低温热水地板辐射供暖毕业设计.docx
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低温热水地板辐射供暖毕业设计
摘要
该工程为一栋26层商住俩用高层建筑的供热工程设计。
该系统设计的主要内容是建筑维护结构耗热量的计算，采暖系统以及热水系统方案的选择与确定，换热站计算等。
通过CAD制图，指出最为合适的方案，然后进行相关的设计计算，务必使本设计达到一定的宽度和深度。
关键词：
建筑围护结构耗热量、水力计算、地暖管道
Abstract
Theprojectfora26floorresidentialwithtwohigh-risebuildingheatingengineeringdesign.Thedesignofthesystemisthemaincontentoftheconstructionofthemaintenanceofthestructurecalculationofheatconsumption,heatingsystemandhotwatersystemplanthechoiceandthedetermination,heattransfercalculation.ThroughtheCADdrawing,pointsoutthemostsuitablesolution,thentherelateddesigncalculation,makesurethatthedesignreachesacertainwidthanddepth.
Keywords:
buildingenvelopeheatloss,hydrauliccalculations,towarmthepipe
1绪论
1.1低温热水地板辐射供暖的发展历程
建筑是人们生活和工作的场所。
现代人类大约有五分之四的时间在建筑物中度过。
长久以来，人们都渴望有温暖舒适的环境供居住和工作。
在远古时代，人类的祖先借山洞栖息，躲避风雨严寒。
随着国民经济和工农业生产的迅速发展及人民生活水平的不断提高，人们开始有能力建造房屋，为自己寻找更安全可靠的庇护之所。
但是仅有一个处所仍是不够的，人们还希望自己的家冬暖夏凉，方便地用到水、电等生活设施。
目前，在我们居住的城市，绝大部分地区都可以享受到良好的水电暖服务。
这些设备和条件为日常生活提供了很大方便，使我们能在一个舒适的环境中度过愉快的时光。
就我国目前的情况来看，在东北、西北、华北地区，大部分民用建筑和工业企业都装设了供暖设备和集中供热系统，许多城镇实现了集中供热。
因此，能源的消耗量在不断增加，能源紧缺的问题也日益严重。
所以我国已经把能源与环境保护列入发展国民经济的战略重点。
供热工程的设计、生产、施工、运行管理工作，经过数十年广大暖通技术工作者的共同努力，在学习国外先进技术的同时，结合我国国情，逐步完成了相关的设计、生产、施工、管理、检测等规范文件，积累了丰富的经验。
1.1.1低温热水地板辐射供暖的过去
低温热水地板辐射供暖（即地暖）是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统。
它以低温热水为热媒，通过埋设在地板内的塑料管把地板加热，以整个地面作为散热面，均匀的向室内辐射热量，是一种对房间微气候进行调节的节能采暖系统。
低温热水地板辐射供暖起源于北美、北欧的发达国家，该技术在欧洲已有多年的使用和发展历史。
在欧洲和北美等地区，其家庭或宾馆等场所至今仍以散热器式采暖为主。
各式散热器可谓花样朵朵，在我国市场也有多见；而地板辐射、顶棚辐射采暖等也均有应用。
其中，顶棚辐射为加热盘管镶嵌覆盖式，并非直埋式。
所谓镶嵌覆盖式，是指将加热盘管铺设固定在保温模板或水泥板上，不加水泥砂浆封盖，仅在其上加骨架支撑后，便覆盖装饰板面；而直埋式是指将加热盘管固定在水泥地板或保温板上，先用水泥细石砂浆直接填埋找平，再铺设需要的装饰板面。
