某民用住宅低溫地板輻射采暖節(jié)能設(shè)計(jì)

1、目錄中文摘要（關(guān)鍵詞）1外文摘要（關(guān)鍵詞）21緒論31.1地板采暖的歷史31.2地板采暖的特點(diǎn)5地板采暖的優(yōu)點(diǎn)5地板采暖的缺點(diǎn)71.3地板輻射采暖的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀7國(guó)外研究現(xiàn)狀7國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀81.4地板輻射采暖的發(fā)展前景81.5地板輻射采暖的結(jié)構(gòu)和布置形式91.6地板輻射采暖主要參數(shù)規(guī)定和適用范圍10地板采暖的主要參數(shù)規(guī)定10地板采暖的適用范圍101.7本文主要研究?jī)?nèi)容和意義102設(shè)計(jì)原始資料122.1土建資料122.2沈陽(yáng)地區(qū)室外氣象參數(shù)123采暖熱負(fù)荷計(jì)算133.1各計(jì)算參數(shù)的確定13室內(nèi)計(jì)算溫度13室外計(jì)算溫度13圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)13維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱熱阻最小傳熱阻校核143.2熱負(fù)荷計(jì)算15

2、圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量15冷風(fēng)滲透耗熱量15冷風(fēng)侵入耗熱量16圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加耗熱量164地板輻射采暖設(shè)計(jì)及水力計(jì)算194.1地板輻射采暖設(shè)計(jì)19采暖盤管布置19采暖盤管設(shè)計(jì)計(jì)算204.2水力計(jì)算22基本原理22戶內(nèi)環(huán)路水力計(jì)算23系統(tǒng)水力計(jì)算234.3設(shè)備選型27溫控閥的選擇27熱表的選擇27分集水器的選擇285系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析295.1系統(tǒng)初投資計(jì)算295.2系統(tǒng)的節(jié)能收益計(jì)算295.3系統(tǒng)的回收年限計(jì)算296系統(tǒng)的節(jié)能分析和環(huán)保健康效益分析316.1建筑熱負(fù)荷節(jié)能分析316.2外網(wǎng)熱損耗節(jié)能分析31熱損耗計(jì)算31熱損耗計(jì)算實(shí)例分析326.3熱計(jì)量方式節(jié)能分析326.4環(huán)保健康效益337結(jié)論及

3、建議357.1結(jié)論357.2展望35參考文獻(xiàn)36致謝38摘要低溫地板輻射采暖是一種利用建筑物內(nèi)部地面進(jìn)行供暖的系統(tǒng)。它既能高效地使用各種低品位能，達(dá)到節(jié)能效果；又具有室內(nèi)溫度均勻、衛(wèi)生條件高、舒適性好等特點(diǎn)。是一種減少建筑能耗、提高熱舒適性的理想供暖系統(tǒng)。本文主要是對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)一棟每戶95的七層民用住宅樓進(jìn)行低溫?zé)崴匕遢椛洳膳墓?jié)能設(shè)計(jì)。首先通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)氣候特點(diǎn)、能源狀況以及采暖方式的調(diào)研分析，同時(shí)考慮到采用降低室內(nèi)計(jì)算溫度的方法來(lái)計(jì)算采暖熱負(fù)荷，選擇室內(nèi)計(jì)算溫度為15，室外計(jì)算溫度為-26，計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本熱負(fù)荷、冷風(fēng)滲透熱負(fù)荷、附加熱負(fù)荷，其總和為70492W。在管道鋪設(shè)方面，選擇了P

4、E-X管雙回形鋪設(shè)的方式，這種鋪設(shè)方式地板表面溫度的均勻，滿足了舒適性要求。接著對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了水力計(jì)算，包括戶內(nèi)盤管系統(tǒng)水力計(jì)算、系統(tǒng)總立管的力計(jì)算，得到系統(tǒng)總阻力為3721.49Pa，總干管管徑為DN70，進(jìn)入各戶分水器支管的管徑為DN32，戶內(nèi)盤管管徑為DN20和DN16。然后，選取各戶需安裝溫控閥、熱計(jì)量表及分集水器，通過(guò)計(jì)算分析分別選擇CRL-H戶用型超聲波熱量表、甘普爾溫控閥、ZF25F25-6-CJ/T251型分集水器，對(duì)各戶房間進(jìn)行溫度控制和熱計(jì)量。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能經(jīng)濟(jì)性分析和環(huán)保健康分析，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算得出系統(tǒng)在每年采暖期內(nèi)可以節(jié)省4.9107kw的能量，使用周期內(nèi)可減少二氧化

5、碳排放3.6t。系統(tǒng)總投資為4554元，每年的節(jié)能收益為1071.3元，算得系統(tǒng)的投資回收期為5.2年。通過(guò)本文的計(jì)算分析，可見(jiàn)低溫地板輻射采暖系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，值得在我國(guó)推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：低溫地板輻射采暖；熱舒適；節(jié)能；經(jīng)濟(jì)性；寒冷地區(qū)ABSTRACTThe low temperature radiant floor heating is a system that takes advantage of the floor surface to heat the room. It not only efficiently makes use of the various low en

6、ergy to the energy efficiency, but also has the even room temperature、good sanitation、good comfort and so on.So it is a ideal heating system that reduces the consumption of energy and raises the thermal comfort.In this paper, a seven floors civilian residential buildings which per household have 95

7、square meters in Shenyang is choosed to make a energy efficient design of low temperature hot water radiant floor heating system.First, we take a investigation and analysis of the climatic characteristics, the energy situation as well as the heating methods of the Shenyang region, taking into accoun

