地暖技術在實際工程中的應用

馬青有

（山西建筑職業(yè)技術學院，山西 太原 030006）

地暖技術在實際工程中的應用

馬青有

（山西建筑職業(yè)技術學院，山西 太原 030006）

節(jié)能降耗日益成為經(jīng)濟健康發(fā)展的方向。技術滯后、管理滯后與浪費驚人等弊端，在供暖中造成30%～40%的熱量浪費。對傳統(tǒng)供暖設備實施技術改造，向清潔能源要熱量，向生活習慣要熱量。通過改善保溫、換門窗，減少需求量，提高各個環(huán)節(jié)熱源效率。北方節(jié)能的主要措施：改善圍護結(jié)構(gòu)保溫；提倡和推廣低溫采暖，增大采暖末端換熱能力，實現(xiàn)室溫調(diào)節(jié)；積極擴大熱電聯(lián)產(chǎn)熱源的熱源比例。

節(jié)能；供暖工程；地板輻射采暖

一、概述

論文以大連市花園小區(qū)東1#住宅樓低溫熱水地板輻射供暖系統(tǒng)為例說明。低溫熱水地板輻射采暖是一種利用建筑物內(nèi)部地面進行供暖的系統(tǒng)。它既能高效地使用各種低品位能，達到節(jié)能效果，又具有室內(nèi)溫度均勻、衛(wèi)生條件高、舒適性好等特點，是一種減少建筑能耗提高熱舒適性的理想供暖系統(tǒng)。

低溫地板輻射采暖系統(tǒng)是將耐溫耐壓達標的塑料管材（如交聯(lián)聚乙烯管PE-X、聚丙烯共聚體管PPC、無規(guī)共聚聚乙烯PP-R、交聯(lián)鋁塑復合管XPAP）根據(jù)“地熱施工規(guī)范”安裝在地表面，再用混凝土埋設，形成平整地面，熱水在管路中流通，形成由地面向上輻射供暖的一種革新及先進的供暖輻射方式。

（一）地板采暖的優(yōu)缺點

1.地板采暖的優(yōu)點

（1）舒適性：地板低溫輻射采暖以地板為散熱器，在向人體和周圍空氣對流換熱同時還向四周的家具及外圍結(jié)構(gòu)表面進行輻射換熱，使壁面溫度升高，減少了四周表面對人體的冷輻射。由于有輻射強度和溫度的雙重作用，使室溫比較穩(wěn)定且溫度梯度小，形成了真正的符合人體散熱要求的熱環(huán)境，給人以腳暖頭涼的舒適感，可使腦力勞動者的工作效率提高。

（2）節(jié)能高效：由于地板輻射采暖的房間溫度梯度小，沿高度方向上的溫度分布比較均勻，房間頂部不會過熱，減少了圍護結(jié)構(gòu)的無效耗熱量。在相同舒適條件下，采用地板輻射采暖比一般對流采暖設計溫度低2℃～3℃，總耗熱量可減少10%～30%，節(jié)省能源。地板輻射采暖系統(tǒng)可以利用熱網(wǎng)回水、余熱水或地熱水等。

（3）不占面積：由于不受建筑形式限制，不需在室內(nèi)布置散熱器及連接管，既不占使用面積，又可使房間分隔及家具擺設隨意靈活。尤其適用于大跨度或大玻璃墻裝飾的建筑及展廳的采暖需要。

（4）衛(wèi)生：采用地板輻射采暖，室內(nèi)衛(wèi)生明顯改善，不會導致室內(nèi)空氣對流所產(chǎn)生的塵埃飛揚，徹底消除散熱器設備和管道積塵面及揮發(fā)的異味。

（5）使用壽命長：熱媒管整根鋪設，地面無接口、無滲漏。材料保證連續(xù)使用50年以上。一般可以認為，與建筑物本身的使用年限基本相同。

（6）維護簡便：該系統(tǒng)只需在采暖期間定期檢查過濾器。

（7）熱源選擇靈活：低暖系統(tǒng)供水溫度為40℃～60℃，可充分利用電廠余熱、廢熱水和地熱水資源。

（8）系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性好：由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有較厚的細石沙漿作為一個蓄熱結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的熱惰性好，系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力強，地暖系統(tǒng)和散熱器系統(tǒng)相比，房間內(nèi)的溫度波動明顯小。

2.地板采暖的缺點

（1）地暖要求建筑層高增加6-8厘米，管道安裝需與土建施工同步進行。

（2）造價較散熱器采暖高。

3.地板采暖主要技術參數(shù)和適用范圍

（1）地板采暖的主要技術參數(shù)

