热水地面辐射供暖系统设计中的几个问题1Word下载.docx
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2.1 算法一:
欧洲算法
该算法是建立在欧洲标准EN1264:
《地面供暖系统与部件》(Floorheatingsystemsandcomponents)基础上的,德国、英国等欧洲国家均采用此算法。
该算法简述如下:
2.1.1 假设条件:
(1)单位地面散热量满足下列关系:
q=8.92(θpj-θi)1.1
(2)当地面无覆盖层(覆盖层热阻Rλ,B=0)时,通过地板向下传热的损失假定为10%。
2.1.2 单位地面面积散热量q采用下式计算:
=
其中:
对数平均温差△θH。
θv----供水温度℃
θR----回水温度℃
θi---室内空气温度℃
:
填充层修正系数;
管间距修正系数;
覆盖层修正系数;
:
管外径修正系数;
=1-T/0.075(0.05m≤T≤0.375m)T:
管间距m
=100(0.045-su)(su≥0.015m)Su:
加热管上部覆盖层厚度m
=250(D-0.020)(0.010m≤D≤0.030m)D:
加热管外径m
当管间距T>
0.375m时,q可近似按下式修正:
q=q0.375*0.375/T
上述修正系数可根据地面的实际结构(面层材料、加热管规格及间距、填充层厚度等)由相应表格中查得。
2.2 算法二:
ASHREA手册算法
不同于欧洲算法,该算法是建立在基本传热公式基础上的。
2000年ASHRAE手册中给出了加热管外表面平均温度以及管内平均水温的公式,可用于地面辐射供暖的设计计算。
地面辐射供暖系统热水平均温度可按以下公式计算:
式中:
q—单位平板面积的散热量,W/m2
qb—平板背面传热损失(四周的热损失忽略不计),W/m2
M—管间距,m
rt—管壁热阻,m.k/W
(如果是电缆,rt=0;
若是金属管,rt≈1/h.Di)
td—加热管表面平均温度,℃
ta—室内空气温度,℃
tp—地面的表面平均温度,℃
2W—管间净距,M-Do,m
η—肋片效率,该值与地板结构及相应热阻有关,可通过计算获得。
Do—管外径,m
rp—平板热阻,
rs—管与板的接触热阻,m.k/W,对于埋地管道rs=0
rc—地板面层热阻,m2.k/W
从上述公式中的各影响参数可见,该方法既适用于地面供暖同时也适用于各种形式的平板供冷与供热(包括发热电缆)。
设计者可对任意形式的辐射供冷(供热)系统进行设计计算,对平板背面传热损失无任何限制,可根据绝热层实际导热系数及厚度经计算确定。
2.3 两种算法计算结果的比较
2.3.1 算例及其计算结果
算例:
De20×
2(外径x壁厚)的PE-X管,30mm厚聚苯乙烯泡沫塑料保温层(其热阻值满足欧洲算法的假设条件
(2)之求),填充层厚度60mm,设计室温18℃,加热管间距250mm,计算单位地面面积散热量及向下传热损失。
(1)热媒平均温度为45℃时,单位地面面积散热量及向下传热损失如表2.3.1-1:
表2.3.1-1
地面层热阻
(m2.K/W)
算法
单位地面面积散热量Qu
(W/m2)
向下传热损失Qd
Qd/Qu(%)
0.02
算法一
110.2
未知
算法二
140
25.9
18.5
0.15
66.8
摘本文介绍了目前常用的两种地面辐射供暖系统的设计计算方法,并对其计算结果进行了比较。
通过对算例的实
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80.7
27.6
34.2
(2)地面层热阻为0.02(m2.K/W)时,单位地面面积散热量及向下传热损失如表2.3.1-2:
表2.3.1-2
热媒平均温度
(℃)
45
35
69.1
83.1
17.2
20.7
2.3.2 计算结果分析
(1)由表2.3.1-1、表2.3.1-2可见,算法一计算结果均小于算法二,前者平均为后者的80%。
说明两种算法,由于其计算方法不同,其计算结果相差较大。
同样条件下,算法一计算结果小,说明算法一安全系数比较大。
(2)由表2.3.1-1、表2.3.1-2可见,在30mm厚聚苯乙烯泡沫塑料保温层的条件下,向下传热损失已接近地面散热量的20%,且其值随着面层热阻的增加、水温的降低而增加。
说明地面辐射供暖系统设计计算时,向下传热损失量是不可忽视的,应加以考虑。
2.4 综合分析,
2.4.1 与算法一相比,算法二通用性好,适用于任何形式的平板辐射供暖(供冷)系统的计算,对所计算系统无假设条件限制,而且可同时计算向下传热损失。
就计算方法本身而言,算法二是目前相对比较完善的方法。
2.4.2 鉴于国内地面辐射供暖系统的实际应用普遍存在过热现象分析,一方面是由于系统缺乏控制,同时设计富裕量过大也是导致过热现象的主原因。
算法二的计算结果应更符合实际。
3关于户内系统阻力损失
通常地面辐射供暖系统的阻力损失大于散热器采暖系统,究竟大多少?
