当前位置:首页 >> 建筑/土木 >>

025 低温热水地面辐射采暖用定压膨胀水箱选型算法


低温热水地面辐射采暖用定压膨胀水箱 选型算法
德州市建筑规划勘察设计研究院 张鑫 刘绍忠
摘要:从最基本的热水膨胀量计算公式入手推导,结合目前地面辐射采暖的设计习惯,推 导并得出符合工程实际应用的低温热水地面辐射采暖用定压膨胀水箱选型计算方法。 以此 在技术层面上推动膨胀水箱这一结构简单、 性能可靠、 价格低廉的采暖系统定压设备在崭 新的地面辐射采暖形式中的广泛应用。从细节上为建筑设备领域的节能减排提供一点思 路。 关键词:低温热水地面辐射采暖 系统定压 膨胀水箱 前言 国家相关部门推进建筑节能力度的逐步加大引起了建筑设备专业人员的深入思考: 在 科技如此发达的今天,建筑设备系统这个建筑耗能大户的节能必须依靠“变频” “数码” 这些吸引眼球的字眼吗?我们是不是过分地期盼“COP” “EER”等近乎极限的提高了?节 能的技术和措施必须是高科技新技术吗…… 在种类繁多的闭式循环水系统定压设备中, 一种看似落后的设备——高位膨胀水箱又 重新被我们重视起来。比起电接点压力表、变频补水泵、罐式定压补水机组等穿着新技术 自动化外衣的定压设备,高位膨胀水箱具有造价低廉、水力稳定性好的优点,其最大的优 点是运行费用低, 这是由其容积惰性大的结构特性决定的。 但其最大的缺点是水箱安放高 度需要高出系统最高点, 一根定压水管必须穿过重重楼板把最高处的水箱与设备机房的循 环水泵吸入口连接,但在大力倡导节能减排的当今社会,付出这点代价取得降低运行费用 的目的是值得的。 与早期高位定压膨胀水箱广泛使用的时期相比, 新建建筑采暖形式有了很大的变化— —在节能政策和新建材、 新技术的推动下, 采用低品位热能的低温热水地面辐射采暖形式 得到广泛应用,特别是居住建筑。翻开新出版的《实用供热空调设计手册(第二版)(以 》 下称文献[1]) ,并没有找到适合低温热水地面辐射采暖形式的 60℃以下热水供暖系统膨 胀水箱计算方法。 本文试图从最基本的膨胀量计算公式入手,推导出适合工程使用的低温 热水地面辐射采暖用定压膨胀水箱计算及选型方法。 2 低温热水地面辐射采暖用定压膨胀水箱计算 查阅文献[2],动力循环供热工程膨胀水箱容积计算公式如式 1。 式1 Vp=αΔtmax·Vc 式中:Vp——膨胀水箱有效容积(即信号管到溢流管之间的容积) ,L; α ——水的体积膨胀系数,α=0.0006,1/℃; Vc——系统内的水容量,L; Δtmax——考虑系统内水受热和冷却时水温最大波动值,一般以 20℃水温算起。 文献[4]规定低温热水地面辐射采暖供水温度不超过 60℃。实际工程中,一般按照文 献[5][6]采取节能措施的建筑采暖供回水温度一般为 45℃~35℃,未采取节能措施的建筑 采暖供回水温度一般为 55℃~45℃。这样按照最高温度 55℃和 45℃计算,式 1 可以简化 为式 2(节能建筑)和式 3(非节能建筑) 。 式2 V=0.015Vc
1

1

V=0.021Vc 式3 这样,主要矛盾就集中在系统水容量 Vc 上了。文献[1]把散热器采暖系统中,管道和 散热器水容量换算为供给 1kW 热量所需的水容量,并将不同型号的散热器水容量制成表 格, 供设计人员查询使用。 低温热水地面辐射采暖系统散热末端设备为敷设于地面垫层的 盘管。选型方法采用的是文献[4]提供的单位散热面积,散热盘管的使用量是和埋管面积 直接联系的。为适应工程使用,我们也应该把 Vc 与总热负荷或采暖面积联系起来。 工程上最为常见的地板埋管规格为 de20×2.0,其内径为 16mm。得出单位管长的水容 量为 0.201L/m。确定整个工程地埋管道的长度就成为关键问题。下面我们以节能建筑采 暖系统为研究对象,推导低温热水地面辐射采暖散热盘管和采暖面积的关系。表 1 为本文 设定的采暖系统标准工作状态参数。 表 1:本文研究的地板辐射采暖系统工作状态参数 项目 末端分水器供水温度 末端集水器回水温度 建筑采暖热指标 地面材料 参数 45℃ 35℃ 32W/㎡ 水泥、陶瓷等,热阻 0.02 ㎡·K / W 居住建筑 备注