韩国是采用直埋式地板采暖系统最具代表性的国家。
在韩国，早期是采用砖砌的通道靠烟气加热，在我国通常称之为“火坑”。
而后发展至以铜管输热水取暖，完成了从“火坑”向低温热水底本辐射采暖的转变。
约在上个世纪70年代末至80年代初，韩国从欧洲引进了PE-X管材的挤出工艺制造技术，开始以PE-X管逐渐取代铜管。
这并非因为铜管不适合地板采暖，从其耐热、机械强度、抗腐蚀等性能方面，铜管均优于塑料管，主要从节约铜资源和能源的角度考虑而取而代之。
相继于80年代末至90年代初，在引进PP-B、PP-R管材制造技术后，又逐渐以PP-B管取代PE-X管，用于大面积新建的楼宇民宅。
从80年代起，中国东北的吉林延边鲜族聚居的地区，逐渐推广应用了这种直埋式的地板辐射的采暖方式。
由于它的舒适、节能、节约空间等优良特性，从最初的东北地区逐渐发展到全国的三北地区、黄河俩岸。
用于该采暖系统的热水承压管材，从最初的PP-B，发展到现在的PP-R、PE-X、交联PE铝塑复合管、PB、PE-RT管。
而其中的PE-X管材，由硅烷交联乙烯（PE-Xb）挤出工艺，又延伸至过氧化物交联聚乙烯（PE-Xa）柱塞式工艺。
当前，犹如春秋战国时期的多国混战，已形成多种管材，相互激烈竞争的局面。
其中PE-X特别是PE-Xa，由于种种原因，在当前地板采暖系统应用中，大有一统天下诸侯之势。
1.1.2低温热水地板辐射供暖的现状
由于我国资源紧缺以及环境污染问题的日益凸现，国家对能源政策进行了调整，不少地区已经开始实施电费“分时计价”，并鼓励用户使用可再生能源，目前我国集中供热的燃料大多是煤炭，其对大气的污染可想而知，而近几年国内流行使用燃气挂壁炉来提供低温热水，在一定程度上把烟气分散到城市的各个角落，加剧了居住环境的污染，鉴于这些原因，一些学者开始从事太阳能、空气源热泵、地源热泵联合运行等技术在低温热水地板辐射采暖系统上的应用研究。
随着地板采暖技术的发展，传统的湿式地板采暖也曝露出诸多问题，如由于保温层混凝土施工不合格，长期受热，而引起混凝土开裂现象；此外，湿式系统的地面重量较大，加上地面承重不均匀，很容易造成绝热层苯板受压变形，导致地面变形等问题。
从2000年起，我国地暖安装面积年增长率高达60%以上，到2005年，采暖安装面积已突破5000万平方米。
地板采暖采用温度低于60摄氏度的低温热水为热媒，因此有人建议采用散热器回水作为地暖热媒。
这种方法在理论上能够实现，但在实际施工过程中存在问题。
散热器采暖供回水温差一般在25摄氏度左右，如果将回水作为地板采暖热媒，则回水温度将降到60摄氏度以下，这将产生供回水温差变大，流量减少，扬程增加，管径减小，流速加快，压降增大，压差增大，流量增大，水力失调严重等一系列问题。
此外，采用串联系统，还易造成水质交叉污染，对地暖管道造成堵塞、腐蚀老化等问题。
1.1.3低温热水地板辐射供暖的发展前景
低温热水地板辐射采暖系统的主要优点：
1. 节约能源，减少环境污染
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@在相同的舒适度条件下，低温热水地板辐射采暖的室内设计温度要比散热器采暖的室内5Q$~!
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b设计温度低1-2℃。
在通常情况下，住宅室内采暖温度每降低1℃，可以节约燃料10%。
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z'w&w（[2|.L5t.H3Y低温热水地板辐射供暖供水温度较低（一般不超过60℃），因此热水加热时消耗的热量。
）R（L;C,G5z3{/Y4B以及管网传送热水时的消耗较少。
比传统的采暖方式节能20%-30%2\,T5c!
