地暖设计计算大纲

2/2地暖设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业地面辐射供暖、暖通空调、热工设计相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《辐射供暖供冷技术规程》（JGJ142-2012）《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）《民用建筑热工设计规范》（GB50176-2016）《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）《冷热水用聚丙烯管道系统》（GB/T18742-2017）《冷热水用交联聚乙烯管道系统》（GB/T18992-2015）《耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》（CJ/T175-2018）《建筑保温砂浆》（GB/T20623-2011）《挤塑聚苯板(XPS)保温板》（GB/T10801.2-2018）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年版）《工业设备及管道防腐蚀工程施工规范》（GB50726-2011）1.2适用范围本大纲适用于住宅、办公、商业、工业建筑的低温热水地板辐射供暖系统（地暖）的设计计算工作，涵盖常规混凝土填充式地暖、干式地暖、毛细管网地暖等各类结构形式，涵盖PE-RT、PE-X、PB、PPR等各类地暖管材，涵盖聚苯板、挤塑板、岩棉等各类保温材料，涵盖常规住宅采暖、大空间采暖、低温采暖等各类工况，可作为地暖设计阶段计算工作的统一指导框架，与其他采暖系统设计大纲形成完整的采暖供应系统设计体系，满足地暖20年设计寿命的全周期安全要求。二、基础设计参数计算2.1运行设计参数地暖的运行设计参数，是热工与水力计算的核心基础，取值规则如下：采暖设计参数：室内计算温度：单位℃，常规住宅卧室、起居室取20℃，卫生间取24℃，办公室取18℃，是所有计算的核心输入供水温度：单位℃，低温热水地暖的供水温度不应大于60℃，常规取值35~55℃，用于控制地面温度回水温度：单位℃，常规取值30\50℃，供回水温差宜取5\10℃，常规取5~8℃工作压力：单位MPa，地暖系统的工作压力不应大于0.8MPa，常规取0.3~0.6MPa系统流量：单位m³/(h・㎡)，常规每平米采暖面积的流量取0.02~0.05m³/(h・㎡)，用于水力计算环境设计参数：室外计算温度：单位℃，冬季采暖室外计算温度，按《民用建筑热工设计规范》取值，严寒地区取-20~-30℃，寒冷地区取-10\-20℃，夏热冬冷地区取0\-10℃环境温度：单位℃，常规计算取20℃，冬季最低计算温度取-20℃，用于防冻计算海拔高度：m，用于修正大气压力，高海拔地区需修正水的沸点与压力参数地震烈度：按《建筑抗震设计规范》确定场地的地震烈度，常规7度及以下地区需进行抗震验算，8度及以上地区需进行专项抗震设计2.2材料力学与热工参数地暖管材与保温材料的参数，是强度与热工计算的基础，核心参数及取值如下：地暖管材参数：PE-RT管材：20℃下的许用应力6.3MPa，弹性模量800MPa，热膨胀系数1.8×10⁻⁴/℃，导热系数0.4W/(m・℃)，长期使用温度≤70℃PE-X管材：20℃下的许用应力8.0MPa，弹性模量900MPa，热膨胀系数1.7×10⁻⁴/℃，导热系数0.35W/(m・℃)，长期使用温度≤90℃PB管材：20℃下的许用应力10.0MPa，弹性模量1600MPa，热膨胀系数1.3×10⁻⁴/℃，导热系数0.22W/(m・℃)，长期使用温度≤90℃PPR管材：20℃下的许用应力6.9MPa，弹性模量900MPa，热膨胀系数1.5×10⁻⁴/℃，导热系数0.24W/(m・℃)，长期使用温度≤70℃保温材料参数：挤塑聚苯板(XPS)：导热系数0.030W/(m・℃)，密度35kg/m³，抗压强度0.25MPa，长期使用温度≤70℃模塑聚苯板(EPS)：导热系数0.042W/(m・℃)，密度20kg/m³，抗压强度0.1MPa，长期使用温度≤70℃岩棉保温板：导热系数0.040W/(m・℃)，密度100kg/m³，抗压强度0.15MPa，长期使用温度≤600℃地面层材料参数：混凝土填充层：导热系数1.5W/(m・℃)，密度2400kg/m³，弹性模量3.0×10⁴MPa，热膨胀系数1.0×10⁻⁵/℃水泥砂浆找平层：导热系数0.93W/(m・℃)，密度1800kg/m³木地板面层：导热系数0.14W/(m・℃)，密度800kg/m³瓷砖面层：导热系数1.99W/(m・℃)，密度2000kg/m³2.3系统结构基础参数地暖系统的基础参数，是结构与热工计算的基础：地暖盘管参数：常规盘管规格：φ16×2.0mm，内径12mm，单位长度重量0.08kg/m，常规间距150~200mm大间距盘管规格：φ20×2.0mm，内径16mm，单位长度重量0.11kg/m，常规间距200~300mm毛细管网规格：φ4.3×0.8mm，内径2.7mm，单位长度重量0.01kg/m，常规间距10~20mm保温层参数：常规保温层厚度：20\50mm，常规住宅取20\30mm，楼下未采暖的房间取30~50mm边角保温条：厚度10mm，高度20mm，用于防止热桥填充层参数：常规填充层厚度：30~50mm，φ16管取30mm，φ20管取50mm干式地暖填充层：15~20mm，采用铝板导热层三、地暖作用与工况设计计算3.1房间热负荷计算房间的采暖热负荷，是地暖设计的核心输入，计算方法如下：房间热负荷标准值：