8、t of reducing the indoor temperature to calculate the heating thermal load, then choosing the design indoor temperature 15C, the outdoor design temperature -26C to calculate the heat load of the building envelope, the cold air infiltration heat load, the additional heat load, of which the sum is 704

9、92W. As for the PE-X pipe laying, choosing the dual-back-shaped laying way .Using this kind of laying way ,the temperature of the floor surface is uniform, which meeting the comfort requirements. Then is the hydraulic calculations of system, including the indoor coil system hydraulic calculations, t

10、otal system riser force calculation, we get the total system resistance 3721.49Pa,total dry pipe diameter DN70, the branch pipe diameter households DN32, indoor coil diameter DN20 and DN16. Then, the households needed Gan Poor temperature control valve, ZF25F 25-6-CJ/T251 type manifolds, CRL-H house

11、hold ultrasonic heat meters were selected by computational analysis for each household room temperature controling and heat metering. Finally, taking the economic analysis of the energy-saving and environmental health analysis of the system .By the data calculation during the annual heating period,

12、the system can save energy of 4.9 107kw, reduce carbon dioxide emissions 3.6t through the life cycle. Additional investment in system is 5270.6 yuan , annual energy-saving benefits is 1071.3 yuan, and, the payback period is 6.4 years.According to the computational analysis of this article, showing t

13、hat low-temperature radiant floor heating system own the advantages and value,and it should be widely applied.Keywords: low temperature radiant floor heating; thermal comfort; energy conservation; economy; coldregions1 緒論地板輻射采暖是以溫度不高于60的熱水，在埋置于地板下的盤管系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，加熱整個(gè)地板，通過(guò)地面均勻地向室內(nèi)輻射散熱的一種供暖方式。由于人體換熱量中約有50%

14、是以輻射的方式進(jìn)行的，因此地板輻射采暖能夠更有效的提供人體所需要的舒適性溫度1。加之其衛(wèi)生條件好、便于熱計(jì)量和能充分利用低品味能源等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，是當(dāng)今較為先進(jìn)的一種采暖方式，也是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最為理想的節(jié)能采暖方式。 1.1地板采暖的歷史早在公元前60年的古羅馬時(shí)代，地板采暖就以“火地”的形式出現(xiàn)，在我國(guó)古代也曾廣泛采用這種采暖方式，例如我國(guó)北方農(nóng)村常見(jiàn)的火坑，都可以說(shuō)是輻射采暖的雛形。一九零七年，英國(guó)的巴克爾教授首先申請(qǐng)了輻射采暖的專利，自此人們對(duì)輻射采暖的研究一直在進(jìn)行。前蘇聯(lián)是現(xiàn)代輻射采暖應(yīng)用和研究最早的國(guó)家之一，早在二十世紀(jì)初期，BA 亞希莫維奇工程師就在俄國(guó)組織完成了

15、十幾個(gè)輻射采暖系統(tǒng)。早期的地板輻射采暖系統(tǒng)采用預(yù)埋金屬管道，雖然地板采暖與常規(guī)采暖方式相比具有衛(wèi)生、舒適等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于受手工業(yè)生產(chǎn)方式的限制，以及人們擔(dān)心埋入地板中的鋼管會(huì)產(chǎn)生腐蝕和滲漏等不易解決的問(wèn)題，使得這種采暖方式?jīng)]有得到迅速的發(fā)展。本世紀(jì)四十年代中期，人們?cè)谑軕?zhàn)爭(zhēng)損壞的建筑物中發(fā)現(xiàn)，埋于混凝土中的鋼管比裸露在空氣中的管子保存的更好，消除了對(duì)鋼管使用壽命的疑慮，使熱水地板輻射采暖方式在世界范圍內(nèi)得到普遍采用，對(duì)地板輻射采暖的研究日益深入。六十年代，隨著社會(huì)工業(yè)化程度的提高，其它采暖設(shè)備價(jià)格下降、性能提高，各種采暖形式競(jìng)相出現(xiàn)，加之鋼管地板采暖系統(tǒng)本身所存在的施工要求嚴(yán)格、出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象

16、不易解決等問(wèn)題，在一定程度上阻礙了熱水地板輻射采暖的發(fā)展。七十年代，人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適性要求日益提高，對(duì)建筑節(jié)能問(wèn)題更加重視，使得對(duì)地板采暖系統(tǒng)優(yōu)越性得到更深刻的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致了對(duì)地板輻射采暖專用材料與設(shè)備的研制。瑞典的 Wirborubs 公司首先研制出了適用于地板采暖的交聯(lián)聚乙烯管見(jiàn)圖1.1，解決了原有鋼管系統(tǒng)接點(diǎn)滲漏、施工復(fù)雜等難題，使地板采暖系統(tǒng)又重新煥發(fā)了生機(jī)2-4。地板采暖在歐洲的發(fā)展十分迅速，一九七五年僅在西德就有三百多家公司生產(chǎn)地板采暖系統(tǒng)管材與設(shè)備，在德國(guó)、英國(guó)、奧地利和瑞士等國(guó)家有四百多家承包商經(jīng)銷地板采暖系統(tǒng)。地板采暖管材與設(shè)備等產(chǎn)品已經(jīng)配套，每個(gè)廠家都有自己獨(dú)立的產(chǎn)品體系。