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2. 室内热舒适性好，卫生保健
低温热水地板辐射采暖提高了室内平均辐射温度，室内地表温度均匀，室温自下而上递减给人以脚暖头凉的良好感觉，符合了“温足凉顶”的中医健身理论，能改善人体血液循环，促进人体新陈代谢；同时，这种供暖方式不易造成空气对流，减少了室内因对流所产生的尘埃飞扬及沉积，可减少室内空气的二次污染，消除了散热器和管道积沉对室内微气候的影响，从而改善室内空气品质。
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2^9A5Y,a0e&p3. 初投资不高，维护费用低
0@"u#A（S3W#p随着化学建材的研究水平和生产水平的迅速发展，使得地板采暖系统的初投资已经低于中档散热器系统。
由于地板采暖系统属隐蔽工程，只要设计合理、施工得当，管材质量有所保证，后期几乎不需要什么维修，自然维护费用极低。
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3\5[9l8V#S0k3g2h5o4. 提高了房间的使用面积
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U室内取消了散热器和立、支管，使室内使用面积提高5%-10%[6]，同时便于室内装修时家具的布置。
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5. 保温隔音，使用寿命长
地板采暖系统的填充层厚度约为60mm，不仅有较强的蓄热功能，还可以大大减少上层对下层的噪音干扰。
在使用寿命方面，由于腐蚀等因素的存在，传统供热设备的寿命通常不超过20年，而地板采暖系统的加热管埋入地面的混凝土中，如无人为破坏，使用寿命均在50年以上。
8l8z.F$[2P$B#@）w6. 便于分户热计量的实现和实施智能控制
地板采暖是一种独立采暖方式，每户可自成一个闭合环路，既能满足计量要求，又具有调控室内温度的功能，是一种适于热计算表计量方法的供热系统。
使用智能温控器，能随着室外温度的变化，按照室内的温度自动调节供热，实现智能控制。
低温热水地板辐射采暖系统具备传统采暖方式所不具备的优点，已成为一种较好的采暖方式，1999年被建设部列为先进技术予以大力推广。
以上优势不仅促进了地板辐射采暖系统的广泛应用，其节能的特点更是赋予了地板辐射采暖系统巨大的发展潜力—利用太阳能和地热资源：
太阳能集热器（太阳能热水器）是众所周知的太阳能利用装置，而地热资源就稍嫌生僻了。
地热资源简单的说就是埋藏在地下的恒温水（多为热水）。
根据地热水温度的高低，地热资源分为高温＞150℃、中温150℃—90℃和低温＜90℃三种。
我国地热资源以30℃—120℃的中低温地热资源多，热储层位多，埋藏较深，地热资源储量仅次于美国，居世界第二位。
可以看出，无论是太阳能还是地热资源，其供应的热媒温度多不高，虽不适合传统的散热器系统，却非常适合地板辐射采暖。
一旦太阳能和地热利用技术成熟，进而和地板辐射采暖广泛结合应用，其带来的不仅仅是运行成本降低和能源的节约，广泛而深远的社会效应将无法估量。
节能不单是运行成本降低，在初期投入上同样有所体现。
就目前的状况来看，地板辐射采暖锁广泛采用的PE-RT塑料管每米的价格要低于相同管径焊接钢管60%以上。
随着塑料工业的飞速发展，高柔韧性、抗老化、耐高温、耐高压的新型塑料管材的不断面市，必将导致塑料制品与钢铁制品的价格差距相继拉大，传统的散热器采暖系统将逐步退出历史的舞台。
地板辐射采暖系统不但可以供热还可以供冷。
有资料显示，当管道内通以冷媒时，以地面温度与室温温差差5℃计算，采用地板供冷时室内空气温度应低于30℃的保证率，北京为92%，济南为89%，南京为66%。
采用地板供冷系统后，房间维护结构温度降低，人体辐射散热量增大，人体的实际感受温度会比室内实际空气温度降低2℃，所以室内空气温度30℃是相当于采用传统空调方案时房间温度为28℃.