局部阻力与沿程阻力的比例如何?
这是设计人员普遍关心的问题。
下面将通过实际计算,分析地面辐射供暖系统的阻力损失。
3.1 算例:
房间地面面积30m2,假定单位热负荷为70W/m2、供回水温差10℃,则该房间热负荷为2100W,热媒流量为180.6kg/h。
以De20×
2的PE-X管为例,假定加热管间距200mm。
(1)沿程阻力损失⊿Pl
假定房间可敷设加热管的地面面积22m2,若不考虑弯头部分的差别,管长可按下式计算:
L=A/T
L-----加热管管长m
A-----敷设加热管的地面面积m2
T------加热管间距mm
经计算,加热管长度为110米,假设分、集水器到房间的加热管长度(供回)为10米,则加热管总长度为120米。
由塑料管水力计算表可查得,此时热媒流速υ为0.25m/s、沿程比摩阻为85.86(Pa/m),则沿程阻力⊿Pl为46.7x120=10303(Pa)。
(2)局部阻力损失⊿Pj
按上述条件,加热管布置形式可如图3.1所示。
图3.1
由图3.1可计算.房间内有900弯头38个。
表3.1局部阻力系数汇总表
管路附件
局部阻力系数ξ①
个数
局部阻力系数之和∑ξ
备注
900弯头
0.5
46
23
假设房间至分集水器有900弯头有8个
突然扩大
1.0
1
突然缩小
压紧螺母连接件
1.5
2
3
供回水阀门
Y型除污器
2.2
合计
30.7
注①引自俄罗斯1999年出版的设计与施工规范《采用交联铝塑复合管供暖系统的设计与安装》
局部阻力可按下式计算:
⊿Pj=∑ξ.ρυ2/2Pa
式中∑ξ―――局部阻力系数之和∑ξ=30.7
ρ—――水的密度(㎏/m3);
ρ=1000
υ—――水的流速(m/s);
υ=0.25
局部阻力⊿Pj=959Pa
(3)户内系统总阻力损失⊿P
⊿P=⊿Pl⊿Pj=11262Pa
局部阻力⊿Pj占系统总阻力损失⊿P的8.5%。
若考虑恒温阀(一般压降为10-20kPa)、热量表(一般压降为10-15kPa),则系统总阻力损失可达到30-50kPa。
4结束语
(1)地面辐射供暖系统因舒适性的求,供水温度及供回水温差均小于散热器采暖系统,同等供热条件下,其系统流量为散热器系统的2-3倍。
因此,选用更符合实际的设计计算方法,从设计上避免系统过热想象,对降低地面辐射供暖系统的综合费用,减少其初投资是非常必的。
(2)地面辐射供暖系统户内系统总阻力损失应在10kPa左右。
若考虑恒温阀.、热量表.,则系统总阻力损失可达到30-50kPa。
本文计算工况偏于不利工况,对面积较小或热负荷较小的房间,其对应环路的阻力损失相应也小,适当增加户内系统总阻力损失,利于变流量系统的调节与稳定。
(3)仅就加热管的阻力损失而言,其局部阻力占户内系统总阻力损失的比例不超过10%。
参考文献:
(1)ASHRAEHandbook2000HVACSystemsandEquipment中第六章Panelheatingandcooling
(2)BSEN1264Floorheating—systemsandcomponents
(3)俄罗斯1999年出版的设计与施工规范《采用交联铝塑复合管供暖系统的设计与安装》