住宅暖通设计案例：芝加哥 200m² 独栋住宅
芝加哥200m²两层独栋住宅完整暖通设计案例。逐步演示热负荷计算（ASHRAE）、风管尺寸设计和暖气片选型，使用hvaccalcpro.com免费计算器。
1. 项目概况
本案例涵盖芝加哥（伊利诺伊州，气候区5A）一栋200 m²两层独栋住宅的完整供暖系统设计。建筑平面为10 m × 10 m，每层100 m²，共计200 m²供暖面积。设计遵循ASHRAE 62.1和62.2通风标准及ASHRAE Fundamentals供暖负荷计算方法。
芝加哥冬季室外设计温度按ASHRAE取-18 °C，室内设计温度20 °C，设计温差38 K。外墙采用R-15连续保温（U = 0.38 W/m²K），双层Low-E中空玻璃窗（U = 1.6 W/m²K），建筑气密性目标为0.35 ACH（50 Pa）。供暖系统采用燃气冷凝锅炉+热水暖气片。
户型布局：一层为客厅/餐厅（40 m²，南向，大面积窗户）、厨房（15 m²，北向）；二层为三个卧室（各20 m²，分别朝北、东、西）和两个卫生间（各10 m²）。地下室不供暖，顶棚设保温层。
2. 步骤一：热负荷计算
热负荷采用ASHRAE热平衡法逐房间计算，使用 hvaccalcpro热负荷计算器 完成。总热损失为围护结构传热损失和冷风渗透损失之和。
逐房间输入参数：
- 客厅（40 m²，南向）：两面外墙（各8 m × 2.7 m），窗户面积6 m²（占地面15％），地面为良好保温的板式基础。
- 卧室1（20 m²，北向）：一面外墙（5 m × 2.7 m），窗户3 m²。
- 卧室2（20 m²，东向）：一面外墙（5 m × 2.7 m），窗户3 m²。
- 卧室3（20 m²，西向）：一面外墙（5 m × 2.7 m），窗户3 m²。
- 厨房（15 m²，北向）：一面外墙（5 m × 2.7 m），窗户2.25 m²。
计算结果汇总：
- 客厅/餐厅（40 m²）：2,800 W
- 卧室1 — 北向（20 m²）：1,200 W
- 卧室2 — 东向（20 m²）：1,100 W
- 卧室3 — 西向（20 m²）：1,150 W
- 厨房（15 m²）：900 W
- 卫生间1（10 m²）：400 W
- 卫生间2（10 m²）：400 W
总热负荷：6,950 W（约23,700 BTU/h）。取整至7,000 W，作为下游设备选型的基础。
3. 步骤二：暖气片选型
确定总热负荷后，为各房间选配面板暖气片。设计采用标准热水暖气片系统，运行温度75 °C供水/65 °C回水（室内20 °C，ΔT = 50 K）。根据ASHRAE Standard 150，标准单面板对流暖气片在此工况下每片输出约150 W，实际选型应以制造商数据为准。
各房间暖气片分配：
- 客厅/餐厅：2,800 W ÷ 150 ≈ 19 片 → 两组暖气片（10 + 9 片）
- 卧室1：1,200 W ÷ 150 ≈ 8 片
- 卧室2：1,100 W ÷ 150 ≈ 7 片
- 卧室3：1,150 W ÷ 150 ≈ 8 片
- 厨房：900 W ÷ 150 ≈ 6 片
- 卫生间1：400 W ÷ 150 ≈ 3 片（推荐毛巾架型）
- 卫生间2：400 W ÷ 150 ≈ 3 片（推荐毛巾架型）
安装总片数：19 + 8 + 7 + 8 + 6 + 3 + 3 = 54片，提供约15％的启动负荷和管道损失余量。可使用 hvaccalcpro暖气片选型计算器 验证结果。
4. 步骤三：新风与补热风管尺寸设计
虽然主要供暖来自热水暖气片，但依据ASHRAE 62.2要求，还需设计一套最小新风系统供应预热后的室外新鲜空气。通风量按4人居住标准计算。
送风量计算：考虑到ASHRAE 62.2对200 m² + 4人的要求，设计新风量为300 m³/h。按住宅支管推荐风速5 m/s计算主风管截面：A = (300 ÷ 3,600) ÷ 5 = 0.0167 m²。等效圆管直径146 mm，选用150 mm圆管作为主送风干管。各卧室支管采用100 mm风管（3 m/s），客厅支管采用125 mm。
压力损失估算：最远路径（主干管+客厅支管，含管件等效长度约25 m），镀锌钢板摩擦系数0.02，总压降约45 Pa。选型风机机外静压75 Pa，余量充足。使用 hvaccalcpro风管尺寸计算器 可验证所有风管尺寸。
5. 结果汇总
| 参数 | 符号 | 数值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 总供暖面积 | A | 200 | m² |
| 室外设计温度 | Tout | −18 | °C |
| 室内设计温度 | Tin | 20 | °C |
| 总热负荷 | Qtotal | 7,000 | W |
| 墙体U值 | Uwall | 0.38 | W/m²K |
| 窗户U值 | Uwin | 1.6 | W/m²K |
| 换气次数 | ACH | 0.35 | h⁻¹ |
| 暖气片单片输出 | — | 150 | W/片 |
| 总安装片数 | — | 54 | 片 |
| 新风送风量 | V̇ | 300 | m³/h |
| 主风管直径 | D | 150 | mm |
| 设计风速 | v | 5 | m/s |
| 总压力损失 | ΔP | 45 | Pa |
6. 使用的计算器链接
以下为本案例使用的hvaccalcpro.com免费计算器。每个工具均遵循ASHRAE标准进行HVAC工程计算。
- 热负荷计算器 — 逐房间热损失计算（ASHRAE Fundamentals）。
- 暖气片选型计算器 — 各房间所需暖气片片数。
- 风管尺寸计算器 — 按风量和风速计算圆管或矩形风管尺寸。
- 锅炉选型计算器 — 按总负荷选型冷凝锅炉。
免责声明：本案例仅供学习教育参考。实际暖通系统设计须由持证专业工程师审核。负荷和设备选型因当地法规、建筑条件和制造商规格而异。