地板供冷系统的优点还可以体现在以下几个方面：
为冬季供暖、夏季供冷的居住建筑提供了又一种可能的末端系统形式，改变了住宅建筑内只能靠送风降温的情况。
扩大了地板供冷（暖）系统的使用地域，使其可应用于长江中、下游等冬冷夏热地区，也使置换通风这一舒适、节能的系统可在住宅建筑中得到广泛推广。
不存在空调病的问题，地板供冷系统以辐射换热为主，更好地符合人体散热的特定：
置换通风系统送风速度低于0.5m/s，送风量小，吹风风险值为零，避免了人在睡眠当中因吹风引起的种种不适。
提供稳定的房间温度，冷却地板可根据室内负荷在一定的范围内调节供水温度，从而使提供的制冷量在一定范围内可随着室内负荷的变化而变化，当房间负荷减小是，其提供的冷量也小，当房间负荷变大事，其提供的冷量也相应的增大，冷却地板的这一特点使得房间的温度比较稳定。
另外，地板供冷系统首先冷却房间维护结构，蓄冷量较大，短时间的开门或开窗对室内温度基本无影响。
全新风的空调系统风管截面积大、占用建筑空间打，有时还与建筑的梁相碰，难于布置，为此采用地板供冷可避免这一问题，而置换通风系统传送最小新风量，设备尺寸较小，同时置换通风器的布置比较灵活，可以设计为1/4圆柱靠墙角布置，也可以设计为1/2圆柱贴墙布置等方式。
由于地板供冷使用的水温高于常规空调系统，为蒸发冷却、深井水地热（冷）等节能冷源的使用提供了条件，同时热泵/制冷机蒸发温度的提供增大了其制冷系数，提高了效率，为家用热泵/制冷机等设备的开发利用提供了潜在市场。
随着相关法律、法规出台，政府有关部门、业主、厂家、设计单位等各方面对于低温热水地板辐射采暖（供冷）系统的性趣与日俱增，必将促进相关技术加快成熟，降低建设成本，扩大使用地域，也将进一步推动低温热水地板辐射采暖系统的发展。
2采暖系统的选择与确定
新型采暖方式如何选择是一个至关重要地问题。
按照供暖对象划分，供暖方式多种多样，如独立式分户供暖、地板辐射供暖、热电膜供暖、家庭中央空调采暖等。
供暖方式到底选择哪一种更好，需要进行经济技术比较和运行管理、环境效益等方面的分析。
任何一种供暖方式都不可能是十全十美的，都有各自的特点。
2.1几种采暖方式的简单比较
2.1.1集中式供暖
1、原理
以城市热网、区域热网或较大规模的集中供暖为热源的方式，在目前以至今后一段时期内将仍是城市住宅供暖方式的主要方式。
2、优点
（1）技术比较成熟，安全、可靠，使用方便，价格便宜；
（2）每天24小时供暖。
3、缺点
（1）供暖的时间和温度不能自己控制，供暖舒适度较差；
（2）散热片不美观、占空间，影响装修效果；
（3）收费难是无法解决的最大问题，特别是新小区因为入住率低而无法供；
（4）散热片取暖，一般出水温度在70摄氏度以上，但温度达到80摄氏度时就会产灰尘团，使暖气上方的墙面不满灰尘；
（5）供暖期前后无热源，供暖收费逐年升高；
（6）供暖管网设施必须长期维护，修理和更换。
2.1.2地板辐射式采暖
1、原理
低温辐射地板采暖是通过埋设于地板下的加热管，把地板表面温度加热到18至32摄氏度，均与地向室内辐射热量而达到采暖效果。
地板辐射采暖可由小区集中供热或发电厂余热供暖，独立式燃气、燃油、电锅炉供暖，发热电缆供暖等方式提供热源。
2、优点
（1）提高室内空气质量使用地暖时，室内空气流速小，减小了空气中的扬尘和浮游病菌，保持了较好空气清洁度；
（2）地暖将使地面温度均匀加热，室温自下而上逐渐递减，室内温度变化缓慢，能较好保持温度均衡，在20℃时停电停水，室内温度在24小时内仍可保持18℃，使人不会有忽冷忽热的感觉；
（3）不占室内使用面积。
由于使用地暖，管道全部埋在垫板以下，取消了居室暖气片及支立管，增加使用面积约2%-3%，便于室内装修和家具、电器用品的布置，又可节省装修费用，更不会影响装修效果，并且有利于隔声和降低楼板撞击声；
（4）使用方便节能。
幅度大的地暖能够随意调温，方便业主设置合适的室内温度。
相比传统的取暖方式，地暖方式能够降低10%-20%左右的能耗。
地暖的使用寿命在50年以上，节约的采暖费非常可观。
3、缺点
（1）地暖可维修性差。
由于地暖属隐蔽性工程，不易维修，装修时要选择耐压耐温耐腐蚀，热稳定性能好的高科技环保管材。
