1、河北工程大学毕业论文1第一章 绪 论1.1 采暖的发展趋势世界和我国的统计数字均表明，建筑能耗在社会全部总能耗所占的比率在 30%左右，是能源消耗的一种主要形式，用于暖通空调的能耗又约占 85%l。最大限度地减少能量消耗，减少有害物质的排放，并充分利用可再生能源成为供暖与供冷技术的发展要求。随着人们生活水平的不断提高，当今建筑采暖方式的舒适性已逐渐引起人们的重视，人们已经意识到它对人的心理，生理健康的影响。医学界呼吁一种能使室内气温适当、让人体感觉舒适、不危害人体健康的采暖方式。采暖方式的节能，环保以及舒适成为现代采暖技术发展得一个基本方向。多年来，随着我国能源结构的变化，大中城市的大气环境日
2、益恶劣，住宅日益商品化，人们对室内热环境要求不断提高，传统供热系统和体制面临着大的变革。目前，我国城镇供暖方式主要采用以热水或蒸汽为热媒的散热器供暖系统。这种系统供暖方式的弊病越来越引起人们的普遍关注。例如：室内空气卫生条件差、散热器占用房间的有效使用面积，装修麻烦及频繁维修等。在上述社会背景下，通过对采暖方式的评价指标体系进行系统的研究，针对不同实际情况得出最优化、适宜的采暖方式就显得很有必要，具有重要的实践指导意义。低温地板辐射采暖由于其舒适性高、卫生条件好、能充分利用各种低品位能源等优点，越来越受到人们的关注，是当今较为先进的一种采暖方式，也是目前国内外公认的最为理想的采暖方式。因此对低
3、温地板辐射采暖系统的原理及实际应用进行深入的研究 2是十分必要的。1.2 低温热水地板辐射采暖的原理、特点及应用场所低温地板辐射采暖系统是利用低温热源，通过埋置于地面构造层内的加热盘管或电缆加热地表面，由被加热的表面放射出远红外线对室内环境进行加热，以达到采暖目的的一种采暖方式。目前，其应用场所已包括一般住宅、高级别墅、办公楼、宾馆、商场、体育场馆、会堂等建筑物。纵观它的发展过程，之所以能克服各种阻力取得较大的发展，主要在于它具有许多其它采暖方式所无法比拟的优点。（1） 、舒适性采用地板辐射采暖时的室内温度垂直分布如下图所示，由于生理卫生要求，地板表面温度不宜高于 30，地面上空气温度迅速降低
4、达到设计温度，地面 50cm 以上垂直方向的温度基本保持不变，室内空间各水平面的温度基本相同。因此，采用地板辐射采暖时，使人们有“足热头凉”的舒适感。而在采用以对流为主的散热器采暖时，由于这种采暖方式是以对流散热为主，靠近散热器的空气被加热后密度变小，热空气上升，河北工程大学毕业论文2形成空气对流，因此室内垂直面的温度变化很大，人体下部处于采暖的低温区，头部处于较高的温区。与对流采暖方式相比，采用地板辐射采暖时，室内空气温暖柔和，湿度适宜，因此其舒适性明显好于以对流为主的散热器采暖方式。温度垂直分布对比表各种采暖方式舒适度对比（2） 、卫生健康采用地板辐射采暖不容易产生灰尘，清洁卫生有益于健康
5、。河北工程大学毕业论文3（3） 、高效节能 4低温热水地板辐射采暖系统热源的主要特点是要求供水温度低，所以低温地板辐射采暖直接采用低品位能，如地热水、太阳能等可再生能源或各种低温余热等低品位能作为热源。当低温热源数量不足时，可根据需要增设辅助热源。辅助热源可以采用电加热炉或燃气（燃油）炉等洁净能源。特别是近期，我国某些地区电力出现“供大于求”和 “峰谷”严重失调现象，作为具有较强蓄热能力的低温地板辐射采暖，如果能采用低谷电力作为热源，在一定条件下会显示其独特的优越性。据资料显示，在全世界的能源消耗中，建筑能耗据首位。因此，各国都把建筑的节能问题放在重要位置。在建筑能耗中，采暖能耗是大户，约占我
