民用建筑集中热水供暖系统设计的几点思考

民用建筑集中热水供暖系统设计的几点思考

2012年10月1日，《民用建筑供暖通风和空气调节设计规范》（以下简称“新规范”）正式实施。与gb5009-2003的《供暖通风和空气调节设计规范》（以下简称“老规范”）相比，新标准的内容更全面，新技术、新系统、新设备更全面，这反映了当前供暖技术的发展水平和未来发展趋势。在设计理念和方法上发生了很大变化。设计人员应熟悉这些变化,掌握新规范的精神,才能更好地应用到设计工作中去。本文仅就民用建筑集中热水供暖系统的设计进行了一些分析、梳理,希望能对同行有所帮助。1一般概念和一般规定1.1“供暖系统”的“热媒合作法”有“网““采暖”与“供暖”之争,历经数十年,终于在新规范中尘埃落定。“供暖”着眼于主动,与“供水”、“供电”、“供气”相应。根据规范释义,凡与供暖有关的热媒制备(热源部分,无论是换热站还是锅炉房)、热媒输送(无论是一次网还是二次网)、热媒利用(末端散热器设备,无论是散热器、地暖还是其他方式)都属于供暖系统。当系统为生活热水提供热媒制备、热媒输送或同时为供暖与生活热水服务时,则为生活热水服务的部分以及两者共用的部分,应称为供热系统。1.2按车间附加系数确定供热方案居住建筑的集中供暖系统应按连续供暖进行设计。对于采用分散热源的燃气壁挂炉等分散热源、户式集中空调、采用水-空气系统供暖的系统不受此限。公共建筑应根据使用情况按间歇供暖设计,体现在负荷计算上是要考虑间歇附加系数(见本文第3章),体现在系统上,是要考虑设置值班供暖系统。对于严寒或寒冷地区,在非使用时间内,室内温度应保持在0℃以上;当利用房间蓄热量不能满足要求时,应按保证室内温度5℃设置值班供暖。判定蓄热量能否使室温保持在0℃以上,可以通过能耗模拟软件进行,但对于体育场馆、观演建筑等使用时间规律性不强的建筑,通过采取防冻保护控制、加强运行管理等措施防冻更为可行、可靠、经济。1.3系统高度的影响旧规范规定,对于散热器供暖系统,当系统高度超过50m时,宜竖向分区。新规范取消了50m的限制,指出,供暖系统应按设备、管道及部件所能承受的最低工作压力和水力平衡要求进行竖向分区设置。随着高层建筑的大量涌现以及耐高压的散热器、管材的应用,供暖系统的选择将更为灵活。规范中提到的水力平衡要求,笔者认为应主要针对恒温阀而言,随着系统高度的增加,竖直方向上的不平衡使得恒温阀前后的压差增大,有可能超出恒温阀的调节范围,即使通过恒温阀预置解决了压差问题,但恒温阀的通径减小,噪声增加、容易堵塞。因此除非系统高度超出50m很多的情况,系统不必进行竖向分区,否则,高层建筑的散热器供暖系统仍应通过合理的分区,降低系统工作压力,提高系统调节的平衡性与运行的安全性。1.4网格化系统设计在新规范实施以前,散热器供暖系统的热媒参数从未从规范的角度予以明确过,95℃/70℃工况作为一种常规做法被写入教科书、被所有的散热器标准采用并作为测试散热器标准散热量的额定工况、被塑料管材的标准采用,其后出现的80℃/60℃的工况,则是起因于塑料管材的推广应用。新规范明确规定散热器供暖系统宜按75℃/50℃连续供暖进行设计,且供水温度不宜高于85℃,供回水温差不宜小于20℃。新规范将对散热器数量计算、换热站换热器计算、二次网热膨胀计算、塑料管材选用、保温厚度等设计要素产生影响。