Q参数说明：Qh：房间总热负荷，Qwall：围护结构墙体的耗热量，W，Qwindow：窗户的耗热量，W，Qdoor：门的耗热量，W，Qroof：屋顶的耗热量，W，Qfloor：地面的耗热量，W，Qvent：通风换气的耗热量，W，K：围护结构的传热系数，W/(m²・℃)A：围护结构的面积，m²tn：室内计算温度，tw：室外计算温度，L：通风量，m³/hρ：空气密度，kg/m³，取1.2kg/m³cp：空气定压比热，kJ/(kg・℃)，取1.01kJ/(kg・地暖热负荷修正：

由于辐射采暖的舒适性更高，室内计算温度可降低2℃，或热负荷取常规对流采暖的90~95%：

Q热负荷分项系数：用于承载力极限状态的计算，取1.2。示例：某100㎡的住宅房间，室内温度20℃，室外温度-5℃，计算得到常规热负荷5000W，地暖修正后取0.95，Qh,radiant3.2地面热流计算地面的单位面积热流，是地面温度与散热的核心参数，计算方法如下：单位地面面积热流：

q=其中，地面的向上热流与向下热流：

q=参数说明：q：单位地面面积总热流，W/m²qup：向上的热流，用于房间采暖，qdown：向下的热流，向楼下的热损失，Af：房间的地面面积，常规要求：向上的热流不超过100W/m²，保证地面温度不会过高。示例：某100㎡的房间，热负荷4750W，单位热流q=4750/100=47.5W/m²，其中向上热流40W/m²，向下热流7.5W/m²，符合要求。3.3水力负荷计算系统的水力负荷，是循环泵选型的核心参数，计算方法如下：系统总流量：

