主链和辛烯短支链结构，具有乙烯的韧性、耐应力开裂性能、耐低温冲击、长期耐水压性能和辛烯的耐热蠕变性能。可以用热熔连接方法连接，遭到意外损环也可以用管件热熔连接修复。欧洲在生产与应用PE-X方面有很好的控制和管理经验，原料选用巴斯夫和北欧化工等几个国际上著名的化工公司，设备根据所选用厂家的原料的特点而设计。相比较而言，PE-X较PE-RT具有更好的耐温和耐压性能。目前，PE-X也是欧洲地板采暖应用量最大的一个品种，国内的使用量一直是占有主导地位，P-ERT近几年有所应用，但实际的使用量还是很少，价格一直比PE-X高，综合性能价格比，PE-X比PE-RT优越。3.1.1.4 塑料加热管PE-X的物理力学性能20、1h 液压试验环应力（MPa）12.0095、1h 液压试验环应力（MPa） 4.8095、22h液压试验环应力（MPa） 4.7095、165h 液压试验环应力（MPa）4.6095、1000h 液压试验环应力（MPa）4.40110、8760h 热稳定性试验环应力（MPa）2.50纵向尺寸收缩率（%） 3交联度（%）过氧化物交联大于或等于70%，硅烷交联大于或等于65%，辐照交联大于或等于60%，偶氮交联大于或等于60%。3.1.1.5 管长的确定根据设计要求排设管路如下图：由于单根管供热面积不得过大，不能大于30m2，最长边长不得超过8m，将办公室分为两个盘管区域。计算得出：左区管长=6700+（6400+5800+5200+4600+4000）2+3700+3300+（2700+2100+1500+900+300）2=80700mm=80.7m右区管长=6700+（6400+5800+5200+4600+4000+3400）2+3100+3900+（3300+2700+2100+1500+900+300）2=94100mm=94.1m图3.1 加热管环路进水 出水出水 进水4.采暖辐射板的表面温度与热媒参数4.1采暖辐射板的表面温度采暖辐射板表面的平均温度是计算辐射采暖的基本数据，采暖辐射板表面最高允许平均温度应根据卫生要求、人的热舒适性条件和房间的用途来确定。地面采暖辐射板温度过高，时间长久之后，人体也会不适。人员停留时间长的地面采暖辐射板表面的适宜温度值较低；住宅和托幼机构的采暖辐射板表面的适宜温度值较低。地面辐射表面的平均温度还应受地面覆盖层最高允许温度的限制。根据我国采暖通风与空气调节设计规范和地面辐射供暖技术规程中规定低温热水辐射采暖的辐射体表面平均温度应符合以下要求：人员经常停留区24-26，最高不应超过28；人员短期停留区28-30，最高不应超过32；无人停留区为35-40，最高不应超过42；本系统为人员经常停留区，又设计定的室内计算温度比较高，综合考虑选取辐射板地板表面平均温度为26。采暖辐射板表面温度是不均匀的。沿不同的热流方向地面材料层的热阻是变化的，使得地面表面的温度曲线呈波状起伏。地面采暖辐射板不仅每两加热管之间上部地面表面温度不均匀，而且沿水的流程地面表面温度也是变化的。排管有平行排管式、蛇形排管式和蛇形盘管式。平行排管式是用单根管道平排成蛇形，采暖辐射板表面平均温度沿水的流程逐步均匀降低；蛇形排管式是供水管和回水管并列平排成蛇形，采暖辐射表面温度在小面积上波动大，平均温度较均匀；蛇形盘管式是供水管和回水管并列盘成螺旋形，采暖辐射板表面平均温度也是沿水的流程波动的。4.2辐射采暖系统的热媒参数辐射采暖系统采用的热媒参数，直接影响和决定着采暖辐射板的表面温度、进而影响采暖辐射板的散热量和辐射采暖的效果。采暖辐射板表面的最高限值不仅影响房间的舒适度，还要受到管材允许最高温度的限制。热媒设计参数也是辐射采暖系统的关键数据之一。研究和计算表明，埋管式采暖辐射板的表面温度取决于混凝土等表面覆盖物的厚度，埋管内的热媒温度可比混凝土表面温度高2040C。