2室内设计的计算参数2.1与现有规范的比较,按新规范采集热环境气象数据集《中国建筑热环境专用气象数据集》2版、《中国建筑热环境专用气象数据集》图2、《中国建筑热环境专用气象数据集》2版、《中国建筑热环境专用气象数据集》2版、《中国建筑热环境专用气象数据集》2版、《中国建筑热环境专用气象数据集》2版、《中国建筑热环境专用气象数据集、《中国建筑热环境专用气象数据集》2版等新规范中冬季室外供暖计算温度较旧规范普遍提高,并且此数值与《实用供热空调设计手册》(2版)、《中国建筑热环境专用气象数据集》均有区别,工程设计应严格按新规范取用。2.2温度下限值冬季供暖室内设计温度按严寒和寒冷地区(应采用18~24℃)、夏热冬冷地区(宜采用16~22℃)分别给出,与旧规范(民用建筑的主要房间,宜采用16~24℃)相比,严寒和寒冷地区,温度下限值提高,体现了新规范对室内热舒适性要求的提高。明确提出辐射供暖室内设计温度宜降低2℃。3计算供暖热负荷的成本热负荷计算易忽视及新规范中有变化的几个要点如下。3.1治疗后的eg:合作共设体,以充放电典型围护结构(外墙、外窗、屋顶、地面、与室外空气相通的楼板)的热负荷计算比较直观,不容易遗漏,其他围护结构(如楼梯间隔墙、地下室顶板、非供暖房间的隔墙等)的热负荷计算可通过温差修正系数进行,此时,耗热量计算公式中冷侧温度twn即供暖室外计算温度,而当冷侧(非供暖区域)的温度可以求出时,则tw直接代入该温度,不再用温差修正系数计算。由于目前供暖负荷计算均采用软件进行,类似围护结构的温差修正系数是列入到外围护结构中的,而内围护结构仅用于计算户间围护结构的传热,其计算结果不计入建筑总热负荷中。当用温差修正系数计算时,应注意围护结构的朝向应选择北向,而不能按实际方位选择,因只有北向没有朝向修正。温差修正系数计算涉及到伸缩缝、沉降缝与抗震缝,其概念及区别为:伸缩缝,防止温度变化,建筑物地上部分预留用于热胀冷缩的缝隙,宽度一般2~3cm;沉降缝,当建筑物因长度过长、地质条件等因素,为防止建筑物地基不均匀沉降而设置的建筑物缝隙。设置沉降缝时,自地下基础部分至地上整个建筑物均应断开,一般与抗震缝合并设置。对于框架结构的建筑物,缝隙宽度一般不小于10cm。抗震缝,是建筑物根据防震要求设置的缝隙,一般与沉降缝合并设置。规范中伸缩缝与沉降缝的温差修正系数α=0.3,抗震缝的温差修正系数α=0.7,按上述定义,伸缩缝α可取0.7,沉降缝、抗震缝α可取0.3。3.2系数附减的简化对于全面辐射供暖,热负荷计算时室内设计温度按前述降低2℃计算,不再进行系数附减。对于局部辐射供暖,辐射供暖承担的负荷按房间热负荷乘以根据辐射供暖面积占房间总面积的比例所对应的不同的折减系数。3.3不同建筑加系数设计仅对于建筑物底层入口外门需要附加,附加系数针对外门温差传热引起的热负荷,对于居住建筑的分户门、阳台门均不计算外门附加。当外门有热空气幕时不计算外门附加。3.4户间传热负荷新规范明确提出新建住宅应计算户间传热负荷,并第一次指出户间传热的负荷不应超过50%。目前流行的负荷计算软件均具有计算户间传热负荷的功能,并能在统计总负荷时不将户间传热负荷统计在内,但关于户间传热负荷的附加比例,由于在新规范颁布以前,软件大都依据一些地方标准编制,比例并不一定满足新规范的要求,如笔者经过实际计算验证,天正软件是按《北京市新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》计算,户间传热负荷控制在供暖负荷的80%以下。4建成后走廊供暖系统设计4.1供暖系统的选择4.1.1供热计量方式的确定热费分摊方式在供热对于新建居住建筑来说,供暖系统可以采用垂直双管系统、垂直单管跨越式系统、共用立管的分户独立循环双管系统。