6、国总能耗的 9，是建筑能耗的 30左右。低温地板辐射采暖系统，不仅改善室内环境条件，同时与对流采暖系统相比可降低建筑能耗。（4） 、节省室内空间普通散热器的采暖系统需将散热器安装在室内，占用了房间的有效使用面积。一般的散热器约占 13采暖建筑面积，给室内装修和家具的摆放均造成了麻烦；而地板辐射采暖和建筑构造相结合，房间的地面上没有任何管道设备，不占用房间有效面积。（5） 、热稳定性强实验及大量资料均表明，地板辐射采暖的热稳定性好，充分利用其热惰性采用间歇采暖的调节方式时，室内温度波动幅度较小。（6） 、适于热计量我国采暖收费基本上是采用按采暖面积计费的方法，这种收费方法导致了能源的巨大浪费。合
7、理的计费方法应该是按照各用户实际用热量来核算。相关资料表明，北欧一些国家采用热计量收费制度后可降低能耗 20304。采用单户热计量的收费方法，先决条件是用户对采暖系统必须能进行单独的调节控制和热量的计量，而地板辐射采暖则是一种便于进行单户热计量的采暖方式，用户各房间环路相互独立，各环路均并联于分水器上，只要在分水器处分别为各环路设置调节和控制装置，就可以实现方便地对不同房间的供热量进行调节和控制，在分配器前安装热计量装置即可方便的进行单户的热计量。（7） 、施工与管理方便低温热水地板辐射采暖采用的塑料管材重量轻、柔韧性好，施工技术的改进使其便于施工，减轻了劳动强度。地板辐射采暖系统采用热融焊接
8、，泄漏问题得到很好地解决，因此运行期间其操作简便，维修工作量少，只需定期检查过滤器即可。（8） 、节约金属材料，延长使用寿命目前低温热水地板辐射采暖系统采用的交联聚乙烯(PE-X)、无规共聚聚丙烯管 (PP-R)、嵌段共聚聚丙烯管(PP-B)、聚丁烯(PB)、铝塑复合管(XPAP)等管材都具有耐温范围广、河北工程大学毕业论文4耐压强度高，抗腐蚀、抗锈、抗水垢、抗冻等特点，而且无味无臭、安全卫生。这些管材既可用于低温地板辐射采暖系统，也可以用于生活热水及管道煤气上，不仅可以大量替代钢材，还可以提高系统的使用寿命。当然，不可否认的是低温热水地板辐射采暖也有初投资较高、可维修性差的缺点。但从优缺点的
9、比较中可以得出这些缺点不足以阻碍低温热水地板辐射采暖的整体发展。河北工程大学毕业论文5第二章 低温热水地板辐射采暖设计、施工2.1 低温热水地板辐射采暖系统的设计低温热水地板辐射采暖系统的设计 5与传统的采暖方式基本一样，下面叙述一下设计步骤：1.先应根据采暖通风与空气调节设计规范的规定进行基本耗热量计算，并按辐射采暖特点进行校正。2.算出所需地热房间的单位耗热指标。根据房间的地板表面使用材料的不同查地面单位面积散热表见附表一、附表二确定其配管间距和地板表面温度。采暖地面构造厚度应大于 80 毫米，管间距在150300 毫米为宜，沿围护结构外墙敷设的热管距外墙内表面 70100 毫米。3.进行
10、供热房间管道的布置，一般每户集中设置一组分水器，按房间数确定支环路个数，卫生间餐厅厨房可为一环，如房间面积较大时，可分多环。敷设管形式可采用回字形或字形，通过保定市长城家园小区工程实践证明，回形比形敷设方式要好一些，因回形冷热水相间，采暖均匀效果好，弯曲半径大，易于施工。而形弯曲半径小，宜用于配管间距较大、面积较大的房间采用。为了使每环的总水阻力控制在8001500mmH2O，每环长应控制在 60100 米，最长不得超过 120 米。尽量使每环长度相等。4.根据分支环路的个数选择适宜的分水器型号。5.采暖系统可采用同程式,即系统布置成水平和垂直均同程式。具体供水方式为上供下回,下供下回双管系统
