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对住宅采暖户内系统形式的探讨

收录时间:2005-12-25 03:57 来源:建筑中文网  作者:碧森尤信  阅读:0次 评论:0我要评论

内容提示:自2000年建设部76号令\'民用建筑节能管理规定\'(下称76号令)公布后,住宅采暖形式发生了很大变化,虽然已有相关的设计规范、设计技术规程出台,使采暖设计有了依据,但在设计中仍有许多问题需要探索。现就户内供暖形式选择、塑料类管材选用和采暖供、回水温度的选择等总是进行了分析。通过工程实例,对选用不同水温时,对散热器散热量和造价的影响做了比较。      建设部76号令和北京市\'新建集中供暖住宅

延伸阅读:号令 建设部 户内 设计 采暖



   

    建设部76号令和北京市'新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程'(下称技术规程)公布执行后,住宅供暖设计进入了一个新的历史阶段,延用多年的上行下给单管顺序式采暖系统,由于不能满足分室控制和按户计量的要求而退出了历史舞台。(参考《建筑中文网
   
    一、住宅采暖设计中可供选择的户内系统形式
   
    76号令和'技术规程'实施后,住宅采暖出现了多元化的系统形式,但仍以采用散热器供暖方式为多数。在'技术规程'中规定当采用散热器供暖方式时,应根据建筑平面和层高、装饰标准和使用要求、管材和施工技术条件等因素,选择采用以下户内供暖管道布置方式:
    1.布置在本层顶板下,采用上分双管式系统。
    2.布置在本层地面上或镶嵌在踢脚板内,采用下分双管式或水平串联单管跨越式系统。
    3.布置在本层地在下的垫层内,采用下分双管式、水平串联单管跨越式或放射双管式系统。
    第一种形式是最简便的方式,除管道入户前安装入户装置外,户内系统与传统的上分双管系统区别不大,采暖管可使用金属镀锌钢管,可按要求设置管道坡度。但由于采暖水平管及立管暴露在室内,影响美观,常在方案比较时被淘汰。
    第二种形式,采暖管设在地面上明装,也不被接受。镶嵌在踢脚板内虽可被接受,但在实施时由于受房型限制,管道过门难处理,因而此方案也很少被采用。
    第三种形式,采暖管设在地面下垫层内,房间内只见散热器及其支管,现已被多数建设单位接受。一般是在结构板上做50~60毫米垫层,并为此将房间层高提高100毫米。由于管道在垫层内埋设,在管材选用、供水温度确定等方面与传统采暖系统有较大差别。现就设计中遇到的一些问题进行分析。
   
    二、管材选用
   
    '技术规程'规定,户内供暖埋设在垫层内的管道,应根据系统工作压力、水质要求、材料供应条件、施工技术条件和投资等因素选用。可供选用的管材有四种:交联铝塑复合(XPAP)管;聚丁烯(PB)管;交联聚乙烯(PE-X)管和无规共聚聚丙烯(PP-R)管。'技术规程'还规定,对散热器供暖系统,塑料类管材使用条件分级,应不低于五级。此时管道寿命为:在20℃状态,使用50年。但是当压力、温度升高后,上述管材寿命都有不同程度的衰减,因而在选择管材时,必须根据系统工作状态下的温度、压力计算出管道的最小壁厚,确定适合的管材。
    根据'低温热水地板辐射供暖技术规程',管材环应力和随压力之间关系如下式:
   
    σ/P=(D-e)/2e=S (1)
   
    式中:σ -- 环应力(MPa);
    P -- 管内应力(MPa);
    D -- 管外径(mm);
    E -- 管壁厚(mm);
    S--管材环应力与承压的比值。
    在不同工作压力状态下,按(1)式可计算出S值并选出管道最小壁厚。见表1~3:
   
    P=0.8MPa时,各种管材的S值及壁厚(mm) 表1

管材

    σ(MPa)

    σ/P=S

    壁厚(mm)

