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邓有源:地暖对各种热源的适应性探讨

   日期:2019-08-23     来源:地暖月刊    浏览:1278    
核心提示:“地面辐射供暖”简称地暖,这一点众所周知,不需要更多的解释。实际上地暖是一种散热末端,只要给地暖中的加热盘管通入一定的热源,它就可以满足冬季室内舒适的温度要求。但是,随着科技的发展,地暖对各种热源的选择也提出了更新的挑战。
 

人物简介:

邓有源  

专家组组长
中国建筑金属结构协会辐射供暖供冷委员会

毕业于西安冶金建筑学院暖通专业,国家注册公用设备工程师,现就职于大型央企甲级资质的设计院,并任中国建筑金属结构协会辐射供暖供冷委员会专家组组长。多年从事地面辐射供暖工程技术咨询、设计,对所从事的专业具有深入的研究和独到的见解,先后结合实际工程疑难问题,撰写并公开发表了数篇具有较高价值的学术论文。先后参编部标《地面辐射供暖技术规程》《地面辐射供暖木质地板铺设技术和验收规范》《地面辐射供暖工程用发泡水泥绝热层、水泥砂浆填充层技术规程》及主编《地面辐射供暖系统施工安装》国家标准图集等。

以下为邓有源在第十四届中国地暖产业高峰论坛上的演讲实录:


大家好!今天为大家分享的是《地暖对各种热源的适应性措施》,围绕地暖以及地暖+燃气壁挂炉供暖热源的探讨、地暖+空气源热泵供暖热源案例与分析展开,希望对大家的工作有所帮助!

“地面辐射供暖”简称地暖,这一点众所周知,不需要更多的解释。实际上地暖是一种散热末端,只要给地暖中的加热盘管通入一定的热源,它就可以满足冬季室内舒适的温度要求。但是,随着科技的发展,地暖对各种热源的选择也提出了更新的挑战。

我们先来重温一下现行地暖规程做了哪些技术规定?
首先,确定供暖水温:热水地暖供水温度不大于60℃,供回水温差不宜大于10℃——本条规定对于大于60℃的供水温度要增设水/水换热、混水装置(其中包括二通、三通、四通混水),但本条地暖规程违背了原则性问题:供水温度小于35℃~40℃、供回水温差小于5℃~10℃。

地暖在特指低于规程中所规定的供水温度时怎么做?另外,地暖+低温供暖热源大量进入,如低温空气源热泵的实施、热电厂低温冷凝水回收再利用、地源热泵、水源热泵、污水源热泵及太阳能等大量的低温热水,这些低温热水水温低、供回水温差小,还能做地暖吗?再则,做地暖时应注意些什么?我们一起来探讨一下!

地暖+燃气壁挂炉供暖热源的探讨

例如:某户房间面积为120㎡,热量10.8kW(热源为壁挂炉,末端为地暖)加热管径选用De20,热管环路为5路,加热管间距250mm,每环路管长为120m,壁挂炉离分集水器15m,输配管管径De25,壁挂炉功率为23kW。

1、壁挂炉内配置循环泵

(1)循环泵型号:15-6;流量1m³左右;出口扬程3.5m(壁挂炉阻力2.5m)左右。当热负荷不变,流量与扬程成反比。

(2)适应性:壁挂炉与末端为散热器较合适。

2、地暖需要的流量

(1)供热系统温差与流量存在关联

根据流量公式L=Q/ΔT,式中L——流量(m³/h);Q——热负荷(kW/h);ΔT——温差(℃)。当热负荷不变,流量与温差成反比,供回水温差不宜大于10℃,流量L=Q/ΔT=10.8/10=1.08(m³/h)。

(2)地暖的系统阻力比散热器系统大

壁挂炉阻力25kPa,加热管阻力15kPa,分集水器阻力3kPa,输配管10kPa,阀门及管件阻力5kPa,系统总阻力为58kPa。户式散热器系统中的输配管加散热器一股为35kPa左右,假如选用加热管120m,则导致壁挂炉供地暖系统的总阻力过大,失败的教训也比较多。

3、燃气壁挂炉产生的热水适用于散热器采暖系统与地暖系统宜采用二次系统或混水系统。

(1)燃气壁挂炉(不包含冷凝式壁挂炉)应用于散热器采暖,散热器的工况特点是小流量、大温差,与燃气壁挂炉运行工况正好匹配。

“循环换热式壁挂炉”应用于散热器采暖时,由于工况可以很好地匹配,通常只需做成一次系统即可。

(2)燃气壁挂炉应用于地面辐射采暖

低温热水地面辐射采暖的工况特点是大流量、小温差。

根据JGJ 142-2012《辐射供暖供冷技术规程》,地暖进水温度应不大于60℃,供回水温差不宜大于10℃的规定,“循环换热式壁挂炉”应用于地暖时,由于工况不同,会产生冲突。尤其是燃气壁挂炉应用于较大面积的地暖时,如果采用与散热器采暖相同的一次系统,就会出现流量不足、壁挂炉输出功率不足等问题。

如串接高扬程水泵则会与壁挂炉一次循环泵冲突,过高的流速又会使得锅炉换热效率下降。所以,燃气壁挂炉应用于地面辐射供暖时需要对系统进行优化,如采用二次系统包括户式小型的混水方式。