G=参数说明：G：系统总流量，m³/hQh：系统总热负荷，cp：水的定压比热，kJ/(kg・℃)，取4.186kJ/(kg・ρ：水的密度，kg/m³，取1000kg/m³ΔT：供回水温差，℃，常规取示例：某100kW的地暖系统，供回水温差5℃，计算流量G=100/(4.186×1.0×5)≈4.78m³/h，符合常规地暖的流量范围。3.4工况组合计算承载力极限状态的工况组合，取最不利的组合：1.2×自重+1.2×热负荷1.2×自重+1.4×水压试验压力1.2×自重+1.3×地震荷载1.0×自重+1.0×满水试验压力取以上组合的最大值，作为主体元件与基础设计的控制荷载。规范依据：《辐射供暖供冷技术规程》（JGJ142-2012）第3章，《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）第5章四、主体元件截面设计计算4.1主体元件选型根据热负荷与工况，选择合适的主体元件：常规住宅地暖元件：盘管：采用φ16×2.0mm的PE-RT管材，间距150~200mm，满足常规热负荷的散热要求保温层：采用20~30mm的挤塑聚苯板，满足保温要求填充层：采用30~50mm的C15混凝土，满足地面强度要求大空间/高负荷地暖元件：盘管：采用φ20×2.0mm的PE-X管材，间距100~150mm，满足高负荷的散热要求保温层：采用30~50mm的挤塑聚苯板，满足保温要求填充层：采用50mm的C20混凝土，满足地面强度要求干式地暖元件：盘管：采用φ12×1.5mm的PE-RT管材，间距100~150mm，搭配铝板导热层保温层：采用20mm的挤塑聚苯板，满足保温要求填充层：采用15~20mm的干式保温板，减轻自重4.2保温层厚度计算保温层的厚度验算，保证向下的热损失不超过允许值，按下式计算：δ参数说明：δins：保温层的厚度，λins：保温材料的导热系数，W/(m・Tin：保温层上表面温度，℃，常规取Tout：保温层下表面温度，℃，楼下未采暖房间取qdown：允许的向下热损失，W/m²，常规取验算要求：计算得到的保温层厚度，保证向下的热损失不超过允许值，减少热量浪费。示例：某楼下未采暖的房间，保温材料为挤塑板，λ=0.03W/(m・℃)，允许向下热损失10W/m²，计算δins=0.03×(25-10)/10=0.045m=45mm，所以保温层厚度取4.3盘管间距计算盘管的间距，是保证散热与地面温度的核心参数，按下式计算：s=其中，单位长度盘管的散热量：

q参数说明：s：盘管的间距，mmqmax：房间的单位面积热负荷，do：盘管的外径，qtube：单位长度盘管的散热量，λcon：混凝土填充层的导热系数，W/(m・℃)，取1.5W/(m・ΔT：水与地面的平均温差，℃，常规取常规要求：盘管的间距不大于300mm，保证地面温度均匀。示例：某房间单位热负荷40W/m²，盘管φ16mm，计算得到间距s=200mm，符合常规住宅的盘管间距要求。4.4地面温度验算地面的表面温度，需要满足舒适性要求，防止烫伤，按下式计算：t参数说明：tp,j：地表面平均温度，tn：室内计算温度，qup：单位地面面积向上供热量，验算要求：人员长期停留区域：t人员短期停留区域：t卫生间等区域：t示例：某房间室内温度20℃，向上热流40W/m²，计算tp,j=20+9.82×(0.4)4.5盘管强度与稳定计算地暖盘管的强度验算，保证在工作压力下不会破裂，按下式计算：σ=参数说明：σ：盘管的计算应力，MPapc：计算内压，MPa，常规取dn：盘管的内径，δ：盘管的名义壁厚，mmϕ：焊缝系数，塑料盘管取1.0[σ]：材料的许用应力，MPa验算要求：计算得到的应力不大于材料的许用应力，保证盘管的强度满足要求。示例：某φ16×2.0的PE-RT盘管，工作压力0.6MPa，计算σ=(0.6×(12+2))/(2×2×1.0)=2.1MPa，小于PE-RT的许用应力6.3MPa，满足强度要求。4.6盘管水力阻力计算盘管的水力阻力，是水力平衡的核心参数，按下式计算：沿程阻力：