具体采用何种系统形式,应根据所采用的热量分摊方式确定(热量计量的方式均采用热量结算点的热量表计量,楼内系统作为热费的分摊方式可采用不同的形式)。如热费分摊方式采用热分配计法,则供暖系统可采用传统的垂直式系统;如采用温度面积法,则各种供暖方式均可采用;如采用流量温度法,则供暖系统可采用垂直单管跨越式系统或共用立管分户独立循环系统;如采用时间通断面积法,则供暖系统只能采用共用立管分户独立循环系统,且其户内系统只能采用单管顺流式系统;如采用分户热量表法,则供暖系统只能采用共用立管分户独立循环系统。4.1.2多级双管系统对于公共建筑,供暖系统可以采用垂直双管系统或垂直单管跨越式系统。以前为克服垂直失调而广泛采用的多级双管(单双管)系统,新规范并未提及。笔者认为,恒温阀、带预设定功能的恒温阀、压差调节器等各种平衡手段的采用,大大拓宽了传统垂直式系统的应用范围,况且单双管系统也一直存有争议,故新设计工程尽量避免采用此方式。4.1.3对层数新规范的限制采用垂直单管跨越式系统的楼层数不宜超过6层,采用垂直双管的系统适用的楼层数新规范没有提出限制条件,笔者认为,采用下分式垂直双管系统,通过精心的水力计算、选择恰当的恒温阀、必要时设置立管压差调节装置,只要散热器及管材、管件的工作压力满足要求,垂直双管系统完全可以适当增加使用的楼层数。4.2采暖对材料的要求应根据供暖系统的压力要求,确定散热器的工作压力。由于新型散热器的出现,散热器的工作压力已经大大提高。按散热器承压确定供暖系统工作压力,进而确定供暖系统的分区的旧做法已经不再适合。2)潮湿房间的散热器选择相对湿度较大的房间如公共浴室、游泳池、部分地下房间等应采用耐腐蚀的散热器。住宅的厨房、卫生间用水时间短,一般护理较精心,干湿分离做得较好,因此并不能算作湿度较大的房间。3)无粘砂铸铁散热器因无论居住建筑还是公共建筑,均应在热量结算点设置热计量表,因此,如采用铸铁散热器,均应采用内墙无粘砂型。4)高大空间散热器选择对于高大空间,不宜单独采用对流型散热器,可以采用对流辐射型散热器、空调系统加散热器辅助供暖,采用低温热水地面辐射供暖加外窗下安装的对流型散热器也是不错的选择,此时对流散热器作为防止外窗下降冷气流、提高壁面温度防止结露的措施。5)居住建筑散热器布置居住建筑中散热器的设置应注意根据窗台的高度确定散热器的中心距,散热器位置应避免与家具、家电、电气插座、配电箱等冲突。散热器尽量在外墙窗台下安装,当散热器必须布置于内墙上时,应尽量采用瘦高型,散热器的高度不宜单纯追求美观而选择中心距过大,厂家提供的大中心距的散热量数据大都是根据普通型推算而得,实际工程中,中心距过大的散热器下半部温度已降得很低,散热能力很差。6)散热器组装片数仅对铸铁散热器有要求,粗柱型(包括柱翼型)不宜超过20片;细柱型不宜超过25片。其他类型的散热器无组装片数或长度的要求。7)散热器数量修正包括连接方式、安装形式、组装片数、热水流量以及表面涂料等的修正。由于散热器型式、安装方式、热媒水参数愈来愈多样化,对散热器数量的影响也越来越大。以工程中两种常见的安装方式举例如下。方式1,钢制柱型散热器,上进下出同侧连接,散热器明装,非金属涂料,热媒供回水温度45℃/40℃(热泵工况,流量是方式2的5倍),总片数>20片,计算得散热器片数修正系数为0.913。方式2,铜铝复合柱翼型散热器,下进下出同侧连接,散热器明装上部有窗台板覆盖,非金属涂料,热媒供回水温度75℃/50℃,总片数6~10片,计算得散热器片数修正系数为1.163。两种方式实际片数修正系数相差27.4%。