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單端電加熱管在地暖系統中的分布設計

地面輻射供暖與對流式散熱器供暖相比,由于這兩種供暖系統末端傳熱原理及構成不同。因此,地暖系統單端電加熱管分布的設計與傳統的散熱器供暖系統的設計相比,有著一定的特殊性和差異性。散熱器供暖系統的設計流量只與熱負荷有關,而地暖系統的設計流量不僅與熱負荷有關,而且還與環路數有關。

扑克王app下载二维码在GB50019《采暖通風與空氣調節設計規范》4.4.8條中規定:熱水管道無坡度敷設時,管內的熱媒(熱水)流速不得小于0.25m/s。JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規程》3.5.11條中也規定:加熱供冷管和輸配管中媒介流速不宜小于0.25m/s。

扑克王app下载二维码這一條的確定是根據流體力學中的雷諾試驗原理:不同的兩種媒介在一水平空間流動,當流速低于一定值時(雷諾系數小于2320即層流狀態),兩種媒介不會混合,而流速高于該一定值時(雷諾系數大于2320即紊流狀態),兩種媒介就會混合在一起。

扑克王app下载二维码我們知道,在熱水供暖管道中,由于水流在系統不同段的流動狀態不同且狀態極其復雜,同時,供回水間有較大溫差,使管道中除了有水以外,還會產生和夾帶很多空氣,為使水流能將夾帶在其中的空氣帶走送到相應的排氣裝置處排除,而不至于在管道中積聚形成“氣塞”,就必須使管道中的水流流態處于紊流狀態。

韓國首爾大學的研究人員曾經做過實驗,當加熱管中水流速度小于0.17m/s時,夾帶在熱水中的空氣就會聚集在一起且完全不流動,形成“氣塞”。這就是說,為保證地暖系統的每個管環路中熱水的流速,其流量應有一個最小值限制,以20×2.0加熱供冷管來說,最小值為:

g=0.0082×3.14×0.25×3600=0.18m3/h

并且,JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規程》附錄B中所給出的單位面積的散熱量也是以每個環路中這樣一個流量值為基礎或者狀態計算出來的。

鑒于JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規程》中并未給出地暖末端系統環路數的計算要求和計算方法,所以大部分設計院和地暖公司在地暖末端系統設計中,并未對地暖環路數計算確定,而基本上是隨意估算確定的,實踐證明,很多地暖系統不能正常運行是由于環路數設計不合理而造成流量配給不合適造成的。

結合本人多年從事地暖工程的設計與施工體會,提出地暖加熱管分布的設計方法,供業內參考。設計步驟如下。

1 熱負荷計算

1)基本耗熱量計算

Q1=KF(tn-tw)
式中:Q1—圍護結構的基本耗熱量,W;
K—圍護結構的傳熱系數,W/(m2?℃);
F—圍護結構的傳熱面積,m2;
tn—供暖室內計算溫度,℃;
tw—供暖室外計算溫度,℃;
扑克王app下载二维码a—圍護結構的溫差修正系數。

2)附加耗熱量計算

Qj= Q1(1+βch+βf+βLiang+βm+βWkq)?(1+βfg)
式中:βch—朝向修正率;βf—風力修正;βgc—高層建筑外窗的風力修正;βLiang—兩面外墻修正;βm—窗墻面積比過大修正;βfg—房高修正;βWkq—外門開啟附加(修正)率。
對地暖還要考慮間歇供暖附加值和戶間傳熱負荷:Qj= a?Q1+qh?M。
式中:a—考慮間歇供暖的修正系數,應根據熱源和供暖方式、分戶計量收費方式、供暖地面的熱容量等因素確定,無資料時可參考表取值;qh—房間單位面積平均戶間傳熱量(W/㎡),可取qh=7W/㎡;M—房間使用面積(㎡)。
扑克王app下载二维码對地暖還要考慮住宅家具對地面覆蓋率增加散熱量的修正。

3)冷風滲透耗熱量計算

Q2=0.28cppwcL(tn-tw)
式中:Q2—由門窗縫隙滲入室內的冷空氣的耗熱量,W;cp—空氣的定壓比熱容;pw—供暖室外計算溫度下的空氣密度,kg/m3;L—滲透冷空氣量,m3/h;
扑克王app下载二维码總熱負荷Q=Qj+Q2

2 計算系統流量

G =0.86Q/(tn-tw)
式中:G—系統流量。

扑克王app下载二维码3 系統參數計算

1)供水平均溫度計算:

tsj=(tg+th)/2
式中:tsj—平均水溫度;tg—供水溫度;th—回水溫度。

2)區域單位面積散熱量:

q=Q/F
式中:q—區域單位面積散熱量;Q—該區域熱負荷;F—該區域有效散熱面積。
根據區域單位面積散熱量,計算管間距或查JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規程》附錄B確定管間距。

3)輻射面(地面)溫度校核:

tpj=tn+ 9.82(q1/100)0.969
扑克王app下载二维码式中:tpj—為滿足單位地板面積所需散熱量而應達到的地板表面平均溫度(℃);q1—單位地板面積所需有效散熱量(W/m2);tn—室內空氣溫度,可按比對流供暖時降低2℃確定室內計算溫度(℃)。

4 地暖環路數計算: 

每個回路最小流量:
g=3600×0.25×3.14r2
式中:g—環路最小流量;r—加熱供冷管內徑。
地暖環路數計算:L= G/g
式中:L—系統環路數(取整值);G—系統流量;g—環路最小流量。