17、近些年，地板輻射采暖在歐美以及亞洲等地得到了廣泛的應(yīng)用。一九八三年，在西德采暖市場(chǎng)中，地板采暖占 33；美國(guó)Davis集團(tuán)率先完成了地板采暖的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)；許多國(guó)家為地板輻射采暖制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，如NSF國(guó)家衛(wèi)生組織；NSPC國(guó)家水管設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)；PPI塑管協(xié)會(huì)；CSA加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)；ASHRAE手冊(cè)也對(duì)地板輻射采暖制定了許多設(shè)計(jì)原則。在我國(guó)，自上個(gè)世紀(jì)五十年代就開(kāi)始有相關(guān)科研人員對(duì)地板采暖技術(shù)進(jìn)行研究，曾經(jīng)試用鋼管埋入混凝土樓板內(nèi)通入熱水獲得熱輻射，為了解決鋼管腐蝕生銹問(wèn)題，科技人員又研制了一種陶瓷管來(lái)代替鋼管，但由于陶瓷管承壓能力有限等技術(shù)問(wèn)題，使得此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展緩慢，未能獲得大眾的認(rèn)可。但

18、隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，適用于地板輻射采暖的材料越來(lái)越多，使地板輻射采暖在我國(guó)有了更多的應(yīng)用。一九八七年七月石家莊國(guó)際大廈從德國(guó)引進(jìn)安裝了第一套塑料管地板采暖系統(tǒng)；機(jī)械部上海材料研究所成功地研制了全套塑料管地板采暖材料，并于一九八七年底在北京市河南飯莊進(jìn)行了第一個(gè)試點(diǎn)工程。目前國(guó)內(nèi)許多單位和地區(qū)都在進(jìn)行地板采暖的研究試用工作，相信在不久的將來(lái)，地板采暖將會(huì)得到更多的應(yīng)用。圖1.1 交聯(lián)聚乙烯管除低溫?zé)崴椛洳膳?，還有低溫加熱電纜輻射采暖技術(shù)。但目前我國(guó)還沒(méi)有大量生產(chǎn)地?zé)犭娎|的廠家，大部分使用產(chǎn)品依賴于進(jìn)口，而且進(jìn)口商品價(jià)格偏高，影響了我國(guó)地?zé)犭娎|采暖工作推廣和普及。國(guó)內(nèi)有幾家大型的國(guó)際企業(yè)地?zé)犭?/p>

19、纜代理機(jī)構(gòu)，如：美國(guó)地?zé)峁?、挪威耐克森公司、尼沃特公司、法?guó)愛(ài)普麗莫公司、法國(guó)愛(ài)迪士公司、日本威斯木株式會(huì)社等，分別在北京、上海、大連、大慶等地進(jìn)行過(guò)樣板工程和試點(diǎn)施工，老式建筑也有進(jìn)行改裝，總體運(yùn)行效果良好。我國(guó)于1999年在大慶首次采用了國(guó)外進(jìn)口材料進(jìn)行房屋采暖得到了人們的普遍認(rèn)同。大慶油田奧維電纜有限公司生產(chǎn)的電熱材料是依據(jù)IEC800標(biāo)準(zhǔn)的基本規(guī)定，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，具有自己的專利技術(shù)的產(chǎn)品。其復(fù)合式絕緣提高了它的使用壽命和耐電強(qiáng)度，這是國(guó)外產(chǎn)品無(wú)法比擬的，此項(xiàng)產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā)可以替代進(jìn)口，而且填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，具有巨大的市場(chǎng)潛力。地板采暖的發(fā)展歷史很長(zhǎng)對(duì)其研究也較多。

20、早在四十年代就有美國(guó)的對(duì)地板輻射采暖形式的自然對(duì)流進(jìn)行了分析。五十年代，ASHVEA成員等人研究了地板輻射采暖與制冷房間的熱交換，等人對(duì)地板輻射采暖房間的自然對(duì)流與輻射進(jìn)行了分析與測(cè)試。隨著地板輻射采暖應(yīng)用的日益廣泛，人們對(duì)它的研究也逐漸深入。1.2 地板采暖的特點(diǎn) 地板采暖的優(yōu)點(diǎn)低溫地板輻射采暖作為一種新型采暖方式，與傳統(tǒng)的散熱器采暖相比，其具有以下特點(diǎn)：（1）溫度分布均勻，舒適性好采用地板輻射采暖時(shí)的室內(nèi)溫度垂直分布均勻，地板表面溫度不高于30，地板上空氣溫度均勻降低達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，地面50cm以上垂直方向的溫度基本保持不變，室內(nèi)空間各水平面的溫度基本相同。因此，采用地板輻射采暖時(shí)，使人們“

21、足熱頭涼”，這正給人以生理需求的最佳舒適感。而在采用以對(duì)流為主的散熱器采暖時(shí)，由于這種采暖方式是以對(duì)流散熱為主，靠近散熱器的空氣被加熱后密度變小，熱空氣上升，形成空氣對(duì)流，因此室內(nèi)垂直面的溫度變化很大，人體下部處于采暖的低溫區(qū)，頭部處于較高的溫區(qū)。與對(duì)流采暖方式相比，采用地板輻射采暖時(shí)，室內(nèi)空氣溫暖柔和，濕度適宜，因此其舒適性明顯好于以對(duì)流為主的散熱器采暖方式5。下圖1.2為室內(nèi)溫度垂直分布圖：圖1.2 室內(nèi)溫度垂直分布圖（2）降低室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，能使用低品位能源，減少能源消耗同樣舒適條件下，地板輻射采暖的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度比對(duì)流散熱器采暖的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度低23，這就使地板輻射采暖系統(tǒng)利用相對(duì)較少熱量就