4.3分散系统上的安全设计对于散热器供暖系统,当室内采用垂直或水平双管供暖系统时,应在每组散热器的供水支管上设置高阻力的两通恒温控制阀,超过5层的垂直双管系统宜采用有预设阻力调节功能的恒温控制阀;当室内采用垂直或水平单管散热器供暖系统时,应在每组散热器的供回水支管之间设置跨越管,并设置低阻力的两通或三通恒温控制阀。5热水辐射供暖系统设计对于常见的低温热水地面辐射供暖系统,新规范几个要点如下。5.1供热温度的建议值。新规范认为供热温度的建议值超越602020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020新、旧规范对于地面辐射供暖系统供水温度的上限、供回水温差的上限要求是一致的,分别为不高于60℃、不超过10℃。但新规范给出了供水温度的建议值,35~45℃,充分考虑了舒适、节能、防止过热的因素。同时还给出了供回水温差的下限值,不宜小于5℃,也是出于节能的考虑。5.2设置绝热层新规范中“直接与室外空气接触的楼板、与不供暖房间相邻的地板为供暖地面时,必须设置绝热层”是作为强条规定,“与土壤接触的底层,应设置绝热层”是作为普通条文规定,除此之外的楼板是否设置绝热层,规范并无要求。这与JGJ142—2004《地面敷设供暖技术规程》第3.2.1条的规定是一致的。5.3分、集水器的布置按户划分系统并配置分、集水器。即使对于某些小户型住宅、公寓,一个环路下来可能也不会造成地暖盘管环路超长,但为了控制、排气、泄水需要仍然应设置分、集水器。2)各主要房间分环路布置加热管对于卫生间、厨房、更衣室等附属房间当面积较小、负荷不大时可与就近环路串接在一起,以减少分、集水器的环路数量,便于布置,降低造价。分、集水器按断面流速不大于0.8m/s计算内径,且不小于总供、回水管内径。分、集水器不宜超过8路。分、集水器每个分支环路供、回水支管上均应设置关断阀。分水器、集水器上均应设置手动或自动排气阀。在分水器的总进水管与集水器的总出水管之间,宜设置旁通管,旁通管上应设置阀门。此阀门用于系统冲洗时,保证冲洗水不进入地暖盘管,因此,应设在管道井入户装置处。4)户内分集水器布置原则优先设于厨房水盘、燃气灶下方,厨房橱柜下方;当户型面积较大,必须设置两个分集水器时,分集水器位置设置顺序为:厨房、储物间、工人房、衣帽间等房间的隐蔽处,或内嵌于墙内。不应在外墙处暗装,不应在分户墙、前室或楼梯间隔墙暗装。5.4自力式温度控制阀组设计低温热水地面辐射供暖系统时,应采用以下任一种室温自动控制模式:模式1,房间温度控制器(有线)+电热(热敏)执行机构+带内置阀芯的分水器;模式2,房间温度控制器(有线)+分配器+电热(热敏)执行机构+带内置阀芯的分水器;模式3,带无线电发射器的房间温度控制器+无线电接收器+电热(热敏)执行机构+带内置阀芯的分水器;模式4,自力式温度控制阀组;模式5,房间温度控制器(有线)+电热(热敏)执行机构+两通阀。6热量测量与热态分布6.1建筑物热力入口的设置集中供暖的新建建筑和既有建筑的节能改造必须安装热量计量装置。集中供暖系统中,建筑物的热力入口处必须设置楼前热量表,作为该建筑物供暖耗热量的热量结算点。新建建筑的热量表应设置在专用表计小室中;既有建筑的热量表计算器宜就近安装在建筑物内。楼栋热计量的热量表宜选用超声波或电磁式热量表。6.2热分配计算方法供暖热计量宜采用楼栋计量、用户热分摊的方法。热量分摊的方式主要有:散热器热分配计法;温度面积法;通断时间面积法;流量温度法;户用热量表法。各种热计量分摊方式均有其特点及合理的适用范围,设计人员应根据项目的特点、当地技术要求等,在与甲方充分沟通的基础上选择合理的热计量