对地面采暖辐射板的设计供水温度和回水温度应经计算确定。民用建筑的设计供水温度一般取得较低。低温地板辐射采暖系统的工作压力不应大于0.8MPa，当超过上述压力时，应采取相应的措施。本设计采用的工作压力为0.6MPa。加热管覆盖层的厚度不应小于50mm，如加热管覆盖层的热阻较小，设计供水温度还要稍微降低些。本设计覆盖层厚度为80mm。以热水为热媒的辐射采暖系统的设计供回水温度取决于系统形式。对本系统水平布置的辐射板，其设计供回水温度应取最小值，使得设计流量较大，从而保证水管中水流速度不小于0.25m/s。在下文热力计算中，设计得出的供回水温度为45/55C，水流最小速度为0.30 m/s，均符合以上设计标准。5热力计算和水力计算5.1热力计算热力计算的目的是根据房间热负荷及确定的供回水温度，求出房间加热管间距。5.1.1地板散热量地板采暖的散热由辐射散热和对流散热两部分14组成。辐射散热量和对流散热量可根据室内温度和辐射板（地板）表面温度求出。按照地面辐射供暖技术规程， 单位地面面积的散热量q（W/）应按下式计算： (5.1)单位地面面积辐射传热量： (5.2)单位地面面积对流传热量： (5.3)式中：地板表面平均温度（）；取26；室内计算温度（）；取18；常数，向上传热时，2.17；向下传热时，=0.14；指数，向上传热时，1.31；向下传热时，=1.25；依上计算本系统辐射散热量：=41.14W/对流散热量：=33.08W/所以单位面积地板散热量为：=41.14+33.08=74.22W/5.1.2 热媒参数及管材参数确定研究表明，埋管式采暖辐射板的表面温度取决于混凝土等表面覆盖物的厚度，埋管内的热媒温度可比混凝土表面高2040。本系统设定高于表面温度24，取热媒平均温度为50。在热媒参数供回水温度确定方法上，有ASHRAE手册计算法、欧洲标准计算法和日本手册计算法三种。本设计采用地面辐射供暖设计规程手册计算法。由于本设计办公室地板为地板砖，在当地面层为水泥或陶瓷、热阻R=0.02（m2.K/W）时，单位地面面积的散热量和向下传热损失可按附录表A取值。由于选用PE-X管，根据附表A，选用平均水温为50，此时供回水温差应为10，因此供回水温度为45/55。加热管间隙为300mm，其散热量刨去向下热损失后，仍可满足设计需要：散热量-热损失=147.4-39.2=108.2W/74.22W/此时总的实际供热量为（7-0.6）（8-0.5）108.2=5193.6W可满足之前计算的房间所需热负荷5145.97W。5.1.2.1校核地板表面平均温度与单位地板散热量q之间的近似关系为： (5.4) =18+91.082 =27.67基本符合设计温度且不高于最高限值。5.1.3 加热管的选择按照表5.1，管系列应按使用条件4 级和设计压力选择。设系统工作压管力为0.6(MPa)，根据表选择6.3系列（S）值。表5.1 使用条件分级应用等级设计温度TD在TD下的时间年最高设计温度Tmax在Tmax下的时间年故障温度TmaxTmaxh典型应用领域级别42040602.52025702.5100100地板采暖系统注：当TD，Tmax和Tmal超出本表所给出的值时，不适用本表。所有取暖设备中，只能输送水或经处理水作为热的载体。由于在级别4条件下各个品种的设计应力D不同，所以在相同的设计压力下应选择的管系列S值也不同，见表5.2。表5.2 各种管材应选管系列S值的对比设计压力PDPE-XPP-BPP-RPBPE-RT0.4Mpa6.345106.30.6Mpa6.33.25850.8Mpa5246.341.0Mpa423.253.2注：表中的S值是在使用条件及别4的情况下按产品标准所选。. ! & S$ f* L$ W! Z) A j：目前实际生产和应用，一般管系列值最大选S5。