另外,地暖的低温热水模式要求供水温度小于等于60℃,需要通过混水的方式为地暖提供低温热水,也有利于发挥壁挂炉的高效率。

通过多年燃气壁挂炉应用经验的积累,以及对燃气壁挂炉新应用领域的研究和尝试,我们对燃气壁挂炉有了更多、更深入的研究和使用经验,丰富和完善了燃气壁挂炉的应用技术和基础。随着天然气管网覆盖面的增加,燃气壁挂炉的应用会更加广泛,燃气壁挂炉行业在未来的发展会更好。

地暖+空气源热泵供暖热源的探讨

1、空气源热泵主机选型要求

空气源热泵主机选型应与空气源热泵功能有关,譬如冬季采暖:产热水45℃,也可产60℃高温水,供回水温差3℃~5℃;夏季空调:产冷水温度7℃,回水温度12℃,供回水温差5℃;此外,其一年四季均可提供45℃生活热水。

2、现行规程与实际实施存在问题的描述

(1)热泵的出水温度与地暖的供水温度及供回水温差存在较大的差距,根据JGJ 142-2012《辐射供暖供冷技术规程》的要求,地暖供水温度不高于60℃,供回水温差10℃。高于此供水温度时应采用混水、水/水板式换热等措施,降低一次供水温度,确保规定设计水温。

热泵出水温度45℃,供回水温差5℃,热水地暖供水温度不大于60℃,供回水温差不宜大于10℃,两者比较存在较大的差距。

3、两者比较存在的问题分析

由于两者供水温度不同、供回水温差不同,在热泵及地暖系统的应用中,我们形容热泵主机是“大流量、小温差”(热泵工况ΔT=5℃),而地暖末端则是“小流量、大温差”(地暖工况ΔT=10℃)。相比较壁挂炉地暖系统(壁挂炉工况ΔT=25℃,地暖工况ΔT=10℃)而言,热泵及地暖系统需要更大的循环流量,才能满足地暖系统的运行要求。

因此,热泵及地暖系统的配合,以及设计供暖中的供回水管径、循环水泵的流量及扬程应引起注意,否则系统在供暖系统运行中会出现更大问题,就好比最初“煤改电”中热泵也同样出现了大量的应用失败案例。这甚至是早期一些大型企业推广热泵及地暖系统不利的主要原因。

4、JGJ 142-2012《辐射供暖供冷技术规程》规定加热盘管管外径为¢20或¢16,规程中还规定每环加热盘管最长不能超过120m

由于热泵与地暖系统供水温度低(45℃)、温差小(5℃)的特点,不适宜上述提到的规程中的要求,我曾经也对污水源热泵与地暖末端结合做了一些实质性的探讨,针对5℃温差做了一些数学公式的推算,采用管外径为¢16且为确保5℃温差时,每环加热盘管最长不能超过70m。假如采用120m的加热盘管,管外径为¢16、供水温度为45℃,则供回水温差不可能为5℃。

5、针对JGJ 142-2012《辐射供暖供冷技术规程》中提供的附录表可以看出,向上有效热损失和向下的传热损失W/㎡不能在热泵设计中套用

辐射供暖中每平方米的散热量虽然有计算公式进行计算,在工程中实际若按此公式进行散热量设计计算是比较烦琐的。因此,编制JGJ 142-2012《辐射供暖供冷技术规程》中根据辐射供暖形式、供水水温、平均供回水水温、不同的加热盘管管径、加热管间距,以及不同的面热阻层、导热系数等参数通过输入计算机编程后进行绘表,计算其结果在JGJ 142-2012《辐射供暖供冷技术规程》附录列表标出向上有效热损失和向下的传热损失。之后,对辐射供暖中计算每平方米的散热量时就可查找附录列表参数作为计算依据。

地暖+空气源热泵供暖热源的分析

1、JGJ 142-2012《辐射供暖供冷技术规程》摘录附录C混凝土填充式热水供暖地面单位面积散热量计算表

[面层为水泥、石材或陶瓷热阻R=0.02(㎡•K/W)]热水混凝土填充式热水供暖地面单位面积散热量时,单位地面面积的向上有效散热量和向下传热损失可按下表选用:

2、空气源热泵混凝土填充式热水供暖地面单位面积散热量[户式空气源热泵供热(空调)系统技术规程]

3、从两表内容比较得知:

(1)存在六个相同点,即导热系数、混凝土填充形式、面热阻层、PE-X管、加热管间距、室内空气温度。

(2)存在两个不同点,即平均水温与供水水温(没有温差概念),以及有效散热量和向下传热损失。

(3)比较后得知供暖地面单位面积散热量两者相差如下:

向上:134.3-119.9/134.3=10.72%,向下:28.5-27.3/28.5=4.2%。

因此,当选用空气源热泵混凝土填充式热水供暖地面单位面积散热量计算时应引起重视。

4、空气源热泵为低温热源时,采用地面辐射供暖系统选型应注重以下几点:

(1)地暖管外径宜小,一般内径为10mm,外径为13mm较宜。

(2)如选用地暖模块时铺设管道间距宜为100mm左右。

(3)地暖模块厚度不宜小于30mm。

(4)每环盘管铺设长度范围60m~80 m。

(5)供水温度适宜45℃,供回水温差5℃。

这方面应引起大家注意,不同的热源做地暖时一定因时而宜。希望大家按照这些去做,地暖一定会成功的!感谢大家的聆听!


编辑:暖立方王丹
 
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