Δ局部阻力：

Δ总阻力：

Δ参数说明：ΔPfλ：沿程阻力系数，塑料盘管取0.02~0.03L：盘管的长度，md：盘管的内径，mρ：水的密度，kg/m³，取1000kg/m³v：管内流速，m/s，常规取0.25~0.8m/sξ：局部阻力系数，常规取0.5~1.0常规要求：单个环路的阻力不大于30kPa，保证水力平衡。示例：某φ16的盘管，管长80m，流速0.4m/s，计算沿程阻力ΔPf=0.02×(80/0.012)×(1000×0.4²/2)≈10666Pa≈10.7kPa，局部阻力2kPa，总阻力12.7kPa规范依据：《辐射供暖供冷技术规程》（JGJ142-2012）第5章，《冷热水用聚丙烯管道系统》（GB/T18742-2017）第4章五、连接节点设计计算5.1连接节点选型根据荷载与工况，选择合适的连接节点：热熔连接：适用于PPR、PE-RT管材的连接，适用于工厂预制与现场安装的节点，连接强度高，密封性好电熔连接：适用于PE、PE-RT管材的连接，适用于大管径、现场安装的节点，连接可靠性高卡压连接：适用于不锈钢、铜管材的连接，适用于可拆卸的节点，安装方便分集水器连接：适用于各环路与主管道的连接，适用于分室温控的节点，方便调节与检修5.2热熔连接强度计算热熔连接的强度验算，保证连接的强度不低于管材本身，按下式计算：τ=参数说明：τ：连接面的剪应力，MPaN：连接面的受力，N，包括内压的拉力与热膨胀的力A：连接面的面积，mm²ft：热熔连接的许用剪应力，MPa，PE-RT的热熔连接取验算要求：连接面的剪应力不大于许用应力，保证连接不会断裂。示例：某φ16的PE-RT管，热熔连接长度10mm，受力1000N，计算τ=1000/(3.14×16×10)≈2.0MPa，小于5.0MPa，满足要求。5.3热膨胀伸缩节计算地暖盘管的热膨胀量，需要设置伸缩节来吸收，按下式计算：Δ参数说明：ΔL：热膨胀量，α：管材的热膨胀系数，/℃，PE-RT取1.8×10⁻⁴/℃L：直管段的长度，mΔT：温度变化量，℃，常规取常规要求：当直管段长度超过6m时，需要设置伸缩节，吸收热膨胀量，防止管道变形。示例：某10m的PE-RT直管段，温度变化30℃，计算ΔL=1.8×10-45.4分集水器节点计算分集水器的节点，需要保证各环路的流量分配，按下式计算：分集水器的流速：

v=参数说明：v：分集水器内的流速，m/s，常规取0.5~1.0m/sG：分集水器的总流量，m³/sD：分集水器的内径，m常规要求：分集水器的流速不大于1.5m/s，防止过大的阻力。示例：某分集水器，总流量5m³/h，内径50mm，计算v=4×(5/3600)/(3.14×0.05²)≈0.71m/s，符合要求。规范依据：《辐射供暖供冷技术规程》（JGJ142-2012）第6章，《冷热水用交联聚乙烯管道系统》（GB/T18992-2015）第5章六、地暖基础与基层设计计算6.1基层选型根据场地条件，选择合适的基层形式：混凝土楼板基层：适用于常规住宅、办公楼，承载力高，适用于常规地暖钢结构楼板基层：适用于钢结构建筑，自重轻，需要采用轻质的干式地暖架空地面基层：适用于旧房改造、管线较多的场地，方便管线安装6.2楼板承载力计算地暖系统的自重，需要验算楼板的承载力，按下式计算：p参数说明：pk：楼板的面压力，Fk：地暖系统的自重，kN，常规地暖的自重：混凝土填充层+保温层+管材，常规取Gk：楼板的自重，A：楼板的面积，m²fak：楼板的承载力特征值，kN/m²，常规住宅楼板取验算要求：楼板的面压力不大于楼板的承载力，保证楼板不会发生破坏。示例：某常规地暖，自重0.8kN/m²，楼板承载力2.0kN/m²，计算pk=0.8kN/m²，小于6.3基层平整度计算基层的平整度，是保证保温层与填充层施工质量的核心，按下式计算：Δ参数说明：Δh：2m范围内的高度差，常规要求：基层的平整度不大于2mm/2m，保证保温层的铺设平整，防止填充层开裂。6.4基层防潮验算基层的防潮，防止地下的潮气进入保温层，按下式计算：w≤0.5参数说明：w：基层的含水率，%常规要求：基层的含水率不大于0.5%，需要设置防潮层，PE膜厚度0.2mm，防止潮气进入保温层，影响保温效果。规范依据：《建筑地面设计规范》（GB50037-2013）第4章七、专项设计计算7.1水力平衡专项设计地暖系统的水力平衡，是保证各环路流量均匀的核心，按下式计算：水力不平衡率：