s管材公称壁厚应根据规程11第B.1.2条选择的管系列及施工和使用中的不利因素综合确定。管材公称壁厚应符合表B.1.3的要求，并同时满足下列规定：对管径大于或等于15mm的管材壁厚不应小于2.0mm；对管径小于15mm的管材壁厚不应小于1.8mm；需进行热熔焊接的管材，其壁厚不得小于1.9mm。查管材公称壁厚表得知在0.6MPa工作压力和20mm的公称直径下，PE-X管的公称壁厚为1.9mm。5.2水力计算3水力计算的目的是确定加热管的管径和必需的压头（阻力损失）。本设计计算过程选用的供水温度为55；回水温度为45；温差为10；供回水的平均温度为50。以50作为水的定性温度查取水的物性参数15可知：水的密度55=985.44kg/m3；比热c=4.19kJ/(kgK)；水的运动粘滞系数=0.516510-6m/s。为了便于排除管内的空气，加热管内的热水流速不应小于0.25m/s。同时，加热管内流速应控制在0.250.5m/s之间，每一个环路的阻力不宜超过3104Pa。采暖系统的阻力由沿程阻力和局部阻力组成，局部阻力又由管路局部阻力和设备阻力(如分水器、集水器阻力)组成。通过单管的热媒流量为： (5.5)式中 G通过某根加热管的热媒流量（m3/h）； Q某根加热管所负担的热负荷（kW）； 热媒流过加热管的温降（）。5.2.1盘管管路的沿程阻力沿程阻力按下列计算： (5.6)单位长度的沿程阻力损失，也就是比摩阻R的计算公式为 (5.7)式中 沿程阻力损失（Pa）； 摩擦阻力系数； d管道内径（m）； 热媒水密度（kg/m3）； v加热盘管内热媒流速（m/s）。 L管段的长度（m） R比摩阻（Pa/m）由于塑料管内壁的粗糙度在0.0007m左右，内壁比较平滑，而每个盘管的水量基本在0.15-1.0m3/h之间，盘管的水力工况在水力光滑区内。其值按布拉修斯公式计算： (5.8)式中 雷诺数，； 流体运动黏滞系数，可取=0.5210-6m2/s5.2.1.1流量计算：=171.09kg/h=200.84kg/h5.2.1.2比摩阻计算：（1）左区：利用附录表B塑料管及铝塑复合管水力计算表，进行差值法，查表计算求得在60、流量171.09m3/h时，对应的比摩阻为76.02(Pa/m)，又由表C.0.2查出比摩阻修正系数，并通过下列公式进行修正。Rt=R a (5.9)式中 Rt热媒在设计温度和设计流量下的比摩阻（Pa/m）；R查表C.0.1 得到的比摩阻（Pa/m）；a比摩阻修正系数，取50时的系数为1.03。因此50时的比摩阻为76.021.03=78.30 Pa/m所以左区沿程阻力损失为 80.778.30=6318.86 Pa=6.32 kPa（2）右区：查表计算求得在60、流量200.84m3/h时，对应的比摩阻为99.15(Pa/m)，且50时的比摩阻为 99.151.03=102.12 Pa/m所以左区沿程阻力损失为94.1102.12=9609.92Pa=9.61 kPa因此左右沿程总阻力为6.32+9.61=15.93 kPa。5.1.2.3弯头局部阻力计算：根据水力计算手册16，局部水头损失的计算公式为 (5.10)式中 局部水头损失系数，由表查得90的急弯管的取值为0.99 相应管道断面平均流速以右区为例，右区流量为202.47m3/h，在塑料管及铝塑复合管水力计算表里差值法查得对应流速为0.30m/s，带入原公式，得m相比与管长为90.4m，该弯头局部水头损失可以忽略。5.2.2 局部阻力考虑到分、集水器和阀门等的局部阻力，盘管管路的总阻力可在沿程阻力的基础上附加10%-20%。一般盘管管路的阻力在20-50kPa之间。每套分（集）水盘管管路的总压力损失，不宜超过30kPa。5.2.3 总阻力由于弯头阻力忽略，加上阀门等阻力附加15%，盘管总阻力为15.931.15=18.32kPa，总阻力不大于30kPa，符合标准要求。