22、能達(dá)到有效的采暖效果。地板輻射采暖熱量主要集中在人體活動(dòng)區(qū)內(nèi)，室內(nèi)溫度分布均勻，地面的有效溫度高，上部的空氣溫度低，室溫比較穩(wěn)定，無(wú)效熱損失少，節(jié)省了采暖能耗。由于地板輻射采暖系統(tǒng)中各房間環(huán)路相互獨(dú)立，人們可以根據(jù)自己的實(shí)際需要而去調(diào)節(jié)室溫(由于熱惰性的問(wèn)題室溫改變的速度緩慢)，為采暖系統(tǒng)充分有效的節(jié)能和安全可靠的運(yùn)行提供保障，達(dá)到盡量減少不必要能耗的節(jié)能效果。世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)促進(jìn)了太陽(yáng)能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱等的開(kāi)發(fā)利用，而地板輻射采暖所需的供水溫度比較低（一般為 3555），恰與這些低焓熱能相適應(yīng)，因而，它為這些能源的直接利用開(kāi)辟了廣闊的市場(chǎng),另外，由于熱媒的溫度較低，因而在室外管網(wǎng)的傳送

23、過(guò)程中無(wú)效熱損失可大大減少，節(jié)省了采暖能耗。（3）節(jié)省室內(nèi)空間，熱穩(wěn)定性好，適用間歇供暖普通散熱器的采暖系統(tǒng)需將散熱器安裝在室內(nèi)，占用了房間的面積。據(jù)統(tǒng)計(jì)一般的散熱器約占13%采暖建筑面積，給室內(nèi)裝修和家具的擺放均帶來(lái)了麻煩,而地板輻射采暖和建筑構(gòu)造相結(jié)合，房間的地面上沒(méi)有任何管道設(shè)備，不占用房間有效面積。而且由于輻射供暖系統(tǒng)地面層及混凝土層蓄熱量大，在間歇供暖時(shí)，室內(nèi)溫度波動(dòng)小，熱穩(wěn)定性好。（4）易于實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量各房間的供暖管道均接在集中設(shè)置的分水器上，每個(gè)房間的接口處都設(shè)置閥門，實(shí)現(xiàn)了居民對(duì)房間溫度的調(diào)節(jié)，同時(shí)可以在入戶總管上安裝熱量表和控制閥，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)居民采暖供熱的控制與計(jì)量，使熱成為可

24、以計(jì)量的商品，使居民用熱費(fèi)實(shí)現(xiàn)按所用的熱量合理交納供熱費(fèi)，有利于推動(dòng)供熱商品化。（5）施工簡(jiǎn)易，維修工作量小地板輻射采暖采用的塑料管材重量輕、柔韌性好，施工技術(shù)的改進(jìn)使其便于施工，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。地板輻射采暖系統(tǒng)采用地埋管熱融焊接，泄漏問(wèn)題得到極大地解決，因此運(yùn)行期間其操作簡(jiǎn)便，維修工作量少，只需定期檢查過(guò)濾器即可。（6）節(jié)約材料，使用壽命長(zhǎng)目前地板輻射采暖系統(tǒng)采用的管材都具有耐溫范圍廣、耐壓強(qiáng)度高，抗腐蝕、抗銹、抗水垢、抗凍等特點(diǎn)，而且無(wú)味無(wú)臭、衛(wèi)生安全。這些管材既可用于低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，也可以用于生活熱水及管道煤氣上，不僅可以大量替代鋼材，還可以提高系統(tǒng)的使用壽命達(dá)到50年6。（7）有

25、利于改善衛(wèi)生條件輻射供暖減少了對(duì)流散熱，室內(nèi)空氣的流動(dòng)速度也降低了，避免了室內(nèi)塵土的飛揚(yáng)，有利于改善衛(wèi)生條件。（8）解決了大跨度建筑和矮窗式建筑的供暖需求其適用范圍很廣，可在賓館大廳、展覽館、影劇院、商場(chǎng)、醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房、游泳館、體育館、廠房、畜牧場(chǎng)、育苗(種)等場(chǎng)所和中高檔住宅中應(yīng)用，特別適合大跨度高層和矮窗式建筑物的供暖需求，由于它具有舒適、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，很快被人們接受，并得到普遍推廣。 地板采暖的缺點(diǎn)（1）初投資較高由于地板采暖的管材（交聯(lián)管、鋁塑管等）國(guó)產(chǎn)過(guò)程中存在生產(chǎn)設(shè)備投資大，市場(chǎng)占有率較小，其主要連接部件均為銅管件等原因，致使短期內(nèi)地板采暖的管材及主要部件初投資較大。目前

26、每平米的初投資最低在60元左右，一般的可達(dá)到100元。普通散熱器的采暖系統(tǒng)每平米的投資為3538元，中高檔散熱器在6080元之間。（2）土建費(fèi)用增加由于地板采暖管道的敷設(shè)需考慮保溫層，因此會(huì)占用4060mm的層高，要求室內(nèi)建筑凈高相同時(shí)，須提高建筑的層高；而且地板埋管的覆蓋層較一般樓板要厚，增加了建筑物結(jié)構(gòu)的整體荷載，從而導(dǎo)致土建費(fèi)用有所增加。（3）地面遮蓋對(duì)采暖效果影響較大地面遮蓋的影響可從兩方面來(lái)考慮。一方面由于各用戶對(duì)地面裝修的不同會(huì)影響地板的散熱，例如采用地毯作為地面裝修材料時(shí)，由于地毯的熱阻大，使得地板單位面積的散熱量減小；另一方面家具的擺放會(huì)使地板表面的有效散熱面積減少，尤其是目前