铺设木地板会有干裂的麻烦，最好选用复合地板、地砖或大理石；
（2）不便于二次装修。
由于地暖的管道都铺设在地下，二次装修改造地面时，容易损坏地下管道，并且，地板上不宜铺设地毯之类的装饰品，否则容易影响采暖效果。
设定温度不能太高，否则将大大降低输送管道的使用寿命。
卫生间使用受限，由于地暖的送热管道比较复杂，出于防水考虑，卫生间不能使用地暖。
采用地暖的家庭，在装修时，卫生间需要单独装修，借助其他取暖方式，比如电暖气等，这就导致了装修时工序比较麻烦；
（3）而且对层高有8厘米左右的占用。
4、运行费用：
一个采暖季节每平方米大约需要14元（18℃情况下）。
2.1.3家用电锅炉
1、原理
采用电能供暖。
2、优点
（1）占地面积小，安装简单，操作便利；
（2）采暖的同时也能提供生活热水；
（3）舒适性高，适合面积较大的低密度住宅和别墅；
（4）最先进之处在于具有多种时段、不同温控预设功能。
3、缺点
（1）前期投入较大，运行费用较高，该产品不太适合利用低谷点蓄热供暖；
（2）一旦停电整个系统停止运行。
4、运行费用
以100平方米居室为例，一个取暖季的基本运行费用在3000元-5000元。
2.1.4地热膜采暖
1、原理
低温辐射电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，由可导电的特制油墨、金属载流条经印刷、热压在两层绝缘聚脂薄膜间制成的一种特殊的加热产品。
低温辐射电热膜供暖是一种电热辐射供暖方式，它以电力为能源，以电热膜为发热体，将大部分热量以辐射形式送入房间，使墙壁、家具升温，然后再通过对流换热加热室内空气，并通过独立的温控装置使其具有恒温可调、经济舒适等特点。
2、优点
（1）户内无暖气片，房间使用面积可增加2%到3%，便于装修和摆放家具；
（2）一般不需要装修；
（3）属清洁能源，无污染；
（4）可用温控器调节室温；
（5）没有传统采暖的燥热感，温度均匀。
3、缺点
（1）电热膜升温慢，一般需要1到1.5小时才能达到18摄氏度左右；
（2）系统安装要与装修同步，且不能在顶棚上钉钉子、钻孔等；
（3）电能供应不畅、不稳或电费标准太高的小区不宜采用。
4、运行费用
一个供暖季的费用为1920元到2400元之间。
2.1.5家用中央空调系统
1、原理
采用市政电或天然气，通过出风口提供热源供暖。
2、优点
（1）档次高、外形好、舒适度高；
（2）新风系统的“风冷式”更为舒适；
（3）温度和时间可预调；
（4）舒适性高，适合面积较大的低密度住宅和别墅；
（5）可节室内气流速度；
（6）可净化室内空气；
（7）可调节送风方向。
3、缺点
（1）前期投入较大，运行费用较高；
（2）无法享受国家低谷用电优惠政策。
4、运行费用
采暖季24元/平方米
2.2低温热水地板辐射采暖的结构和布置形式
低温热水地板辐射采暖结构层有上到下依次为防水层、水泥找平层、绝热层、埋管楼板、保温层。
其中保温层的作用是为了减少热量向下传递，防水层用来防止水进入保温层。
埋管常见的布置形式有单蛇形、双蛇形、双回型、单回型几种。
由于该建筑物共7层，高度较高，故在设计时选择机械循环系统。
考虑到热用户用热均匀的要求，设计中决定采用上供下回式双管系统。
3建筑维护结构耗热量
3.1设计参数
3.1.1室外气象参数
℃
℃
冬季通风计算干球温度：
-3℃
3.1.2室内设计温度参数
《规范》中所规定的“维护结构的耗热量”实质上是维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。
为了简化计算，《规范》规定，维护结构耗热量包括基本耗热量和附加耗热量俩部分。
3.2维护结构耗热量
3.2.1维护结构的基本耗热量
维护结构的基本耗热量计算：
式中
——j部分维护结构的基本耗热量，W；
——j部分维护结构的表面积，㎡；
——j部分维护结构的传热系数，
；
——冬季室内计算温度，℃；
——采暖室外计算温度，℃；
a——维护结构的温差修正系数，是用来考虑供暖房间并不直接接触室外大气时，维护结构的基本耗热量会因内外传热温差的消弱而减小的修正，其值取决于邻室非供暖房间或房间的保温性能和透气情况。
