新型节能热炕技术.docx
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新型节能热炕技术
新型节能热炕推荐图集编制说明
---杨敏政
一、编制依据
本图集是按照国家现行有关设计、施工及验收规范、标准等编制。
二、适用范围
适用于一般农村牧区无采暖设施的住房配套新建或改建新型节能热炕。
其它类似功能的建筑可参考使用。
三、推荐热炕种类：
本图集推荐的新型节能热炕主要为煨炕和灶连炕两类，根据房屋方向及热炕布局，推荐了九种不同的炕内结构常用布局方案，用户可针对各自的具体情况进行选用或修改后使用。
另外，本图集为无柴草的城镇用户设计了一种使用蜂窝煤（或煤砖）的火炉炕，用户可根据具体情况参考使用。
1、煨炕：
是指利用农作物的碎秸杆、牛羊粪、树叶等碎柴草煨到炕里让其慢慢燃烧（无火焰燃烧），以其燃烧所产生的高温烟气烘热炕体进行取暖的一种新型节能热炕。
2、灶连炕：
是指把烧水、做饭用的灶体和节能炕连接起来，利用烧水、做饭产生的火焰余热和高温烟气进行取暖的一种新型节能热炕。
3、火炉炕：
是指利用烽窝煤（或燃煤）炉加热炕体的一种新型节能热炕。
四、新型节能热炕的节能原理和设计思路
（一）基本参数
1、热量：
是指由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量，通常以焦耳为单位。
2、温度：
表示物体冷热程度的物理量，通常以“℃”表示。
3、烟囱抽力：
是指由于烟囱内外气体温度不同而引起的密度差异，这种密度差异产生的热力差即为烟囱抽力。
它能克服阻力推动烟气流动。
影响烟囱抽力的主要因素有三个，一是烟囱的高度，烟囱愈高，抽力愈大，。
二是室外空气的温度，温度愈低，抽力愈大。
三是烟气的温度，温度愈高，抽力愈大。
4、比容：
指单位质量物质的容积，以公斤/立方米表示。
这是衡量气体物性的重要参数。
气体受热后膨胀，比容增大，比重减少，单位体积的相对重量也就减少了。
所以，烟气才会产生上升的运动。
5、流量：
流量就是在单位时间内，流体通过管道或其他通道断面的数量，以立方米/时表示。
（二）柴草的燃烧及热量在炕体内传递的原理
1、柴草的组成成份及对燃烧的影响：
柴草属于有机物质，其中绝大部分组成物质为可燃质。
包括碳（C）、氢（H）、硫（S）、磷（P）、钾（P）、氮（N）等元素。
不可燃物包括水分、灰分等。
水分不仅不能燃烧，而且还会吸收炕体内的热量，降低炕内温度。
同时，含水量愈多，燃料愈不易着火燃烧。
灰分也是不能燃烧的，灰分过大，易在烟道内沉积，并减少烟气的流量，降低烟囱抽力，影响燃料燃烧。
2、燃料燃烧的条件和过程：
任何物质发生无焰燃烧必须具备以下三个条件：
可燃物、氧化剂和温度（引火源）。
若要有焰燃烧，还须具备第四个条件，即未受抑制的链式反应。
煨炕以无焰燃烧为主；灶连炕以有焰燃烧为主。
可燃物：
我省广大农牧区煨炕和烧火做饭所使用的可燃物以柴草（碎秸杆、牛羊粪、树叶等）为主，其发热量在12558——16744千焦/千克之间，但柴草的发热量与含水量有着直接的关系，含水量越多，发热量越低，反之则越高。
氧化剂（空气）：
柴草燃烧所需的氧气量是有一定的比例的，进入炕体的空气不够，影响柴草充分燃烧。
反之，空气太多，则这部分过量的冷空气并不参与燃烧反映，而是以较高的温度从烟囱排走，增加热损失。
温度：
燃料种类不同，则发生燃烧所需的温度也不同，通常情况下，焦煤700-750℃，无烟煤550℃-770℃，烟煤400℃-550℃，柴草在300℃左右。
柴草燃烧的过程：
分解产生低分子可燃性气体（100℃-160℃）——点燃（300℃左右）——燃烧——表面形成炭灰（燃烧放慢）——无焰燃烧——燃烧结束（形成灰）。
