暖通空调常见问题和若干新技术的合理应用(15-20)

十五、VRV系统及地面辐射采暖※变制冷剂流量多分体空调系统的设计深度和分工，设计单位应该做到：①提出空调房间的夏季和冬季设计负荷；②确定室内机和室外机的位置；③确定冷凝水管的管径和布置；④初步确定冷媒工质管的路由。在设计说明中作下列文字表达：“请建设单位选定设备厂家，再请厂家配合进行冷媒工质管道布管的细部设计。”可提出下列技术要求：“冷媒工质管道应采用半硬态紫铜管（T2或TP2），壁厚不小于A类，除室内机分液处可以有接头外，其他部位不应有接头。”※地面辐射采暖系统的设计深度：①提出采暖设计负荷；②配置到分、集水器；③如热媒温度不匹配，应配置换热或混水设施；④与其他专业协调预留构造层空间。住宅家具对地面遮挡的有效面积系数α房间名称主卧室次卧室起居厅书房地面积（m2）15～208～1520～5010～15家具遮挡率（%）35～3040～2520～1515有效面积系数α（%）65～7060～7580～8585注：1面积小的房间遮挡率取大值；2面积范围内可采用内插法确定系数。在设计说明中用下列文字表达：“地面辐射采暖的埋地管，可以采用PB、PE-X、XPAP、PP-R、PE-RT等塑料管或铜管。本设计提出采暖设计负荷并配置到分、集水器，请建设单位选定管材和施工专业企业后，再请施工专业企业配合进行布管的细部设计。”低温热水地面辐射供暖的利弊得失2000年，我给国管局的基建部门讲了一次地面辐射供暖技术，因为我刚主持编制了国内第一个地面辐射供暖技术规程--北京市标准DBJ/T01-49-2000《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》。那次即席发言使得国管局原来准备采用地面辐射供暖的住宅小区改用了散热器采暖，可能主要是由于“主要弊病”中的第6条，这个“软肋”至今仍是许多开发建设单位采用地面辐射供暖的主要顾忌。地面辐射供暖,无疑是热舒适度最好的一种供暖方式。但不一定能成为供暖方式的首先选择,更不是唯一选择。这是因为任何一种供暖方式，都会有其特定的优势和弊病,应根据具体工程条件,将所采用供暖方式的优势充分加以发挥,尽可能减少其弊病。地面辐射供暖大致有以下的主要优点:1）与其它供暖方式相比有较高的舒适度①垂直温度场分布比较均匀。距地0.1m与1.7m的温差距地0.1m-1.7m的温差平均值地面辐射供暖－0.1～0.1℃0℃顶部辐射供暖0.2～2.1℃1.15℃散热器供暖0～1.8℃0.9℃热风供暖0.2～2.7℃1.45℃②在室温相同的条件下,距地面0.05～0.15m(人体对冷暖的敏感部位)高度的温度,较对流供暖方式约高8～10℃,对人体生理有益。③与对流供暖方式相比,空气对流减弱,有较好的空气洁净度。④房间热惰性较好。⑤平均辐射温度适当,可减少人体辐射散热。2）与其它供暖方式相比，较为节能和可使用低品位热媒由于垂直温度分布的差别,有效区域内相同温度时,平均温度最低；由于可减少人体辐射散热,与对流供暖方式相比,可取得2～3℃的等效舒适温度。以上两项因素综合,节能幅度约为10～20％。对于住宅，节能幅度约为10％。地面辐射供暖可以使用（而散热器采暖无法合理使用）低于40℃的低品位热媒，对于采用地源热泵、空气源热泵或地热水梯级利用，是采暖末端比较合理的选择。3）有利于建筑装饰。4）有利于实施分户热计量。5）有利于隔声和降低楼板撞击声。《住宅设计规范》规定:楼板的计权标准化撞击声压级,宜≤75dB。一般的地面构造层难以达到，只有地面辐射的构造层，才能达到。6）有利于实施扩大应用塑料类管材的产业政策。7）经济比较并不占劣势由于塑料类管材生产的发展和市场竞争,地暖的造价呈大幅度下降趋势,已从按建筑面积计的100元/m2,下降到60～70元/m2（甚至50元/m2以下）左右。目前,比较高档钢制散热器的价格约为0.8～1元/W,按分户热计量考虑户间传热因素，设计耗热量指标50～60W/m2计算，约折合40～60元/m2,加上温控阀、配件和管道,按建筑面积计的造价,已经不低于地面辐射供暖了。地面辐射供暖大致有以下主要弊病:1）仅适合于建筑热工条件较佳的节能住宅。不节能住宅地面温度超标，降低舒适度。2）需占用空间高度至少80mm,与不设置辐射供暖的室内其它空间会形成一定高差,需增加地面荷载约120kg/m2。3）地面装修宜一次到位，二次装修时,易被损坏。4）因对热媒温度和流量的要求不同,需设置单独热源系统。5）因热媒温差较小,相应流量较大,热媒输送管道断面和输送能耗较散热器供暖系统,约增大一倍。6）材料和施工市场状况堪忧,施工、调试和验收程序方面困难较多：开发建设单位片面追求低价位；施工单位的资质审查认定未制度化；材料是送检而非随机抽样；施工现场保护难以实施；调试和验收难以按照规范的要求程序严格实施。7）技术原理和设计基础资料环节,仍处在认识过程中，滞后于应用。北京市《低温热水地板辐射采暖应用技术规程》（DBJ01─604─2000）6.4.3竣工验收应在通暖24小时、停暖24小时、再通暖24小时后进行。初次通暖应缓慢升温,先将热水温度控制在25～30℃范围内运行24小时,以后再每隔24小时升温5℃,直至达设计水温。《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142—2004）6.5.5初始加热时，热水升温应平缓，供水温度应控制在比当时环境温度高10℃左右，且不应高于32℃。并应连续运行48小时；以后每隔24小时水温升高3℃，直至达到设计供水温度。在此温度下应对每组分水器、集水器连接的加热管逐路进行调节，直至达到设计要求。十六、塑料类管材及其正确应用※塑料管和输送热介质的塑料管种类※塑料管应进行强度验算※塑料管的选择计算（确定S系列或壁厚e）※塑料管的许用设计应力※关于最小管壁厚度※塑料类管材的设计选用程序※关于铝塑复合管※各种塑料管的比较①塑料管和输送热介质的塑料管种类建筑用塑料类管材PVC聚氯乙烯管PVC--C聚氯乙烯耐热管★PE聚乙烯管LDPE低密度聚乙烯管MDPE中密度聚乙烯管HDPE高密度聚乙烯管PE-X交联聚乙烯管★PE-RT非交联热塑性聚乙烯管★PAP铝塑复合管XPAP交联铝塑复合管★PP聚丙烯管PP-H均聚聚丙烯管（耐压较高，但易低温脆化）4级σ＝2.90Mpa，20℃/50年σ＝6.25Mpa。PP-B嵌段共聚聚丙烯管（耐压低于PP-H）4级σ＝1.67MPa，20℃/50年σ＝6.21Mpa。PP-R无规共聚聚丙烯管★4级σ＝3.3MPa，20℃/50年σ＝6.93Mpa。（PP-C管，接近并略优于PP-B管）PB聚丁烯管★适合于输送热介质的塑料管PVC-C聚氯乙烯耐热管PE-X交联聚乙烯管★PE-RT非交联热塑性聚乙烯管PP-R无规共聚聚丙烯管★PB聚丁烯管★XPAP交联铝塑复合管★（PP-R或PERT铝塑复合管）★铝塑复合管的种类日益繁多，到目前为止，搭接焊式大致有PAP-聚乙烯或无规共聚聚丙烯/铝/聚乙烯或无规共聚聚丙烯（铝塑复合管），XPAP-交联聚乙烯/铝合金/交联聚乙烯（交联铝塑复合管）；对接焊式有：PAP1-聚乙烯/铝/交联聚乙烯（一型铝塑管），XPAP2-交联聚乙烯/铝/交联聚乙烯（二型铝塑管），PAP3-聚乙烯/铝/聚乙烯（三型铝塑管），PAP4-聚乙烯/铝/聚乙烯（四型铝塑管-可用于输送燃气等气体），RPAP5-耐热聚乙烯/铝/耐热聚乙烯（五型铝塑管）。尽管各种铝塑复合管均称长期工作温度可以达到60℃或以上，但是，由于长期工作温度这个概念比较模糊，仍然只有采用交联聚乙烯（PE-X）塑料、无规共聚聚丙烯（PP-R）塑料和非交联耐热聚乙烯（PE-RT）塑料的铝塑复合管，才可以用于输送热介质。②采用塑料管应进行强度验算无论是金属管材还是塑料类管材，在内压作用下,管壁任意一点将产生三个方向的应力,即:轴向应力、径向应力和环向应力,其中环向应力最大，因此应按最不利条件的环向应力进行分析。