（2）地板采暖的適用范圍

各式住宅、別墅樓；辦公商務樓、會展館、大型會議展廳；停車場、機場跑道、候機樓、飛機庫；工業(yè)廠房、水產(chǎn)養(yǎng)殖、種植大棚、娛樂場所、體育場館；商場、購物中心。

二、工程概況及設計參數(shù)

（一）工程概況

該工程為位于大連市的花園小區(qū)1#居民住宅樓，一共有6層，首層是商服樓，上面5層為住宅樓，冬季采用的是低溫地板輻射采暖，供回水水溫采用55℃～45℃，采用機械循環(huán)。

（二）設計參數(shù)

1.建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)

外墻：400mm空心磚，導熱系數(shù)0.58瓦/（米·攝氏度），外貼80 mm厚的苯板，導熱系數(shù)0.047瓦/（米·攝氏度），內(nèi)外各抹灰10mm，導熱系數(shù)0.87瓦/（米·攝氏度）；外窗：高為2.1米，寬度為1.8米，雙玻璃塑鋼窗，k=2.5瓦/（平米·攝氏度）；外門：高度2.1米，寬度為1.5米（防盜門），k=5.81瓦/（平米·攝氏度）；天棚：（1）剛?cè)岱浪畬樱?0厚C20細石混凝土），導熱系數(shù)1.5瓦/（米·攝氏度）；（2）C7.5爐渣找坡層拍實，厚度為25mm，導熱系數(shù)0.29瓦/（米·攝氏度）；（3）保溫層厚120mm（瀝青珍珠巖塊），導熱系數(shù)0.12瓦/（米·攝氏度）；（4）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層（按120mm計算），導熱系數(shù)1.74瓦/（米·攝氏度）。

2.室外設計氣象參數(shù)

表2是大連市的圍護結(jié)構(gòu)冬季室外計算參數(shù)。

表2 大連市圍護結(jié)構(gòu)冬季室外計算參數(shù)

查文獻[2]得知，空心磚的蓄熱系數(shù)瓦/（平方米·攝氏度），苯板的蓄熱系數(shù)瓦/（平方米·攝氏度），內(nèi)外抹灰的蓄熱系數(shù)瓦/（平方米·攝氏度），所以此住宅樓的圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性指標：D＞6.0，應選用Ⅰ型墻，從而室外溫度確定為-11℃。

3.圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

本設計中內(nèi)表面換熱系數(shù)取8.72瓦/（平方米·攝氏度），外表面換熱系數(shù)取23.26瓦/（平方米·攝氏度）。

（1）外墻：K=0.36瓦/（平方米·攝氏度）；

（2）門、窗戶：參閱文獻[1]

①外窗：雙玻璃塑鋼窗，可知K=2.40瓦/（平方米·攝氏度）；

②外門：防盜門，可知K=2.70瓦/（平方米·攝氏度）；

③普通的木門，可知 K=6.40瓦/（平方米·攝氏度）。

（3）頂棚：

剛?cè)岱浪畬樱?0厚C20細石混凝土），導熱系數(shù)1.5瓦/（米·攝氏度）；

C7.5爐渣找坡層拍實，厚度為25mm，導熱系數(shù)0.29瓦/（米·攝氏度）；

保溫層厚120mm（瀝青珍珠巖塊），導熱系數(shù)0.12瓦/（米·攝氏度）；

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層（按120mm－180mm計算），導熱系數(shù)1.74瓦/（米·攝氏度）；

K=1/R=0.74瓦/（平米·攝氏度）。

（4）洗手間與室內(nèi)傳熱系數(shù)：

24墻：K=1.5瓦/（平方米·攝氏度）；

12墻：K=2.2瓦/（平方米·攝氏度）。

三、采暖熱負荷計算

1.采暖設計熱負荷

對于一般民用建筑和產(chǎn)熱量很小的工業(yè)建筑，采暖熱負荷的計算考慮圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量Q1、冷風滲透耗熱量Q2和外門冷風侵入耗熱量Q3等三項失熱量及熱管道散熱量，忽略其他因素。為簡化計算，在設計中管道散熱量可不考慮。

2.合理地確定采暖設計熱負荷

（1）仔細分析對局部有影響的因素，對能影響到局部房間的各項因素和數(shù)據(jù)應仔細分析，使不遺漏，并且做充分的估計。

（2）在管理上應盡量采取減少冷空氣滲透措施，對冷空氣的處理，首先立足于堵漏，使?jié)B漏的冷空氣量減少到最低程度。

（3）冬季室內(nèi)計算溫度的確定

生產(chǎn)要求的室內(nèi)溫度一般由工藝設計人員提出，而人們生活要求的溫度，主要決定于人體的生理熱平衡。一般房間的溫度是上熱下涼，由于人們生活和工作一般均在兩米以下的地點，因此把離地面兩米以下的平均空氣溫度看作室內(nèi)計算溫度。