3、热能在炕体内传递的形式：
热能传递是一个比较复杂的过程，基本形式可分为导热、对流和辐射三种。
导热：
是指物体内的不同部位因温差而发生的传热，或不同温度的两物体因直接接触而发生的传热。
这种物体内部分子、原子和电子等微观粒子的热运动而组成物体的物质不发生宏观的位移，将热量从高温区传到低温区的过程称为导热。
各种物质的导热系数有大有小，易于导热的物质称为良导体，如铝、铜等。
而导热系数小于0.2的物质被称为绝缘材料或保温材料，如膨胀珍珠岩、草木灰、泥土等。
对流：
是指冷热流体发生相对位移、相互掺混所引起的传热称为对流。
如对锅底加热，锅底部温度较高的水不断上升，上部温度低的水不断流向底部。
炕体内的气体同样会发生对流。
辐射：
最常见的是太阳的辐射传热现象。
太阳的热能转变为辐射能，并以电磁波或机械波的形式向各方传播，温度较低的地面吸收了一部分这种电磁波，又转变为热能。
这种由电磁波来传递热量的形式叫做“热辐射”。
我们平时在炉灶内烧火，会感到火焰烤脸，火焰并未与人接触，空气的导热性又差，空气也没有发生对流，所以这种热的传递现象即不是导热、也不是对流，而是一种热辐射现象。
热炕内热量的传递过程：
新型节能热炕的热源是灶堂内燃烧着的柴草（或炕体内无焰燃烧的柴草），烈焰在灶堂中以辐射热传给炕内壁的同时，高温烟气的对流的作用也将热量传递给炕体内壁，炕体又把热能以导流的方式从炕内壁到外递到炕外壁，从而达到了热炕的目的。
同时，炕体又把热能以对流的方式传递到外部空间，在热量损失的同时，达到提高室温的目的。
整个换热过程虽是各种换热方式共同作用的结果，但在不同阶段，起主导作用的往往只有一种或两种传热方式。
例如灶堂温度较高时，以辐射换热为主，烟气流速大时，又以对流换热为主。
（三）节能热炕热平衡及各项热损失分析
热是能量存在的一种形式。
热量的得失遵守能量守恒定律。
在任何热工系统中，热的收入和支出是相等的。
这就是热平衡。
通过热平衡分析我们可以得到节能热炕设计的理念和思路。
热平衡公式如下：
Q=QY+（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6）
即：
总热能=有效利用的热能+（损失掉的热能）
损失的热能中：
Q1：
排烟热损失。
热炕内的排烟温度由几十摄氏度到一百摄氏度不等，炕体内部设计结构决定着烟气在炕内停留时间的长短，从而决定着排烟热损失的多寡。
结构不合理的炕体存在以下问题：
第一，烟气在炕内停留时间过短，炕体未充分吸热便排走了。
第二，进入或漏入炕体的冷气过多，不但会降低炕体内温度，而且也会带走一定量的热能。
第三，过分强调烟气在炕体内的停留时间，会使炕体结构太复杂、拐弯过多，又会造成烟道抽力不够，烟气循环不畅等问题，从而导致熄火或炕门燎烟。
因此，炕体结构设计要综合以上各种因素，找到最佳的设计切入点。
Q2：
化学不完全燃烧损失。
若在排出的烟气中尚有未燃尽的可燃气体（主要为CO、其次是H2和CH4），就会产生化学不完全燃烧的热损失。
造成这部分热损失的主要原因是炕内的空气不够，导至化学反应不能完全发生。
其次，是供给空气的方法不对，使空气和柴草混合不佳，可燃气体来不及燃烧。
第三，是烟气在炕体内停留时间过短，来不及燃烧。
第四，炕内温度达不到燃点。
Q3：
机械不完全燃烧热损失。
指剩余的灰渣中，含有可燃物质而损失掉的热能。
主要原因是添柴过多、供氧不足或炕体内温度达不到燃点等。
Q4：
散热损失。
指从灶门、炕体外墙等处跑、冒、漏掉的热能。
Q5：
地面、灶体、炕体的蓄热量。
其中，地面通过土壤的导热会蓄存大量的热量，这部分热量占到炕体导热量的20%-25%，旧式热炕这部分热能全部被损失掉了。