图 1:某房间地板平面布置图 图 1 为 A 房间地热盘管布置图,地埋盘管布置间距为 300mm。我们可以像 A 房间平面 图里那样,假想用 300×300mm 的方砖满布整个房间,无论管路采用什么形式布置,无论 出口方向如何选取,每块方砖中只有一段 300mm 长管道。这样理论上我们可以认为: ,每 段 300mm 长的管道“负担”一块方砖。由此我们得出了管长与采暖面积的理论关系:只要 某一房间内各方向管道间距相等, 并数值确定, 管道长度与房间布管面积之比就接近一个
2

固定的数值,本文称这个比值为管长面积比,用 λ 表示,量纲为 1/m。而且面积越大, 实际比值就越接近这个数。如此例中: 理论

λ=

0 .3 10 = 0 .3 × 0 .3 3

m

-1

实际

λ' =

46.37 = 3.0668 (0.3 × 14) × (0.3 × 12)

m

-1

我们把文献 4 列出的几种典型间距的管长面积比总结于表 2。这也是采暖面积与管长 的关系,由式 4 表示。 表 2:典型管间距的管长面积比 管间距(mm) 300 250 200 150 100 方砖理论管长(m) 理论管长面积比 λn(m ) 300 250 200 150 100 10/3 4.0 5.0 20/3 10 式4
-1

Lcn=λn An 式中:Lcn——房间内敷设盘管的总长度,m; λn——房间的管长面积比,1/m; An——房间的采暖面积,㎡。 3

误差分析 在以上方法中,影响实际管长面积比偏离理论值的主要原因有: A、管道转弯处管长不等于管道间距。由于目前常用管材弯管半径为管道直径 6 倍, de20×2.0 管道转弯半径为 120mm,精确制图可知,管道间距 300mm 的时候,管道转弯的 方砖中的管道比理论值多 16%,其他几种典型管间距情况下实际管道均小于理论值。每个 房间,管道转弯的个数为二倍的房间短边方砖个数。 B、房间内部分区域敷设管道不规则。多数工程中房间边长是不一定能被管间距整除 的,即图 1 中方砖个数不一定是整数,以回形布置管道的房间为例,无论是设计还是施工 埋管的顺序都是由外及里的, 这就导致了非整数矛盾集中在房间中心区域的少部分的管道 处理上。由于弯管半径所限,实际管道长度是比理论值小的。这就使得通过式 4 计算得出 的管长结果趋于保守。 C、盘管外缘管道距内墙的 100mm 间距包含于采暖面积 An,但在实际布置盘管时这一 块面积中是不埋设管道的。无论这个间距内面积累加后有多大, 这部分地面是不含有管道 的。 所以采用房间采暖面积计算管长, 比实际情况又多出一小部分管道。 从整栋建筑来说, 这种冗余正比于房间个数,反比于单个房间的面积。 D、建筑采暖面积和使用面积的差别。例如,从整栋建筑来看,采暖房间的隔墙是包 含在采暖面积 An 中的,而实际情况墙内是不布置盘管的。这又使计算结果趋于安全。 由此可知, 我们采用采暖面积计算采暖房间地埋盘管的水容量是既合理又使计算结果 趋于安全的。在整体采暖系统的计算中,我们可以使用系统总采暖面积 A 进行计算,即:

A = Σ An
n =1

n

式5

3

再来看看系统的管长面积比 λ。如表 2,在单个房间中根据管道的标准间距,管长面 积比 λn 是具有确定的值的。 但一个庞大的供热系统一般由若干单体建筑构成, 单体建筑 又由不计其数的房间组成,这就使得 λn 在整个供热系统中失去意义。严格的说,整个采 暖系统的管长面积比等于系统中各房间的 λn 在采暖面积上的加权平均值。即:

λ = Σ ? λn

? n =1 ?
n

An ? ? A ?

式6

工程上进行这么精确的计算既不现实也没必要。 我们可以采用系统中常用的管长面积 比值,乘以管长修正系数 β,即: λ=β·λn 式7 节能建筑中的绝大多数管间距都采用 300mm,这对上述思路的应用提供了更便捷的条 件。笔者对工作所在地区的采暖工程进行总结,实际采暖系统的 λ 阙值为(10/3,4.0) , 而且偏向于下限,本文提倡 β 取值范围为 1.05~1.10。单体 β 值与建筑的体形系数有关 系,有条件的读者可以进行推导。本文采用 β 取值为经验值,建议读者采用时根据各地 不同情况对 β 值进行试算总结。 4 结论 综上,我们可以得到节能建筑埋地盘管水容量所引起的膨胀量公式: V1=0.003015β·λn·A 式中:V1——地埋盘管内的水量引起的水膨胀量,L; β——管长修正系数,阙值 1.05~1.10,1; -1 λn——管长面积比,取值 10/3,m ; A——供热系统的采暖面积,㎡。