27、建筑中的大客廳、小居室的布局，會(huì)對(duì)各房間的地板散熱量有明顯影響，此問(wèn)題需在設(shè)計(jì)階段加以充分考慮7。（4）可維修性較差低溫地板輻射采暖屬隱蔽性工程，維護(hù)工作比較復(fù)雜，一旦通水管道滲漏，需要專業(yè)公司用專用設(shè)備才能查漏和修復(fù)。所以必須把握好設(shè)計(jì)、選材、施工和成品保護(hù)四個(gè)環(huán)節(jié)。1.3地板輻射采暖的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀伴隨著低溫地板輻射采暖系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家和工程師們也在不斷地對(duì)其采暖機(jī)理、節(jié)能效果和熱舒適性等諸多方面進(jìn)行了研究。國(guó)外研究現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)四十年代就有美國(guó)的對(duì)地板輻射采暖形式的自然對(duì)流進(jìn)行了分析，1978年到1980年間，Hannay和Lebrun等美國(guó)諸多學(xué)者對(duì)不同的采暖系統(tǒng)的

28、熱舒適性和能量消耗進(jìn)行了研究，這些研究表明：當(dāng)各種不同的采暖系統(tǒng)達(dá)到相同的熱舒適性時(shí)，其各自能量消耗有較明顯的不同，地板輻射采暖系統(tǒng)可節(jié)能10%40%。近些年，加拿大學(xué)者，利用非線性有限差分法，對(duì)低溫地板輻射采暖系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)低溫輻射采暖系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，如地板表面溫度超過(guò)熱舒適性標(biāo)準(zhǔn)、室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的改變而引起的預(yù)熱時(shí)間的改變、以及太陽(yáng)輻射造成的過(guò)熱而需對(duì)其進(jìn)行控制的具體措施等問(wèn)題進(jìn)行了討論并最終提出：有效的利用太陽(yáng)輻射以降低室內(nèi)熱負(fù)荷以及將室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度按正弦規(guī)律變化都可以有效地降低地板表面最高溫度，減少熱流量。同時(shí)若室內(nèi)溫度按正弦規(guī)律變化而使系統(tǒng)節(jié)約的能耗同在夜間降低室內(nèi)最高輻射

29、溫度所節(jié)約的能耗相同。Caccavelli等利用有限元程序模擬地板采暖系統(tǒng)的三維熱傳遞，他們模擬的結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。Ling等人研究了基于熱舒適性規(guī)則的地板輻射采暖設(shè)計(jì)方法。日本的Haruo等人做了對(duì)地板輻射房間的輻射與對(duì)流熱交換的基礎(chǔ)研究8。南韓的Sung-HwanCho進(jìn)行了對(duì)地板輻射采暖的溫度控制的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)這些研究和測(cè)試，使人們對(duì)地板輻射采暖技術(shù)有了更多的認(rèn)識(shí)，從而保證了地板輻射采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安全可靠的運(yùn)行。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)地板輻射采暖的研究還處在起步階段。一些高校引進(jìn)了國(guó)外關(guān)于低溫地板輻射采暖技術(shù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并加以分析，提出適合在我國(guó)發(fā)展的一些看法，為該技術(shù)在國(guó)內(nèi)開(kāi)展創(chuàng)造

30、了有利的社會(huì)環(huán)境和研究環(huán)境，使該技術(shù)的研究在我國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)。天津地?zé)嵫芯颗嘤?xùn)中心的王萬(wàn)達(dá)和宗立華對(duì)均密度螺旋型布置低溫?zé)崴宦?lián)聚乙烯塑料管地板采暖進(jìn)行研究，建立了穩(wěn)態(tài)傳熱模型，并搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)換熱機(jī)理進(jìn)行理論分析，提出了設(shè)計(jì)計(jì)算的熱性能組合特性曲線。哈爾濱建筑大學(xué)冉春雨等應(yīng)用有限元法對(duì)地板塑料管采暖系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并建立了實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行小樣側(cè)試，證明該系統(tǒng)作為現(xiàn)有建筑的采暖手段是可行的。湖南大學(xué)郭富軍對(duì)低溫地板輻射采暖的控制方式進(jìn)行了探討。青島建筑工程學(xué)院胡松濤等建立二維地板傳熱數(shù)學(xué)模型，以一個(gè)基于有限元法的動(dòng)態(tài)仿真程序得出了不同的供回水溫度和管間距下的地板表面最高溫度、室內(nèi)作用溫度

31、、熱流密度、預(yù)熱期等參數(shù)。哈爾濱建筑大學(xué)孫德興等利用有限元法對(duì)非線性邊界條件的二維地板傳熱模型進(jìn)行計(jì)算，給出了地面材質(zhì)、厚度、管間距、管徑、水溫和室溫等因素對(duì)地板散熱量的影響定量關(guān)系。王曉彤，郭強(qiáng)建立二維穩(wěn)態(tài)地板傳熱模型，用有限元法計(jì)算結(jié)果顯示為保證地板表面溫度均勻，管間距和管道埋深應(yīng)呈二次線性關(guān)系。馮曉梅，肖勇全建立二維非穩(wěn)態(tài)地板傳熱模型，計(jì)算后獲得地板表面溫度與管間距、管道埋深以及水溫的關(guān)系。劉國(guó)丹在2001年測(cè)試了一個(gè)實(shí)際地板輻射采暖的運(yùn)行工況和熱工性能。測(cè)試內(nèi)容包括室內(nèi)空氣溫度分布、地板表面溫度分布、供回水管壁溫度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度、室外溫度、供回水瞬時(shí)流量和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱流量等?？貉嚆?/p>