（4）溫差修正系數(shù)

室內(nèi)外計算溫差修正系數(shù)，實際上是對t的修正。當圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)直接對大氣時，溫差修正系數(shù)取1。但是，在計算圍護結(jié)構(gòu)時，還常遇到圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)并不直接與室外空氣接觸，它的外側(cè)是不供暖的房間或空間（如頂棚或地下室等），而這些房間或空間通常是有同室外相通的門或窗。為了便于計算，規(guī)定仍利用溫差計算耗熱量，但用系數(shù)進行修正，溫差修正系數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗確定的。

3.影響總負荷的其他因素

（1）分戶熱計量的地暖系統(tǒng)的熱負荷計算，應考慮間歇供暖和戶間傳熱等因素，但是間歇供暖與戶間傳熱的附加量，僅作為確定戶內(nèi)供暖熱負荷的因素，不應統(tǒng)計在集中供暖系統(tǒng)的總負荷內(nèi)或建筑總供暖或建筑總供電負荷內(nèi)。

（2）熱媒的供熱量，應包括地面向上的散熱量和向下層或向土壤的傳熱損失。但是設計中，選管時，只采納了向上的散熱量。

四、地板輻射采暖設計

設計采用熱水作為熱媒，根據(jù)各房間的單位面積耗熱量，采用地板類地面。技術參數(shù)如下：

結(jié)構(gòu)層厚度：70mm；

地面材料：地板；

供回水溫度：供水為55℃，回水為45℃；

管材：交聯(lián)聚乙烯塑料管。

（一）地板輻射采暖盤管的布置及特點

1.采暖盤管布置

文獻[1]中規(guī)定，加熱管道內(nèi)的熱媒流速不得小于0.25m/s，供回水閥門以后的管線系統(tǒng)阻力不宜大于30KPa，同時要求每一集配裝置的分支路不宜多于8個，住宅每戶至少應設置一套集配裝置，這樣可以方便地實現(xiàn)按戶熱計量，各主要房間分環(huán)路布置加熱管，則便于實現(xiàn)分室控制溫度。實際設計中，每戶設置一套集配裝置，每套集配裝置設5～7個支路，每一環(huán)路長度不應超過120m，各環(huán)路加熱管的長度接近相等，這都是為了有利于水力平衡。

加熱管采取不同布置形式時，導致的地面穩(wěn)定分布是不同的。布管時，將高溫管段優(yōu)先布置于外窗、外墻側(cè)，使室內(nèi)溫度分布盡可能均勻。

該設計采用交聯(lián)聚乙烯塑料管，總管設在樓梯間的管道井內(nèi)，再分設支管進入各戶，各戶均有一套分、集水器，加熱盤管的布置按房間分組。

管道布置采用雙回形，衛(wèi)生間及廚房采用往復形或直列形，為了不使地板表面溫度過高而造成人腳部太熱而表現(xiàn)得不舒適，最理想的狀況是地板表面溫度均勻一致。對于雙回形布置，經(jīng)過板面中心點的任何一個剖面，埋管是高溫低溫管相間隔布置，存在“零熱面”和“均化”效應，故鋪設簡單也沒有埋管相交問題。

2.交聯(lián)聚乙烯管的采暖特點

交聯(lián)聚乙烯管由于具有很好的衛(wèi)生性和綜合機械物理性能，被視為新一代的綠色管材，特點如下：

（1）卓越的耐熱性和耐寒性：高溫下熱強度高，在110℃運行8760小時，可承受液壓為2.5MPa；優(yōu)秀的耐低溫韌性，在-70℃～-60℃才會脆化；

（2）良好的抗蠕變能力：塑料管材對溫度的依賴性很高，在相同的溫度下，PE-X與其他塑料管相比抗蠕變時間最長；

（3）耐壓性能好：公稱壓力1.25MPa，16mm爆破壓力大于6 MPa，20mm爆破壓力大于5MPa；

（4）加熱不熔融：在加熱至200℃后，管透明不變形，不熔融，不流淌；

（5）質(zhì)地堅實，有韌性，抗劃痕能力強；剛中有柔可以彎曲，不脆裂；

（6）管內(nèi)外壁光滑，阻力小，不結(jié)垢，不銹蝕，不滋生細菌，不污染水質(zhì)，不阻塞水流；

（7）無毒無味、耐酸堿腐蝕，可用于多種化學物質(zhì)輸送；

（8）隔熱保溫性能優(yōu)良，熱能損失少；

（9）質(zhì)量輕，搬運方便，安裝簡易快捷；

(10)獨有的記憶功能：PE-X管終生記憶其交聯(lián)時的形態(tài)，當外部連續(xù)彎曲數(shù)次，不會折斷，且用火加熱至透明，冷卻后立即恢復原狀，它的這種記憶功能保證其在連接處具有非?？煽康拿芊庑裕?/p>

