热水地面辐射供暖系统设计中的几个问题

摘要：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。通过对算例的实际计算，对地面辐射供暖系统户内系统的阻力损失及其构成特点进行了定量分析。

关键词：地面辐射 供暖系统 计算方法 阻力损失

1 概述 热水地面辐射供暖系统由于具有舒适、卫生、节能、不影响室内观感和不占用室内面积与空间等显著的优点，在三北地区的住宅和公共建筑中，得到了越来越广泛地应用，但在设计方法上还存在很多不完善的地方。如何合理设计，更好的发挥该系统的优势，是设计人员所关心的问题。本文根据设计实践经验，对设计过程中普遍关心的几个关键问题进行了分析与探讨。

2 关于设计计算方法 地面辐射供暖系统的设计计算方法，即指如何根据地面所需散热量、热媒温度及地面结构以及加热管类型，确定加热管的敷设间距。

目前国内的计算方法，究其出处主要有以下两种来源：（1）算法一：欧洲算法，目前国内已有的地面辐射供暖技术规程中的数据均来自此算法。（2）算法二：ASHREA手册提供的计算方法。

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》（Floor heating systems and components）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，℃

式中：

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）之要求），填充层厚度60 mm ，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

（W/m2）

Qd/Qu（％）

0.02

算法一

110.2

未知

算法二

140

25.9

18.5

0.15

算法一

66.8

未知

算法二

80.7

27.6

34.2

1262 Pa

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30－50 kPa。

4 结束语 （1） 地面辐射供暖系统因舒适性的要求，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要的。

（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30－50 kPa。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） ASHRAE Handbook 2000 HVAC Systems and Equipment中第六章 Panel heating and cooling

（2） BS EN1264 Floor heating—systems and components

（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》