32、等利用熱舒適理論討論了地板輻射供暖方式與其他方式在房間內(nèi)人體熱舒適方面的差異，指出采用地板輻射時(shí)，由于MRT提高，降低室內(nèi)空氣 2，與現(xiàn)行規(guī)范中室溫18時(shí)的舒適度相同。對(duì)綜合節(jié)能作用進(jìn)行了定量估計(jì)。這些研究成果為我國(guó)地板輻射采暖的發(fā)展起到了促進(jìn)和指導(dǎo)作用9。1.4 地板輻射采暖的發(fā)展前景地暖在我國(guó)起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，發(fā)展速度緩慢。有資料表明，發(fā)達(dá)國(guó)家地暖占總采暖面積的6585，如韓國(guó)住宅約85，加拿大65，丹麥約80。而以我區(qū)為例，按供暖總面積計(jì)目前不足10。我國(guó)人口眾多，地域廣闊，有70的國(guó)土面積、23的人口居住在采暖區(qū)域內(nèi)。有些地域采暖時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，最長(zhǎng)的可達(dá)210d。地暖的推廣應(yīng)

33、用，不僅改善了居住環(huán)境，提高了生活質(zhì)量，采用地暖也是采暖方式的一次變革。近幾年，一些新型管材、燃?xì)獗趻鞝t等產(chǎn)品的出現(xiàn)使得低溫?zé)崴匕遢椛洳膳膽?yīng)用越來(lái)越廣泛。2004年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，加速了系統(tǒng)的工程應(yīng)用。以京津地區(qū)為中心的東北、華北、西北地區(qū)，地板輻射采暖的應(yīng)用方興未艾，且發(fā)展勢(shì)頭很猛。隨著投資成本的降低和新技術(shù)的推廣應(yīng)用，人們對(duì)它的優(yōu)點(diǎn)會(huì)有更為深刻的認(rèn)識(shí)，這種節(jié)能、舒適、環(huán)保的新型采暖方式必將被越來(lái)越多的消費(fèi)者所采納。地暖將逐漸替代普通采暖是大勢(shì)所趨，發(fā)展空問(wèn)巨大，前景不可估量10。1.5地板輻射采暖的結(jié)構(gòu)和布置形式地板輻射采暖結(jié)構(gòu)層由上到下分別為：覆蓋層、找平層、埋管層、隔濕層、絕熱層，

34、如圖1.4所示。其中絕熱層的作用是為了減少熱量向下傳遞，多用聚苯乙烯泡沫板材做成，厚度不宜小于25mm；埋管結(jié)構(gòu)層有木質(zhì)地板結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)兩種，多采用埋管設(shè)圖1.3盤管鋪設(shè)方式于混凝土的做法；隔濕層用來(lái)防止水進(jìn)入保濕層。地面上可根據(jù)用戶裝飾的要求，鋪設(shè)地板或地毯形成覆蓋層。當(dāng)設(shè)有覆蓋層時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，伸縮縫的設(shè)置間距與寬度應(yīng)由計(jì)算確定11。地板輻射采暖系統(tǒng)的塑料埋管鋪設(shè)方式大致分為蛇型和回型兩種形狀，如圖1.3所示。蛇型鋪設(shè)又分為單蛇型鋪設(shè)、雙蛇型鋪設(shè)和交錯(cuò)型鋪設(shè)三種方式；回型鋪設(shè)可分為單回型鋪設(shè)、雙回型鋪設(shè)和對(duì)開(kāi)雙回型鋪設(shè)三種方式。圖1.4結(jié)構(gòu)層構(gòu)造1.6 地板輻射采暖主要參數(shù)規(guī)定和適用

35、范圍 地板采暖的主要參數(shù)規(guī)定（1）結(jié)構(gòu)層厚度：公共建筑90mm，住宅70mm（不含地面層及找平層）（2）熱煤溫度： 60（最高80）（3）供回水溫差：10（4）工作壓力： 0.8Mpa（5）結(jié)構(gòu)層受荷載 2000kg/m3 ,若2000 kg/m3時(shí)，應(yīng)采取相關(guān)措施；（6）供水干管上設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，防止異物進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)； 地板采暖的適用范圍各式住宅、別墅樓；辦公商務(wù)樓、會(huì)展館、大型會(huì)議展廳；停車場(chǎng)機(jī)場(chǎng)跑道，候機(jī)樓、飛機(jī)庫(kù)；工業(yè)廠房、水產(chǎn)養(yǎng)殖、種植大棚、娛樂(lè)場(chǎng)所、體育場(chǎng)館；商場(chǎng)、購(gòu)物中心（尤其適用于大跨度建筑）。1.7 本文主要研究?jī)?nèi)容和意義隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)能源的需求也在成倍地增長(zhǎng)，但地球上