式8

除了供热末端盘管,系统还有管道和其它设备的水容量。低温热水地面辐射采暖的管 路的工作状态与空气调节水系统冬季工况非常相似,文献[7]提供了空气调节水系统的管 路水膨胀量的计算方法,摘录如下,本文不再赘述。 式9 V2=0.015[(Vg1+Vg2+Vg3)Q+Vn] 式中:V2——供热管道内水量引起的水膨胀量,L; (按 400m Vg1——10℃温差下,室内机械循环的单位负荷水容量,一般取 15.6, 流程考虑,差别较大时,可线性修正。 )L/Kw; Vg2——10℃温差下,室外机械循环的单位负荷水容量,一般取 11.6, (按 600m 流程考虑,差别较大时,可线性修正。 )L/Kw; Vg3——系统热源设备的水容量,锅炉取 2~5,换热器取 1,L/Kw; Vn——系统中其它设备的水容量,如水处理设备、储水罐等附属设备,体积不 大时可忽略不计,取值详见设备规格参数表,L; Q——供热总热负荷,kW。 非节能建筑低温热水地面辐射采暖供热系统的膨胀量计算与节能建筑相比, 区别在水 温和水容量上,式 3 体现了水温差别,水容量可采用调整 β 值的方法来近似得出。于是 得出非节能建筑埋地盘管水量所引起的膨胀量公式: V1=0.004221β·λn·A 式 10 式中:V1——地埋盘管内的水量引起的水膨胀量,L; β——管长修正系数,λn 取 10/3 的前提下,建议取值范围 1.10~1.60,1; -1 λn——管长面积比,取值 10/3,m ; A——供热系统的采暖面积,㎡。
4

管道及其它设备水容量公式如式 11。 V2=0.021[(Vg1+Vg2+Vg3)Q+Vn] 式中参数意义及单位同式 9。

式 11

对低温热水地面辐射采暖系统膨胀水箱计算方法的总结, 本文得出的结论及选用的数 值不一定适用于所有地区所有情况。但这一思路是值得参考的, 读者可以根据各地区不同 情况和使用习惯总结出合适的计算公式和参数取值范围。 也希冀高位膨胀水箱这一节能特 点突出的定压设备得到广泛应用。

参考文献: [1]陆耀庆.供热空调设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008 [2]贺平等.供热工程(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1993 [3]付祥钊.流体输配管网(第一版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2001 [4]JGJ142-2004. 地面辐射供暖技术规程[S] [5]GB50188-2005. 居住建筑节能设计标准[S] [6]GB50189-2005. 公共建筑节能设计标准[S] [7]路延魁.空气调节设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1995 [8] GB50019-2003.采暖通风与空气调节设计规范[S]

5



相关文章:
空调水系统的补水量及膨胀罐
(锅炉或换热器),室内外管网和散热器或暖风机中水容量之 和 低温热水地面辐射采暖用定压膨胀水箱选型算法 引言(一级标题) 国家相关部门推进建筑节能力度的逐步加大...
供热工程试题
16、低温热水地板辐射采暖的散热表面就是敷设了加热...在相同热负荷条件下,湿式凝水管选用的管径比干式凝...3、热水供热系统最常用的定压方式是采用膨胀水箱定...
采暖部分习题(题目)
热水采暖系统膨胀水箱的作用是( A. 加压 B. 减压 C. 定压 7. 异程式采暖...集中供暖系统 2. 低温热水地板辐射采暖系统中的加热管一般选用( A、交联铝塑...
2014供热专业基础与实务
辐射力 B 、辐射强度 C 、发射率 D 、辐射系数 9 、选择散热器时,下列哪个...楼高 20m 的建筑物室内低温热水采暖系统采用膨胀水箱定压,膨胀水箱的膨胀管连 ...
建筑设备工程答案
A 开式高位膨胀水箱定压 C 补给水泵定压 B 密闭...其管材应该选择( B A UPVC B 铸铁 C 钢管 D ...低温热水地板辐射采暖地面通常采用如下图做法, 地板...
建筑设备复习题(暖通部分)
系统内的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡 度...95~70℃热水 25、 计算低温热水地板辐射采暖的热...办公医疗、托幼、旅馆等可选择的热媒是 ( D )。...
建筑设备教案 第5章 建筑采暖
5.1.4 低温热水地板辐射采暖系统 随着科技的发展和...3.散热器的选择原则 1)散热器的工作压力,应满足...5.2.3 膨胀水箱和膨胀罐 1.膨胀水箱 (1) 膨胀...
供热专业基础与实务
辐射力 B 、辐射强度 C 、发射 率 D 、辐射系数 9 、选择散热器时,下列...楼高 20m 的建筑物室内低温热水采暖系统采用膨胀水箱定压,膨胀水箱 的膨胀管...
地面辐射供暖
系统和施工种类、材料设备选择、施工工序及要点 等...2.地暖的起源 低温热水地面辐射供暖技术是二十世纪...系统各部分作用 5.1 壁挂炉(内置膨胀水箱和水泵) ...
供热工程论述题
3)有可能利用最高层的辅助空间架设膨胀水箱; 4) ...3).补水泵扬程的选择计算与补水点和定压点(压力...2) 、低温热水地面辐射采暖。 3) 、供暖系统的热...
更多相关标签: