地暖系统热负荷计算

     地面辐射供暖是一种高效、节能、舒适的新型采暖方式。随着人们生活水平和对采暖要求的提高，这几年地面辐射供暖系统得到了突飞猛进的发展，对地暖系统的设计也有了更高的要求。本文将从建筑物能耗，地面散热量，地热电缆的功率这三方面同广大读者一起探讨地暖系统设计过程中的热负荷计算。
     地暖系统的功能就在于弥补建筑物热量损失，维持房间温度，提供舒适、温暖的环境。要使地暖系统实现这一功能，就必须准确了解建筑物的热量损失。建筑物热量损失即建筑耗热量是指建筑物围护结构的传热量和空气渗透热损失。据此定义建筑物耗热量按如下式1计算：
     Q=qH.T+qINF-qI.H                                     式1
     Q——建筑物单位面积耗热量。W/m².
     qH.T——单位建筑面积通过围护结构的耗热量。W/m²
     qINF——单位建筑面积的空气渗透热量。W/m²
     qI.H——单位建筑面积的建筑物内部得热量。（包括炊事，照明，家电和人体散热等）      其中单位建筑面积的空气渗透热量qINF
    qINF=（ ti-te）(CP..N.V/S)  式中：                       式2
    qINF——单位建筑面积的空气渗透热量。W/m²     ti——全部房间平均室内计算温度。
    te——采暖期平均计算温度。
    CP ——空气比热容。（寒冷地区参考值0.28w.h/(kg.k)
    ρ——温度为te时，空气密度。
    N——单位时间房间换气次数。
    S——建筑面积 。
    房间换气次数N参照表（次/h）（表1）   一面有外窗房间 两面有外窗房间 三面有外窗房间 门厅 0.5 0.5-1.0 1.0-1.5 2       单位面积通过围护结构的散热量qH.T按式3计算：       qH.T=（ti-te）(∑ξi.ki.Fi)/S    式中：                    式3                    qH.T——单位面积通过围护结构的散热量。
    ti——全部房间平均室内计算温度。
    te——采暖期平均计算温度。
    Ξi——围护结构传热系数修正。
    Ki——围护结构传热系数。
    Fi——围护结构面积。
    S——建筑面积。
     建筑物的围护结构是指建筑物及房间各面的围护物，分为透明和不透明两种类型；不透明围护结构包括：墙、屋面、地板、顶棚等，透明围护结构包括：窗户、天窗、阳台门、玻璃幕墙等。在这里围护结构通常是指与大气相接触的外围护结构，包括外墙、屋面、窗户、阳台门、外门以及与不采暖楼梯间的隔墙和户门等。
     各地屋面、外墙、地面的保温做法很多，其传热系数请根据围护的结构和保温类型参见DB13(J)24-2000《民用建筑节能设计规程》附录F围护结构常用做法及热工参数的内容。下附 常用围护结构的传热系数供参考：
     常用结构的传热系数K值 [w/ (m².℃)] （表2）   门框材料 门的类型 传热系数 W/ (m².℃) 木、 塑料 单层实际门 3.5 夹板门和蜂窝夹心门 2.5 双层玻璃门（玻璃比例不限） 2.5 单层玻璃门（玻璃比例<30%） 4.5 单层玻璃门（玻璃比例30%-60%） 5.0 金属 单层实际门 6.5 双层玻璃门（玻璃比例不限） 6.5 单层玻璃门（玻璃比例<30%） 5.0 单层玻璃门（玻璃比例30%-60%） 4.5 无框 单层玻璃门（玻璃比例<30%） 6.5   （表3）   窗框材料 窗户类型 空气层厚度 (mm) 窗框窗洞面积 (%) 传热系数 W/ (m².℃) 钢、铝 单层窗   20-30 6.4 双层窗 100-140 20-30 3.0 木、塑料 单层窗   30-40 4.7 双层窗 100-140 30-40 2.3
 
     地暖系统顾名思义是通过地面提供热量弥补建筑物的热量损失，维持房间温度，提供舒适、温暖的环境。地暖系统主要通过辐射和传导向建筑物提供热量，其发热量计算如下：
     q=qf+qd                                                                式4
    qf=5×10-8[(tpj+273)4-(tfj+273)4]
    qd=2.13(tpj-tn)1.31
    式中q——单位地面面积的散热量（W/m²）
    qf——单位地面面积辐射传热量（W/m²）
    qd——单位地面面积对流传热量（W/m²）
    tpj——地面平均温度（W/m²）
    tfj——室内非加热表面的面积加权平均温度（℃）
    tn——室内计算温度（℃）。
    对于地表平均温度tpj一般要求如下：
  （表4）   区域特征 适宜范围（℃） 最高限值（℃） 人员经常停留区 24-26 28 人员短期停留区 28-30 32 无人停留区 35-40 42        确定地面散热量时，对应表4校核地表平均温度，如超过表4最高温度限值，则需改变建筑物的热工性能或采取其它补救办法。如温度满足表4要求，则可以对发热电缆铺设进行计算。发热电缆的铺设间距主要由单位面积所需功率q，发热电缆功率Pdl确定。发热电缆间距计算式如下：
     d=Pdl/q×1000                                                 式5
    式中d——发热电缆布线间距（mm）;
    Pdl——发热电缆功率（W/m）;
    q——单位面积所需功率（W/m²）.
    由此，可以根据发热电缆布线间距d进行地暖系统的安装，但是发热电缆之间的最大间距不宜超过300mm,且不应小于50mm.
    只有准确把握了建筑物耗热量，才能确定地暖系统的铺设功率，才能充分体现地暖系统舒适、节能的优点，同时也有利于地暖行业健康、持续、快速的发展。