（见暖通空调13页公式2-3）
3.2.2维护结构附加耗热量
1、朝向修正率
不同朝向的维护结构，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，《规范》规定对不同的垂直外围护结构进行修正。
其修正率为：
北、东北、西北朝向：
0—10%
东、西朝向：
-5%
东南、西南朝向：
-10—-15%
南向：
-15—-30%
选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度的大小。
冬季日照率小于35%的地方，东南、西南和南向的修正率宜采用-10%—0，其他朝向可不修正。
2、风力附加率
在《规范》中明确规定：
在不避风的高地、河边、海岸、狂野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护机构热负荷附加5%—10%。
3、外门附加率
为加热开启外门时侵入的冷空气，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以相应的附加率。
阳台门不应考虑外门附加率。
表3-1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入口
500
民用建筑或工厂的辅助建筑物，当其楼层为n是
有俩个门斗的三层外门
有门斗的双层外门
无门斗的单层外门
60n
80n
65n
4、高度附加率
由于室内温度梯度的影响，往往使房间上部的传热量加大。
因此规定：
当民用建筑和工业企业辅助建筑的房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2%，但最大附加率不超过15%。
注意，高度附加率应加在基本耗热量和其他附加耗热量（进行风力、朝向、外门修正之后的耗热量）的总和上。
3.2.3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。
《规范》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冷空气的耗热量：
式中
——为加热门窗缝隙渗入的冷空气耗热量，W；
L——渗透冷空气量，
；
——采暖室外计算温度下的空气密度，
；（见暖通空调手册，天气气候表）
——空气定压比热，
=1
；
——采暖室外计算温度，
。
当无确切数据时，多层建筑可按表3-2推荐值计算渗透冷风量，表中换气次数是风量（
/h）与房间体积（
）之比，单位为
（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3-2换气次数
房间类型
一面有外窗的房间
俩面有外窗的房间
三面有外窗的房间
门厅
换气次数
（
）
—
—
对于工业建筑，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，可按表3-3估算。
表3-3渗透耗热量占维护结构总耗热量的百分率（%）
建筑物层高（m）
—
玻璃窗层高
单层
25
35
40
单、双层均有
20
30
35
双层
15
25
30
有空调的房间内通常保持正压，因此在一般情况下，不计算门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量。
对于有封窗习惯的地区，也可以不计算窗缝隙的冷风渗入。
3.3热负荷计算举例
以下是二楼A户儿童卧室的计算过程：
（1）维护结构的面积：
×2.1=5.88㎡
××1.8=3.46㎡
×1.8=2.7㎡
（2）维护结构的基本耗热量：
××26×
××26×
××26×
（3）朝向修正：
×
×
×
（4）邻户不供暖时耗热量：
×××3×
（5）门窗缝隙渗入冷空气的耗热量：
×2.2＋1×1）××
/h
×××1×
（6）此房间维护结构的总耗热量：
3.4该高层建筑的各层热负荷
表3-4一层各个房间热负荷
房间名称
基本耗热量
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