水地暖盘管的分布设计教程

水地暖盘管的分布设计教程
地面辐射供暖与对流式散热器供暖相比，由于这两种供暖系统末端传热原理及构成不同。

因此，地暖系统加热管分布的设计与传统的散热器供暖系统的设计相比，有着一定的特殊性和差异性。

散热器供暖系统的设计流量只与热负荷有关，而地暖系统的设计流量不仅与热负荷有关，而且还与环路数有关。

在GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》4.4.8条中规定：热水管道无坡度敷设时，管内的热媒（热水）流速不得小于0.25m/s。

JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》3.5.11条中也规定：加热供冷管和输配管中媒介流速不宜小于0.25m/s。

这一条的确定是根据流体力学中的雷诺试验原理：不同的两种媒介在一水平空间流动，当流速低于一定值时（雷诺系数小于2320即层流状态），两种媒介不会混合，而流速高于该一定值时（雷诺系数大于2320即紊流状态），两种媒介就会混合在一起。

我们知道，在热水供暖管道中，由于水流在系统不同段的流动状态不同且状态极其复杂，同时，供回水间有较大温差，使管道中除了有水以外，还会产生和夹带很多空气，为使水流能将夹带在其中的空气带走送到相应的排气装置处排除，而不至于在管道中积聚形成“气塞”，就必须使管道中的水流流态处于紊流状态。

韩国首尔大学的研究人员曾经做过实验，当加热管中水流速度小于0.17m/s 时，夹带在热水中的空气就会聚集在一起且完全不流动，形成“气塞”。

这就是说，为保证地暖系统的每个管环路中热水的流速，其流量应有一个最小值限制，以20×2.0加热供冷管来说，最小值为：
g=0.0082×3.14×0.25×3600=0.18m3/h
并且，JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》附录B中所给出的单位面积的散热量也是以每个环路中这样一个流量值为基础或者状态计算出来的。

鉴于JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》中并未给出地暖末端系统环路数的计算要求和计算方法，所以大部分设计院和地暖公司在地暖末端系统设计中，并未对地暖环路数计算确定，而基本上是随意估算确定的，实践证明，很多地暖系统不能正常运行是由于环路数设计不合理而造成流量配给不合适造成的。

结合本人多年从事地暖工程的设计与施工体会，提出地暖加热管分布的设计方法，供业内参考。

设计步骤如下。

1 热负荷计算
1）基本耗热量计算
Q1=KF（tn-tw）
式中：Q1—围护结构的基本耗热量，W；
K—围护结构的传热系数，W/（m2•℃）；
F—围护结构的传热面积，m2；
tn—供暖室内计算温度，℃；
tw—供暖室外计算温度，℃；
a—围护结构的温差修正系数。

2）附加耗热量计算
Qj= Q1（1+βch+βf+βLiang+βm+βWkq）•（1+βfg）
式中：βch—朝向修正率；βf—风力修正；βgc—高层建筑外窗的风力修正；βLiang—两面外墙修正；βm—窗墙面积比过大修正；βfg—房高修正；βWkq—外门开启附加（修正）率。

对地暖还要考虑间歇供暖附加值和户间传热负荷：Qj= a•Q1+qh•M。

式中：a—考虑间歇供暖的修正系数，应根据热源和供暖方式、分户计量收费方式、供暖地面的热容量等因素确定，无资料时可参考表取值；qh—房间单位面积平均户间传热量（W/㎡），可取qh＝7W/㎡；M—房间使用面积（㎡）。

对地暖还要考虑住宅家具对地面覆盖率增加散热量的修正。

3）冷风渗透耗热量计算
Q2=0.28cppwcL（tn-tw）
式中：Q2—由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，W；cp—空气的定压比热容；pw—供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；L—渗透冷空气量，m3/h；
总热负荷Q=Qj+Q2
2 计算系统流量
G =0.86Q/（tn-tw）
式中：G—系统流量。

3 系统参数计算
1）供水平均温度计算：
tsj=（tg+th）/2
式中：tsj—平均水温度；tg—供水温度；th—回水温度。

2）区域单位面积散热量：
q=Q/F
式中：q—区域单位面积散热量；Q—该区域热负荷；F—该区域有效散热面积。

根据区域单位面积散热量，计算管间距或查JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》附录B确定管间距。

3）辐射面（地面）温度校核：
tpj=tn+ 9.82（q1/100）0.969
式中：tpj—为满足单位地板面积所需散热量而应达到的地板表面平均温度（℃）；q1—单位地板面积所需有效散热量（W/m2）；tn—室内空气温度，可按比对流供暖时降低2℃确定室内计算温度（℃）。

4 地暖环路数计算:
每个回路最小流量：
g=3600×0.25×3.14r2
式中：g—环路最小流量；r—加热供冷管内径。

地暖环路数计算：L= G/g
式中：L—系统环路数（取整值）；G—系统流量；g—环路最小流量。

5 关于靠外墙处加热管的分布
由于外墙面的温度会较内墙面温度低，而吸收大量的辐射能，致使房间靠外墙处的温度较室内其它处低，如上图，使室内温度不均匀，大大降低了房间人居舒适度。

因此，建议布管时在靠近外墙处将2～3根加热管间距加密布置，以解决该区域温度较低的问题。

6 根据各区域所确定的管间距和系统总环路数画平面图，确定每个环路的管长。

7 校核
如果平面布置图与《规程》的规定及计算结果差异较大，按《规程》的规定布置环路数重新计算系统参数。

校验方法：环路管长是否符合《规程》规定的要求，如果符合《规程》要求，设计完成。

如果不符合《规程》规定的要求，调整环路管长使其符合《规程》规定的要求，然后重新计算环路数。

最后再重新计算系统参数。

8 举例
一多层建筑的三楼靠山墙户，建筑面积为75㎡，使用面积62㎡，50%节能标准，墙体传热系数0.5W/(m2•℃)，门窗传热系数2W/(m2•℃)，楼梯间温度13℃，经计算总热负荷为3600W，采用地面辐射供暖，供回水温度为45/35℃。

采用20×2.0加热管，不实施分室控制，设计如下：
供回水平均温度
tsj=（45＋35）/2=40℃
环路最小流量
g=3600×0.25×3.14×0.0082=0.18m3/h
计算系统流量
G1=0.86×3590/10=310L/h
环路数
S=310/180=1.72（取2）
实际系统流量
G=0.18×2=0.36m3/h
通过对设计的平面图实测，两个环路管长均为97m；地面温度如表，均符合JGJ142-2012《地面辐射供暖供冷技术规程》的设计规定，设计完成。