灶体和炕体的蓄热量可以通过缓慢释放，扩散到室内空气中而得到利用。
Q6：
灰渣带走的热量。
这一项热损失是不要避免的。
以上几项热能损失是可以通过优化炕体结构等设计措施得到充分利用的。
通过以上分析我们得出以下设计思路：
要提高燃料所含热能的有效利用率，一是要保证柴草完全燃烧，使得柴草所蕴藏的热能最大限度地释放出来。
二是要合理布局炕内结构和烟道、烟囱走向，以提高携带热量的高温烟气在炕体内的停留时间，使余热充分利用。
三是通过悬吊炕体，将地面蓄热量损失转变为提高室内温度的采暖热源。
四是通过增加炉门、密封炕体等措施，合理控制空气供给，减少其它热能损失。
五、旧式“热炕”与新式“节能热炕”的区别
我省广大农牧民冬季睡觉取暧方式主要是以“煨炕”为主，藏族地区还有“锅头连炕”的形式。
这两种旧式“热炕”均存在着通风不合理、燃烧不充分、温度不均匀、密封不好、生烟味大、热效率低、燃料浪费等缺点。
本图集推荐的新型节能热炕按照燃料燃烧和炕体传热的科学原理，借鉴了北京市门头沟“高效预制组装架空炕连灶”的做法，结合我省农村牧区以上两种热炕烧、煨习惯进行了合理的设计，并经过实体试验，专家论证，推广应用而成型的。
新式节能热炕是通过悬空炕底，增加了室内采暖热源，提高了室内温度；通过合理布局炕体结构使燃料充分燃烧；通过增设烟道和插板，延长了高温烟气停留时间；通过增设炉门、炉箅，合理控制空气供给；从而使燃料热效率大幅度提高。
所以，新式节能热炕具有省燃料、炕热、屋暖、好烧、使用方便、无生烟味、安全卫生等几大优点。
经实体试验测算，改造后的新型节能热炕，燃料的综合热效率由旧式热炕的45%以下提高到70%以上。
每铺热炕年平均节约柴草在1吨以上（灶连炕每铺年节约柴草在2吨以上）。
节约下来的柴草可用于发展棚圈养殖业。
同时，冬季居室温度可提高5℃-7℃，每户可节约用于室内取暖的燃煤0.5吨以上。
以上两项户均每年节约燃料折合标准煤0.86吨以上，每户年节省生活成本支出600元以上，户均减少CO2排放2.1吨以上。
因此，推广应用新型节能热炕技术是利国、利民，提高农民生活质量，促进农牧区节能减排的大实事。
新型节能热炕制做改造技术简单，在标准图集的指导下，只需对农村工匠进行简单的技术指导，便可自行改造制做。
所使用的建筑材料以地方建材为主，建造或改造成本较低。
六、施工方法及质量要求
1．选用本图集时，应根据建筑用途、场所、部位的不同；所使用建筑材料的火灾危险性不同；选用满足不同燃烧性能，不同类别、不同级别的装修材料。
当选用的构造做法不能满足所设计的建筑防火标准时，应根据《建筑内部装修设计防火规范》（50222-95）的规定，应对装修材料采取必要的防火措施，以提高防火等级。
2．建筑装修材料应满足“有害物质含量限量十项强制标准”的要求。
3．随着我国建筑业的飞速发展，各种新材料、新技术、新工艺的不断出现，特别是建筑材料品种、规格繁多，因此本图集“用料及做法”中，对具体建材产品的名称未作规定，如地砖、涂料、建筑胶、界面剂等，设计人员应根据工程实际，灵活选用合适的建材产品，为推广应用新技术、新材料创造条件。
但设计人员选用的建材产品，必须经过技术鉴定，产品应具有生产许可证。
特殊产品应由供货厂商负责指导施工，以确保工程质量。
4．砼：
水泥采用普通硅酸盐水泥，卵石粒径为10—20mm，砂为中砂含泥量不得大于3%，现浇砼板强度为C25，板内钢筋均为Ⅰ级钢，钢筋的制作及安装应根据实际炕板尺寸及附图配制，在底板及顶板砼浇筑完后必须要进行养护。
5．砂浆：
采用M5水泥砂浆，含泥量必须要控制在5%以内。
6、砌体：
砖采用普通粘土砖，砌筑前必须要充分浇水湿润。
7、施工要求：