管壁厚、管径、承受压力和环向应力之间的关系,可用下式表示:eDP2上式中:σ管材环向应力(MPa)D管径(mm)P管内压力(MPa)e管壁厚(mm)上式说明:1.应力σ与管内压力P成正比,即许用应力越大可承压越大;反之,压力越大要求许用应力越大。2.应力σ与管径D成成正比,即许用应力越大对应的管径越大;反之,管径越大要求许用应力越大。3.应力σ与管壁厚e成反比,即许用环向应力越大对应的管壁厚越小;反之,管壁厚越小要求许用应力越大。显然，管材的许用设计应力σD，应该不小于管材环向应力,即:σD≥σ用以确定管壁厚度,可转换成以下形式:DDPe2金属管道使用寿命主要取决于腐蚀速度，使用温度对许用应力影响不大。例如：10号钢的钢管许用应力,在较大的温度幅度范围内变化不大，温度≤100℃时为110.85MPa;温度＝150℃时为109.87MPa;温度＝200℃时为103.99MPa。但钢管等金属管道，要考虑焊缝因素和腐蚀裕量,公式成为:CDPeD2暖通空调工程中习惯使用钢管，使用温度对许用设计应力影响不大。如近似取许用设计应力为100MPa，直径为200mm的钢管，工作压力为1.0MPa时，理论计算管壁厚度仅需1mm。暖通空调系统工作压力一般很少超过1.0MPa，可见钢管的管壁厚度，主要不是满足承受应力，而是满足腐蚀因素的需要。因此，除在特殊高压条件下应用以外，一般无需进行强度验算。塑料管同金属管道力学特性的主要区别，是应力的变化规律不同。温度作用对塑料类管材许用应力σ的影响极大。使用寿命主要取决于不同使用温度对管材的累积破坏作用,概略说,温度每提高10℃,使用寿命约缩短2.5倍,热作用使环应力逐步下降即发生管材的蠕变,以至不能满足使用压力而破坏。（可见下图）从PB管在不同温度下的等应变蠕变特性曲线可见:许用应力都会随时间的推移而下降，特别是随作用温度的升高而急剧下降。显然，应按使用温度确定许用应力，据以计算所需壁厚。因此，《采暖通风与空气调节设计规范》3.4.11条(强制性条文)规定：“地板辐射采暖加热管的材质和壁厚，应按工程要求的使用寿命、累计使用时间以及系统的运行水温、工作压力等条件确定。”③塑料管计算（确定S系列或壁厚e）塑料管不需要考虑焊缝因素和腐蚀裕量,故仍采用下式确定所需壁厚：DDPe2强度计算用的管径D,对于钢管是指内径,而对于塑料管,是指中径,即DZ,DZ＝DE－e,故应写作:DEDZeDPDPe22塑料管强度计算，也常用下列形式:等式中的第一项,是管材环应力与承压的比值,第二项只与管道尺寸有关。如果令其值为S,那么,S既是管材的尺寸系列,又可在许用应力和统工作压力既定条件下,便捷地计算和确定应选用的S系列,或不同管外径所需要的对应壁厚。SeeDPED2塑料类管道的Ｓ值,是直径对壁厚的比值，由此可见：在管材许用应力确定后，Ｓ值越小承压越高。塑料类管道划分为2，2.5,3.2,4.0,5.0,6.3,8.0和10共8个系列，其中2和10两种系列一般无产品。塑料管常用范围的尺寸系列公称外径De/mm公称壁厚en/mmS8S6.3S5S4S3.2S2.5161.31.31.51.82.22.7201.31.51.92.32.83.4251.51.92.32.83.54.2321.92.42.93.64.45.4eeDSSDR12欧洲还有一种塑料类管道划分系列的方法，即所谓标准尺寸比SDR。④塑料管的许用设计应力管材在全部使用期内,不可能始终是在同一温度作用条件下,必然存在不同温度的时间分布。例如:供暖系统管材在非供暖期内温度会近似于室温,即使在供暖期内也会因质调节而受不同温度作用。显然,各种塑料管对应于不同温度的等应变蠕变特性曲线，不能直接作为设计选用的依据，需要先按不同使用条件的温度作用频率，确定使用条件分级。按照国际标准ISO/10508:1995推荐的方法,对总设计使用周期为50年,奥、德、法地区典型使用条件的不同管材,统一划分了使用条件分级。根据各使用条件分级不同温度的综合热作用，可按ISO13760的Miner,s规则,计算出各种塑料管确保50年使用寿命的许用应力。使用条