    D16

    D20

    D25

    3.24

    4.05

    1.8

    2.3

    2.8

    1.31

    5.39

    1.5

    1.9

    2.3

    1.90

    2.38

    3.3

    4.1

    5.1

    P=0.6MPa时,各种管材的S值及壁厚(mm) 表2

   

管材

    σ(MPa)

    σ/P=S

    壁厚(mm)

    D16

    D20

    D25

XPAP管PE-X管

    3.24

    5.40

    1.5

    1.9

    2.3

PB管

    1.31

    7.18

    1.3

    1.5

    1.9

PP-R管

    1.90

    3.17

    2.2

    2.8

    3.5

    P=0.4MPa时,各种管材的S值及壁厚(mm) 表3

   

管材

    σ(MPa)

    σ/P=S

    壁厚(mm)

    D16

    D20

    D25

XPAP管PE-X管

    3.24

    8.10

    1.3

    1.5

    1.9

PB管

    1.31

    4.31

    10.78

    1.3

    1.3

PP-R管

    1.90

    4.75

    2.2

    2.8

    3.5

    厂家生产的管材一般外径×壁厚为:D16×2、D20×2、D25×2.5。由上表可比较出,在相同压力下,PP-R管管壁最厚,PB管管壁最薄。PP-R管即使在P=0.40MPa状态,D20管壁厚也需2.88mm,由于不好弯曲,施工困难,工程中不宜采用。PB管上由于环应力高,性能最好,可按标准厚度选用。XPAP及PE-X管在P=0.80MPa时,管壁超出标准厚度,选用时应认真核对,否则会减少使用寿命。当P=0.60MPa以下时,可按标准厚度选用。
   
    三、供、回水温度选用
   
    1.采暖系统供、回水温度
    在传统的采暖系统中,使用金属管材,供、回水温度95~70℃。对于埋在垫层内的塑料类管材,在设计中使用条件选用五级时,其含义为:在50年总使用周期中,正常操作温度在20℃时共历时14年;60℃时共历时25年;80℃时共历时10年;90℃时共历时1年;100℃意外运行条件不超过100小时。由此可见,不宜使用95~70℃水温。如果使用,只能认为系统在运行中,水温达到95℃时间很少,有些勉强。这上种设计不够严瑾,也降低了管材使用寿命。由于目前各种规程、规范没有对水温做出规定,在设计中就出现多种选择95~70℃,85~60℃,80~60、甚至70~50℃也有使用。
   
    2.供、回水温度对散热器散热量的影响
    以铸铁四柱760型散热器为例,其传热系数K和每片散热器散热量q的计算式为:
   
    K=2.503Δt0.293 q=f·k·Δt Δt=(t1+t2)/2 -tn
   
    式中:f--每片散热器散热面积f=0.235m2
    t1--供水温度(℃ )
    t2--回水温度(℃ )
    tn--室内温度(℃ ),取tn =18℃
   
    水温变化后散热器散热量变化 表4

   

    供、回水温度(℃ )

    Δt(℃ )

    K(W/m2·K)

    q(W/ 片)

    95~70

    64.5

    8.49

    128.0

    85~60

    54.5

    8.07

    103.0

    80~60

    52.5

    7.97

    97.4

    70~50

    42.0

    7.48

    73.8

    由表4比较得出,当水温85~60℃时,散热器散热量为95~70℃时80%;当水温98~70℃时,散热器散热量为95~70℃时76%,当水温70~50℃时,散热器散热量为95~70℃时57%
   
    3.以具体工程为例,比较不同供、回水温度对散热器片数及造价的影响
    北京市郊区某九层住宅楼,建筑面积11286m2,采暖热负荷583360W,采暖热指标51.7W/m2。按'技术规程'规定,计算户间传热负荷后,每户平均增加热负荷35%。设计中选用铸铁四柱760内腔无砂型散热器,供热管设在地面下垫层内,下分双管采暖系统。
   
    不同水温所需散热器片数和造价比较 表5

   