支撑墙体基下充分夯实后，用C15砼做10CM厚垫层。
底板砼初凝后要用草泥把整个底板抹二遍以防底板砼干缩产生裂缝出现漏烟现象。
所有砖墙砌筑完后，内墙面必须用草泥抹二到三遍，防止漏烟。
所有墙与板、墙与墙连接转角处均应抹成弧形，以利烟气流动。
8．烟囱插板，烟囱插板主要是为了调解烟气的流量及控制炕内温度，炕内停火后关闭插板可以长时间保持炕内温度，插板的尺寸可根据现场烟囱的内径确定，。
9．炕面处理，顶板混凝土初凝后，在炕表面可平铺粘土砖一层（或用长草泥平抹厚度为60MM），以增加炕面贮热量。
平铺砖中心须做成2％的拱形，砖缝用M10水泥砂浆捣实，待24小时后浇水养护7天，砖表面抹草泥两遍，第二遍草泥必须要平整、光滑。
10．炕头外墙面装饰：
可根据住户要求自定，但采用的建筑材料应满足防火要求。
11．进柴口：
宽高尺寸不得小于180*200，并要求安装进柴口铁篦门。
12、防鼠网：
选用网眼小于10MM的铁丝网。
七、常见故障及排除方法
（一）灶门燎烟、烟囱抽力不够的问题
原因：
1、添柴门口过高。
2、进烟口过小。
3、烟道或烟囱堵塞或排烟不畅。
4、烟囱截面过小。
排除方法：
1、添柴口要砌成扁宽式，上沿高度应低于锅脐50毫米以上。
2、进烟口尺寸应大于180*150以上且呈里大外小的喇叭口。
3、炕灰过多，要及时清理。
（二）灶门倒烟的问题
原因：
1、炕内堵塞。
2、烟囱截面过小或出屋面高度太低。
或挂水、结冰、上霜、堵塞。
3、炕长时间没烧造成炕内潮湿、温度太低。
排除方法：
1、清理炕内堵塞物。
2、加大烟囱截面，加高烟囱高度。
3、烟囱底部点火加温，以增加烟囱温差，提高抽力。
（三）炕凉的快的问题
原因：
1、烟囱出烟口过大，未设插烟板。
2、炕面过薄，蓄热层厚度不够。
3、未安装灶门或进柴口门，冷空气进入太多。
排除方法：
1、烟囱进烟口尺寸（高*宽）为180*200，并要安装活动的烟囱插板。
2、灶面（含结构层）总厚度为120毫米。
结构层上可铺砖也可抹草泥。
3、灶门或炕进柴口增设铁铁篦门。
八、验收办法：
（一）工程验收：
1、炕体：
炕底悬空高度>120。
架空烟火层、分烟墙位置、间距符合图集要求。
2、烟道：
宽度>300。
从烟囟-分火墙向呈>2%的坡度且光滑密实无裂痕。
3、烟囱：
净截面积>大于300平方厘米，且上下垂直、内壁光滑。
出屋面净高度>0.8米。
烟囟插板：
翻转灵活且与烟囱内壁预留2-4毫米间隙。
4、灶体：
灶体高度低于炕面高度50厘米。
铁灶门安装规范。
进风口面积大于炉篦子面积1.5倍以上。
（二）节能验收
1、燃料：
在炕面温度满足采暖需要的前提下，单铺煨炕每昼夜用柴草量小于7.5公斤
2、室内无其它采暖设施的前提下，室内外温差大于7℃以上。
3、无跑风昌烟漏气的现象，屋内无生烟味。
九、其它：
加装热水管道的管壁厚度应与热炕使用寿命相一致。
焊缝质量要确保不漏水。
十、注意事项
序号
工料名称
单位
数量
备注
1
实心砖
块
610
2
425#水泥
公斤
300
3
细砂
立方
0.39
4
砾石
立方
0.42
5
钢筋
公斤
43
￠6
6
炉门（进柴口门）
付
1
7
炉蓖
付
1
8
面砖
平方
2.2
9
灶台
套
按实用灶体大小具体计算
11
人工
工日
6
1.本图集部分标注尺寸为可变化数值，可根据工程实际需要确定。
2.本图集未注明尺寸单位均为毫米。
新型节能热炕材料参考表
注：
以上工料参考用量表是以3米*2米尺寸的炕体及标准灶台用料，实际用料应以实砌炕体大小进行计算。
附件：
新型节能热炕施工图
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