6热源的选择6.1选择空气源热泵的依据空气能热泵热水器也称“空气源热泵热水器”、“热泵热水器”、“空气能热水器”等。空气能热泵热水器中的冷媒（R22、R417A等）把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，加热水温。空气源热泵热水器具有高效节能的特点，其节能效果是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍，是太阳能热水器的约2倍。热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）压缩冷凝（放出热量）节流再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。6.1.1耗能情况分析消耗能源平均效率所耗能量所需费用人员管理安全性环境影响热泵系统商用电450%9.04度8.1元无安全可靠无任何污染燃油锅炉轻柴油70%4.9千克24.5元专业人员漏油、火灾、爆炸等污染严重，一些大、中城市已禁止使用燃气锅炉液化气80%1.83立方25.5元专业人员漏气、火灾、爆炸等安全隐患有燃烧气体排放电锅炉商用电95%42.8度38.5元无电热管老化、漏电等危险无任何污染注1：设在相同条件下对1吨初始水温为20的生活热水进行加热，使水温升高到55。需热量：1000kg（55-20）1kcal/kg=35000kcal注2：能源价格表：商用电：0.9元/度，轻柴油：5元/公斤，液化气：14元/立方。6.1.2空气源热泵热水器的研究结论6.1选择空气源热泵的依据空气能热泵热水器中的冷媒（R22、R417A等）把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，加热水温。这种热水器（空气源热泵热水器）具有高效节能的特点，其节能效果是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍，是太阳能热水器的约2倍。空气源热泵热水器安全系数高。它没有易触电、易燃、易爆、易中毒等安全问题，是当今较为安全可靠的热水供应设备。空气源热泵热水器是利用太阳能、空气热能和电能三种干净能源，它在工作过程中不造成的环境污染，安装简便，维护成本低廉。但空气源热泵产品加热速度相对较慢；使用场所越大，一次性投入成本就越大；空气源热泵出水温度最高在60左右，会受极端天气影响。故此热泵的市场主要是长江以南及其附近地区。虽然空气源热泵有以上缺点，但是完全适应于本系统，本系统位于江南地区的杭州，并且属于低温地板辐射采暖，水温较低，不需超过加热水温限制，综合考虑使用空气源热泵是相当合适的。6.2热泵的选择根据以上计算得到的房间热负荷，选择新加坡纽恩泰（国际）科技发展有限公司生产的家用空气能热水器。6.2.1家用空气能热水器功能特点：纽恩泰家用空气能热水器水箱可安装在浴室、厨房、阳台、楼面、杂物间。外室主机可装于外墙、阳台、楼面，无须防雨。空调可放置于客厅。采用松下压缩机，进口内转子风机，加厚内螺纹铜管，进口304#不锈钢内胆，环保聚氨脂发泡保温，美国ATMEL主控芯片，外壳汽车金属漆。6.2.2家用分体式空气能热水器参数：表6.1 空气能热水器参数型号NERF50B/260额定制热量（W）6600w热水出水温度55额定输入功率1800w最大输入功率2500w最高出水温度70外形尺寸850X300X610mm净质量49kg使用电压220v使用频率50Hz额定电流8.6A接地要求10环境温度范围-845运行控制远程液晶控制水箱容量260L该空气能热泵制热量与盘管所需供热量之比为6600/5193.6=1.27；保留