36、所能提供的能源不是取之不盡、用之不竭的，這就要求我們?cè)谀茉词褂脮r(shí)盡可能地提高其利用效率、節(jié)約能源。本文對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)一民用住宅單元樓進(jìn)行了低溫地板輻射采暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，首先計(jì)算出了建筑的采暖熱負(fù)荷，然后對(duì)其進(jìn)行水力計(jì)算，完成管路設(shè)計(jì)。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能效益評(píng)估、健康效益評(píng)估以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。低溫地板輻射采暖由于其舒適性高、衛(wèi)生條件好、便于熱計(jì)量，能充分利用低品味能源等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，是當(dāng)今較為先進(jìn)的一種采暖方式，也是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最為理想的采暖方式。為了整個(gè)供暖期既滿足人們的舒適性要求又盡量節(jié)約能源，我們除了需要對(duì)該系統(tǒng)的原理進(jìn)行仔細(xì)研究，還需要對(duì)地板輻射采暖系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方面進(jìn)行

37、更加深入的研究。從而推薦出切實(shí)有效的調(diào)控方案，來(lái)指導(dǎo)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理12。本文對(duì)地板輻射采暖系統(tǒng)房間進(jìn)行了一系列的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和環(huán)境效益評(píng)價(jià)，為地板輻射采暖系統(tǒng)在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣提供理論依據(jù)。2 設(shè)計(jì)原始資料2.1 土建資料地點(diǎn)：沈陽(yáng)市某小區(qū)21號(hào)樓1單元（七層）墻體：外墻370，內(nèi)墻240，隔墻120（外墻內(nèi)外兩側(cè)分別抹30厚保溫砂漿），墻體的詳細(xì)構(gòu)造資料在下文傳熱系數(shù)計(jì)算中有所體現(xiàn)。門窗：?jiǎn)卧T采用保溫防盜電子對(duì)講門，戶門采用保溫防盜門和木夾板門，內(nèi)門采用木夾板門。外窗采用單框平開(kāi)雙玻塑鋼窗，陽(yáng)臺(tái)外窗采用單框平開(kāi)單玻塑鋼窗。層高：2.8m建筑有效使用面積：95建筑平面簡(jiǎn)圖如圖2.1所

38、示：圖2.1 建筑平面簡(jiǎn)圖2.2沈陽(yáng)地區(qū)室外氣象參數(shù)沈陽(yáng)市圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季室外計(jì)算參數(shù)（近10年內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）如表2.1所示。表2.1 冬季室外計(jì)算參數(shù)城市名稱冬季室外計(jì)算參數(shù) （）供暖期圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型型型型型日平均溫度+5天數(shù)平均溫度平均相對(duì)濕度采暖度日數(shù)（）（%）（d）沈陽(yáng)-26-29-32-34180-9.56451123 采暖熱負(fù)荷計(jì)算3.1 各計(jì)算參數(shù)的確定 室內(nèi)計(jì)算溫度根據(jù)遼寧省標(biāo)準(zhǔn)地面輻射采暖交聚乙烯管道工程技術(shù)規(guī)程采暖熱負(fù)荷宜取房間常規(guī)計(jì)算95%或?qū)⑹覂?nèi)計(jì)算溫度降低2-3計(jì)算13。本設(shè)計(jì)采用降低室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的方法。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度如表3.1所示：表3.1 各房間室內(nèi)計(jì)算溫度臥室餐廳客廳廚

39、房衛(wèi)生間1515151515室外計(jì)算溫度冬季室外計(jì)算溫度的確定要根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型來(lái)確定，通過(guò)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)，可確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型14，計(jì)算如下：熱惰性指標(biāo)： （3-1）式中：材料層熱阻，m/W 材料層蓄熱系數(shù)，m/W外墻：磚墻360mm防潮層15mm水泥砂漿內(nèi)外兩側(cè)30mm厚保溫砂漿1：2.5水泥砂漿6mm1：3水泥砂漿12mm當(dāng)熱惰性指標(biāo)D6時(shí)（查文獻(xiàn)2表1-12），圍護(hù)結(jié)構(gòu)屬型，因此可以確定冬季室外計(jì)算溫度為：。圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)（1）墻體傳熱系數(shù)計(jì)算： （3-2）式中：圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻，m/ W 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面對(duì)流換熱系數(shù)，W/m圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對(duì)流換熱系數(shù)，W/m材料層厚度，m材

40、料層導(dǎo)熱系數(shù)，W/m外墻：W/m（2）窗戶、門外窗：?jiǎn)螌悠介_(kāi)雙玻塑鋼窗 K=2.8 W/m陽(yáng)臺(tái)外窗：?jiǎn)螌悠介_(kāi)單玻塑鋼窗 K=3.26 W/m屋面窗：改性PVC節(jié)能塑鋼窗 K=2.58 W/m內(nèi)門：?jiǎn)螌幽緤A板門 K=2.91 W/m單元門：保溫防盜電子對(duì)講門 K=2.33 W/m（3）屋面20mm木望板上冷底子油瑪蹄脂 =0.1 W/m100mm聚苯保溫板粘貼于木望板下空腔內(nèi) =0.04 W/m W/m維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱熱阻最小傳熱阻校核最小傳熱熱阻： （3-3）式中：圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻，m/W 供暖室內(nèi)計(jì)算溫度與圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的允許溫差，取=15；=-26；=6.0（查文獻(xiàn)2表1-11）外墻最