11、。采用双管系统可实现采暖按户分环，分室分控的目的。见下图。注：1.采暖系统可采用同程式,即系统布置成水平和垂直均同程式2.采用双管系统可实现采暖按户分环，分室分控的目的。 河北工程大学毕业论文66.系统的水力计算和水力平衡计算可按采暖通风与空气调节设计手册的有关规定进行。7.当采暖面积超过 30或边长超过 6m 时应按不大于 6m 间距设置伸缩缝，其宽度为 58 毫米，在缝中应填充弹性膨胀膏。加热管穿越伸缩缝处，应设长度不小于 200mm的柔性套管。管道穿越过梁及门口、墙时，也应设套管。2.2 低温热水地板辐射采暖的材料的选择地板辐射采暖的保温材料 6一般宜选用聚乙稀苯板容重要求在 15/m/
12、m，导热系数小，保温效果好的产品，而且能减轻楼板的荷载，其厚度在毫米时，经计算完全达到隔热目的。铝箔加筋纸，其产品具有防潮、防水、向上反射热辐射的作用，但有的施工单位不设，为减少造价。地热管材的选用，可采用 PRT 管材。其管材的物理特性见附表三。分水器的选择，目前大多采用国产和南韩的较多，这类产品质量基本能达到使用要求。在分水器进水端设的 Y 型过滤器应用铜质的较好，分水器的外形见下图。分水器外形图中：1、回水总管 2、回水管 3、送水管 4、铜质球阀 5、Y 形过滤器 6、计量表（热表）7、压力表 8、温度计 9、活接头 10、排气阀门 11、地热层 12、结构层 13、分水器另外还有在敷
13、设管道所用的固定形管卡，此管卡的材质最好选用与管材同材质的材料。低温热水地板辐射采暖系统的管道敷设，在直线段每隔 600 毫米设一固定卡，敷设 S 形管道时，在弯曲部分应设叁处固定卡。一般 PEX 管材按设计尺寸敷设一个环路一根管，在地下不能有接头，如必须进行接头时，可采用进口地热管专用接头管件，此专用接头管件是利用 PERT 管的材料记忆特性来将管涨接一起的。永不存在漏水的事河北工程大学毕业论文7情发生。另外值得一提的是，此接头管件解决 PERT 管材在生产过程中的定尺生产和施工过程中的损耗。这将大大降低厂商生产成本和施工费用。决不可用市场外卖的铜质管件进行连接，笔者在实际工程中，因人为等因
14、素将管损坏后,用铜质管件连接,发现其连接的管道，均存在不同程度的漏水。给用户造成经济损失很大,经分析得出原因是因塑料管与铜管件间的膨胀量及收缩时间率的不同导致漏水。而采用专用接头管件时，就没有发生漏水现象。2.3 低温热水地板辐射采暖系统的施工应参照各地现行的民用建筑给水供热水地板辐射采暖用塑料管及铝塑管设计与施工验收暂行规定及暖通专业有关技术标准，以及建设单位要求和设计提供的有关条件进行施工 7。管材、管件及其它材料应具有检测报告，产品检验合格证并标明生产厂家，材料规格，检查管材的管壁是否光滑平整，无气泡无裂口无明显的划痕和凹陷，其它材料应按有关的检查规定进行检查。地热施工构造图见下图：施工
15、作业流程为：施工前的准备，地板供暖工程施工前要求地面平整，无任何凹凸不平及沙石碎块，钢筋头等现象。因此，要求土建方做水泥沙浆找平层，将地面清扫干净及干燥；有足够的施工做业面；封闭其现场；铺设保温材料，要求平整，无缝隙；铺设铝箔纸并用铝箔胶带固定，也要求平整；按设计图要求铺设地热盘管并用卡具固定；安装分水器及控制系统的安装，要求端正，牢固；进行水压试验，试验压力0.6MPA，十分钟内压降不超 0.05MPA 为合格。做膨胀缝及边角保温。带压铺豆石混凝土并找平层（由土建单位施工混凝土地面） 。豆石混凝土的强度不应低于 C20，加入防龟裂乳剂是增强豆石混凝土层抗压强度及防止龟裂、老化。继续封闭现场，