β=参数说明：β：水力不平衡率ΔPmaxΔPmin验算要求：水力不平衡率不大于15%，保证各环路的流量均匀，防止有的房间过热、有的过冷。示例：某系统，最不利环路阻力15kPa，最有利环路13kPa，计算β=(15-13)/15≈13.3，小于15%，满足水力平衡要求。7.2防冻专项设计冬季的防冻，是地暖系统的核心安全要求，按下式计算：防冻循环流量：

G参数说明：Ganti：防冻循环流量，Qloss：系统的热损失，ΔT：允许的水温降，℃，常规取常规要求：冬季停电时，需要启动应急电源，进行防冻循环，或者添加防冻液，防止管道冻裂。7.3排气专项设计地暖系统的排气，防止气堵，按下式计算：排气量：

V参数说明：Vgas：水中析出的气体体积，Vwater：系统的水体积，常规要求：系统需要设置自动排气阀，每个环路的最高点设置排气阀，保证气体能够排出，防止气堵影响循环。7.4温度均匀性专项设计地面的温度均匀性，防止局部过热，按下式计算：Δ参数说明：Δtmax验算要求：地面的最大温差不大于2℃，保证舒适性，防止局部过热。规范依据：《辐射供暖供冷技术规程》（JGJ142-2012）第7章八、腐蚀与防腐裕量计算8.1管材腐蚀裕量计算地暖管材的腐蚀裕量，因为水中的腐蚀成分，需要预留腐蚀裕量，按下式计算：C=参数说明：C：腐蚀裕量，mmvc：腐蚀速率，mm/a，常规PE-RT管材的腐蚀速率取0.001mm/at：设计寿命，20年常规取值：常规工况的腐蚀裕量取0.02mm，因为塑料管材的腐蚀速率很低，所以裕量很小。8.2分集水器腐蚀裕量计算分集水器的腐蚀裕量，因为水的腐蚀，需要预留腐蚀裕量，按下式计算：C参数说明：Cbrass：分集水器的腐蚀裕量，vc,brass：铜分集水器的腐蚀速率，mm/a，常规取t：设计寿命，20年常规取值：铜分集水器的腐蚀裕量取0.2mm，保证20年的服役期内，分集水器不会腐蚀穿孔。8.3保温层防腐计算保温层的防腐，防止保温层吸水、发霉，按下式计算：w参数说明：wwater：保温层的含水率，常规要求：保温层需要设置防潮层，防止吸水，保证保温效果，防止腐蚀。8.4防腐寿命验算防腐层的寿命，满足：t保证防腐层的寿命不小于20年，不需要在服役期内重新防腐。规范依据：《工业设备及管道防腐蚀工程施工规范》（GB50726-2011）第4.3条九、特殊工况设计计算9.1启动工况设计计算启动工况是冷态启动，温度变化大，需要计算升温速度，防止地面开裂，按下式计算：dT参数说明：dT/dt：升温速度，℃/h启动时需要控制升温速度不超过1℃/h，保证填充层的温度均匀，防止热应力过大导致开裂。示例：启动时，初始水温10℃，目标水温45℃，需要的时间为(4