41、小傳熱熱阻： m/ W外墻實(shí)際傳熱熱阻： m/ W，該外墻滿足保溫要求。3.2 熱負(fù)荷計(jì)算 圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量基本耗熱量: W （3-4） 式中：圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù) W/m 圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積 m 冬季室內(nèi)計(jì)算溫度 供暖室外計(jì)算溫度 圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫差修正系數(shù)（查文獻(xiàn)2附錄4）例：101房間南墻： m =15 W/m =-26 W 其它房間計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.2、表3.3冷風(fēng)滲透耗熱量采用換氣次數(shù)法計(jì)算： （3-5） 式中：房間的內(nèi)部體積， m冷空氣的定壓比熱，=1kJ/kg房間的換氣次數(shù)供暖室外計(jì)算溫度下的空氣密度，kg/m例：101房間南外窗 取 =2/3， m =1.399 kg/m W 其它房間計(jì)算結(jié)果

42、見(jiàn)表3.2、表3.3 冷風(fēng)侵入耗熱量冷風(fēng)侵入耗熱量： （3-6）式中：外門附加率 外門基本耗熱量，W 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加耗熱量（1）朝向修正本設(shè)計(jì)地點(diǎn)是沈陽(yáng)，地處嚴(yán)寒地區(qū)，因此朝向修正取值為：東、西：-5% 南：-15% 北：5%（2）風(fēng)力附加此地點(diǎn)不必考慮風(fēng)力附加（3）高度附加房間高度均不高于4米，不必考慮高度附加根據(jù)以上方法，計(jì)算出各房間的耗熱量，1-6層耗熱量計(jì)算結(jié)果相同，見(jiàn)表3.2；7層由于存在屋頂，其耗熱量不同，計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表3.3。綜上所得，可計(jì)算一單元居民樓總熱負(fù)荷為70492 W。表3.2 首層各房間耗熱量計(jì)算表房間編號(hào)房間名稱圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)室內(nèi)計(jì)算溫度室外計(jì)算溫度計(jì)算溫差溫差修

43、正系數(shù)基本耗熱量耗熱量修正冷風(fēng)滲透圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量Q名稱及方向面積W/mW%WQ2W101主臥室西外墻13.441.1815-26411.0650.23-50.95617.72345.661515南外窗2.702.8015-26411.0309.96-150.85263.47南外墻6.541.1815-26411.0316.41-150.85288.62102臥室西外墻10.921.1815-26411.0528.31-50.95501.89278.321432北外窗2.252.8015-26411.0258.3051.05271.22北外墻6.991.1815-26411.0362.9251.

44、05381.07103餐廳北外門3.603.2615-26411.0481.1850.91.05505.23184.06787廚房1.682.91151051.024.4400.9124.44北外墻3.021.7615-26410.7152.7550.91.05160.39104客廳南外墻6.601.1815-26411.0319.31-150.85271.41284.57978南外窗4.322.8015-26411.0495.94-150.85421.55105衛(wèi)生間北向墻8.262.37151051.097.880197.880.0098106廚房衛(wèi)生間8.262.371515-51.0-

45、97.8801-97.88125.67482北外窗1.802.8015-26361.0181.4451.05190.51北外墻6.461.1815-26361.0274.4251.05288.14餐廳門1.682.911515-51.0-24.4401-24.44107臥室南外墻4.081.1815-26411.0197.39-150.85167.78214.60568南外門4.323.2615-26411.0577.41-150.70.85490.80111主臥室南外窗2.702.8015-26411.0309.96-150.85263.47345.66898南外墻6.541.1815-26

46、411.0316.41-150.85288.62112臥室北外窗2.252.8015-26411.0258.3051.05271.22278.32931北外墻6.991.1815-26411.0362.9251.05381.07113餐廳北外門3.603.2615-26411.0481.1850.91.05505.23184.05787廚房1.682.91151051.024.4400.9124.44北外墻3.021.7615-26410.7152.7550.91.05160.39114客廳南外墻6.601.1815-26411.0319.31-150.85271.41284.57978南外窗

47、4.322.8015-26411.0495.94-150.85421.55115衛(wèi)生間北向墻8.262.37151051.097.880197.880.0098表3.3 頂層各房間耗熱量計(jì)算表房間編號(hào)房間名稱 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)室內(nèi)計(jì)算溫度室外計(jì)算溫度室內(nèi)外計(jì)算溫差溫差修正系數(shù)基本耗熱量耗熱量修正冷風(fēng)滲透圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量Q名稱及方向面積W/mW%WQ2W701臥室南外窗1.14 2.58 15-26411.0 120.17 -150.85102.14 285.54 998 西外墻8.14 1.18 15-26411.0 393.91 -50.95374.21 屋面19.34 0.35 15-264

48、11.0 277.59 -150.85235.95 702臥室北外窗1.14 2.58 15-26411.0 120.17 51.05126.17 263.96 1027 屋面19.34 0.35 15-26411.0 277.59 51.05291.47 西外墻7.52 1.18 15-26411.0 364.01 -50.95345.81 703北客廳北屋面11.49 0.35 15-26411.0 164.88 51.05173.13 215.96 515 北外窗1.14 2.58 15-26411.0 120.17 51.05126.17 704南客廳南屋面17.62 0.35 15-

49、26411.0 252.83 -150.85214.91 337.93 757 南外窗2.27 2.58 15-26411.0 240.33 -150.85204.28 705臥室屋面7.56 0.35 15-26411.0 108.49 -150.8592.21 131.19 326 南外窗1.14 2.58 15-26411.0 120.17 -150.85102.14 706衛(wèi)生間屋面6.20 0.35 15-26411.0 88.90 51.0593.34 0.00 93 711臥室南外窗1.14 2.58 15-26411.0 120.17 -150.85102.14 285.54 624 屋面19.34 0.35 15-26411.0 277.59 -150.85235.95 712臥室北外窗1.14 2.58 15-26411.0 120.17 51.05