    供、回水温度
    (℃ )

    散热器散热量
    (W/片)

    需散热器
    (片)

    散热器单价
    (片)

    总价
    (万元)

    造价比较

    95~70

    128

    6153

    22.0

    13.54

    1

    85~60

    103

    7646

    22.0

    16.82

    1.24

    80~60

    97.4

    8086

    22.0

    17.79

    1.31

    70~50

    73.8

    10671

    22.0

    23.48

    1.73

    根据表5数据,当水温为70~50℃时,散热器的投资比90~70℃时增加73%,净增投资9.94万元。另外,散热器过多,占用较多建筑面积,设计中很难布置。95~70℃虽然是最经济的,但其运行温度与塑料类管材使用条件不匹配。选用85~60℃和80~60℃虽然也增加24%和31%的投资,但考虑塑料管的使用寿命,还是比较恰当的。
   
    四、管道与散热器连接形式的比较
   
    对布置在本层地面下垫层内的管道与散热器的连接。北京市试用图'新建集中供暖住宅分户热计量设计和施工试用图集'中给出了双管系统、水平串联单管跨越式系统和放射双管系统的标准做法。
    1.水平串联单管跨越式系统安装后比较简洁,管道不需另件连接,安装恒温三通阀或三通调节阀后有分室调节功能。但有计算繁琐、系统末端水温较低,散热器片数较多的问题。
    2.双管系统采用XPAP管和PE-X管时,在垫层内不能有管件接头,需将管道翻至地面上做接头,要求散热器有一定高度,安装后效果不好。但在安装恒温二通阀或手动调节阀后,有较好的分室调节功能。
    3.放射双管系统和单管系统一样,连接不需管件,安装后效果较好。由于装有分、集水器,散热器支管加温控阀或手动调节阀,使系统具有集中调节和分室调节功能。这种系统的缺点是当户内房间较多时垫层内管道太多,会使地面温度升高,另外室内装修时有扎坏管道的可能。解决的办法是在管道外加保护套管,防止地面温升,并在施工结束时应有竣工图备案,使装修时能避开管道位置。放射双管式和水平串联单管跨越式系统相结合,例如把热负荷小的房间与其相邻的房间串联在一起,有助于这两种形式扬长避短,是可行的方案。石景山杨庄某小区住宅楼采用了这种形式,已投入运行,取得满意效果。
   

   

    五.结论
   
    1.户内供暖管布置在本层顶板正气双管系统最简单,施工、检修方便。
    这种系统因管道外露不被各方看好,但目前对埋地塑料管在供暖系统中的使用寿命还有待证实。使用50只是理论推算的结果,国内还没有使用50年的工程实例。至于管道外露,完全可以在装修中解决。现在住宅层高已提高了100毫米,水平管只需局部吊顶住户在房间高度上可得到实惠。
    2.塑料类管材更适合用于低温水地板辐射采暖系统
    如选用供暖管埋于垫层方案,宜首选地板辐射采暖系统,因其供水温度不超过60℃,运行温度与管道特性匹配。辐射采暖还可降低热负荷,节约能源,又利于楼层间隔音,使住宅更舒适,提高了住宅档次。
    3.PP-R管只适用于温度、压力较低的采暖系统
    四种塑料管中PB管性能最好,PP-R管性能最差。PB管还有再生性,但价格高,是XPAP管价格的1.5~1.8倍,选用时应做技术经济比较。XPAP、PE-X管在P=0.8Mpa时应加厚管壁,更适合在P=0.6Mpa以下状态使用。
    4.供暖管埋在垫层内的散热器系统,放射双管式与水平串联单管跨越式相结合的系统更适用。
   
   
    参考文献:
   
    1.北京市标准'新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程' (DBJ 01-605-2000)
    2.北京市标准'低温热水地析辐射供暖应用技术规程' (DBJ 01-49-2000)

来源: 《建筑中文网》.

原文网址:http://www.fourtwentydesign.com/research/200512/1327.htm

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