16、并在现场标明注意事项直到地面交付其它使用方。 河北工程大学毕业论文8注意在打压试验时，为使地热管不长时间暴露，请有关单位及时验收。回填混凝土后，其它单位不能在采暖地面打洞或重载，若重载（含搭设脚手架）应铺设跳板。浇灌混凝土时，不要使砂浆进入保温层及沿墙隔热材料的接缝处。自地热管铺设至混凝土最终形成强度前，应进行成品保护，应禁止穿硬底鞋在盘管上面行走，堆放材料及设备，以免损伤管材。2.4 低温热水地板辐射采暖系统的运行调试系统调试运行前，应首先对管道进行检查及冲洗，冲洗过程中应采取措施，防止异物进入系统中，同时对系统进行水力平衡调整。向低温热水地板辐射采暖系统供水，供水温度应由 30低温渐渐升至
17、 55，不允许短时间骤然而温升。具体作法以 30水温循环一天，然后日升温 5直至 55，然后按设计要求进行正常运行。调试检查供暖热媒温度控制系统，确保低温热水地板辐射采暖系统在设计允许温度范围内工作。在非采暖期运行调整时，可用清洁水代替以检查低温热水地板辐射采暖系统水力特性，待采暖开始重复上述调试 8工作。夏季可向系统内充满水进行养护。河北工程大学毕业论文9第三章 低温热水地板辐射采暖取消保温层的可行性分析3.1 低温热水地板辐射采暖地板构造层传热的模拟计算在低温地板辐射供暖系统中,地板表面的热量传播主要以辐射的方式 ,同时也伴随有对流的方式。由于地板构造层结构的不同,地板构造层内的温度分布以
18、及地板表面的温度分布不尽相同,由此决定了地板表面的散热量及室内温度分布也不同。那么，以地板辐射采暖的结构层的传热，建立低温热水地板辐射采暖系统地板结构层导热的物理模型和数学模型 ,用并利用程序进行模拟计算。根据计算结果对保温层的有无进行分析，为取消保温层的可行性提供支持依据。1 地板构造层传热模型的建立 91.1 地板辐射采暖构造层传热的物理模型本文所研究的物理模型来自于实验台构造，地板层管路布置采用双回型方式，如图1所示。本系统沿南北方向分成两块，北侧铺设保温层，南侧未加保温层；地板内部结构图如图2所示。图 1 供回水盘管的回字型布置方式注：1楼板结构层，2保温层，3豆石混凝土填充层，L地板
19、盘管布置间距，d地板盘管中心距，h 填充层厚度图 2 地板辐射采暖地板内部结构图1.2 地板辐射采暖构造层传热的数学模型在地板辐射供暖系统中,地板中的实际传热过程是三维非稳态问题,由于在轴向( 管长方向)的温度变化相对于径向(盘管截面)的温度变化非常缓慢。并且房间内持续供暖一段时期后,室内形成一个相对稳定的内环境,因此可以将三维非稳态问题简化成二维稳态导河北工程大学毕业论文10热问题 ,地板构造层的传热模型如图 3 所示。图 3 地板构造层传热模型地板构造层内温度满足下列微分方程：20txy式中，t 为地板构造层内温度，。边界条件为：ab 边(管壁)：t ；bc 边(管中心线) ，由于对称性取
20、： ；Pt 0xtde 边（管间对称中心线）： ；ae 边( 底边)： ；20dxt0yt由于地板构造层四周布有保温层，故四周各面以绝热边界进行处理，南侧未布保温层，北侧布有保温层，北侧部分近似作绝热边界处理，南侧部分设虚拟楼板边界。地板构造层材料为豆石混凝土，设定木地板上表面空气温度为室内设计温度。模拟过程中，设供回水平均温度作为盘管内表面温度，通过盘管与豆石混凝土层进行换热。1.3 地板辐射采暖构造层传热求解方法利用有限差分法 ,用 FLUENT 软件进行计算机模拟计算 l0。2 地板辐射采暖构造层传热模拟计算结果及分析2.1 盘管间距对地表温度的影响图 4 为室内设计温度为 18,供回水平均温度为 43.7时，不同的管间距下地板表面温度分布图。由图可以看出，随着管间距的增大，两管之间低温区逐渐增大，这片区域受管的影响较小，且反应较慢，是影响采暖效果及产生热惰性的根源，因此，地板采暖应适当减小盘管间距。