(11)半永久的使用壽命：在70℃、工作壓力≤0.8 MPa時，連續(xù)使用年限為50年；

(12)管路無接頭，免除“堵、冒、滴、漏”現(xiàn)象，無需更換和維修；

（13）熱容量大，熱穩(wěn)定性好：在間歇供暖的條件下，由于混凝土的蓄熱功能較大，使得室內(nèi)溫度變化緩慢，即使經(jīng)常開門窗，室內(nèi)溫度亦不明顯變化。

（二）在該設計中，選用的是PE-X管。

據(jù)文獻[3]，按附錄A.1 PE-X管單位地面面積的散熱量和向下傳熱損失進行采暖盤關計算。

地面層為水泥或陶瓷時，單位地面面積的散熱量和向下傳熱損失可按表A.1.1計算；地面層為木地板時，單位地面面積的散熱量和向下傳熱損失可按表A.1.3計算。

在該設計中，考慮臥室、客廳采用木地板，廚房、餐廳、衛(wèi)生間采用陶瓷磚作為地面層。在選擇管道時，以大部分的面積鋪設為依據(jù)，選擇的PE-X管是當?shù)孛鎸訛槟镜匕?、熱?0.1（m2·℃/W）時的管道，計算條件為：加熱管工程外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度為20mm、供回水溫差為10℃。

五、常見問題的分析及設計發(fā)現(xiàn)的問題

（一）常見的問題

1.關于地暖不熱的問題

（1）系統(tǒng)設計方面

根據(jù)熱源方式確定整個環(huán)路的管長。以大連地區(qū)為例，集中供暖方式，可以選用最長環(huán)路90-100m，若用戶單獨設立熱源，可以選用最長50-60m；地面結(jié)構(gòu)不同，對外散熱量各不相同，可能出現(xiàn)地板輻射熱量不能滿足熱負荷的情況，造成房間不熱；根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)、朝向不同，應選用不同的熱負荷，如果選用一樣的，則可能出現(xiàn)設計熱負荷小于房間的實際采暖熱負荷的情況，造成房間不熱；設計人員應根據(jù)熱負荷選用合適的盤管間距，間距過大，輻射散熱量小，則可能出現(xiàn)不熱情況；采暖環(huán)路上未設置排氣裝置，造成憋氣，系統(tǒng)不熱。

（2）施工方面

施工人員素質(zhì)低下，野蠻施工，管路出現(xiàn)死彎，壓扁現(xiàn)象，致使水流不暢，阻力增大；鋪管之前沒有認真清理管內(nèi)雜物，保持清潔，造成管路堵塞；排管間距不符合設計要求。

2.關于冷熱不均的問題

（1）系統(tǒng)設計方面：環(huán)路管路過長及各個環(huán)路的長度不均勻；管間距不均勻；整個采暖系統(tǒng)水力不平衡率過大；沒有根據(jù)具體面材選用合理的散熱系數(shù)。

（2）施工方面：未與土建工種配合，找平地面,管路排氣不暢；施工人員人為造成盤管出現(xiàn)死彎、壓扁，水流速不均，流量不同。

3.關于地面開裂的問題

（1）由于土建專業(yè)的沉降縫設置不合理，造成整個地面不均勻沉降；

（2）采暖結(jié)構(gòu)中的保溫層柔性沉降不均；

（3）混凝土標號不滿足C20；

（4）填充層強度、厚度不滿足要求；

（5）沒有采取添加鋼網(wǎng)的施工工藝，線形膨脹方向不確定；

（6）混凝土填充層的養(yǎng)護期短，少于7天；

（7）熱源過熱，局部地面過熱，熱量得不到有效釋放。

4.關于實木地板與復合地板做地暖應注意的問題

（1）實木地板是天然的木材，易于變形；

（2）復合地板硬度強于實木地板，經(jīng)過再造生成，有膠的成分，不易變形；

（3）實木地板變形是它本身的濕度造成的，復合地板優(yōu)于實木地板；

（4）實木地板沒有通風是造成開裂的主要原因，只有將潮濕度和空氣流動控制好才能解決開裂問題。

5.關于熱源過熱的問題

熱源過熱可以采用以下幾種方式調(diào)整：

（1）集中供熱小區(qū)采用換熱站方式；

（2）采用手動控制和智能溫控方式，調(diào)節(jié)供水、回水的流量；

（3）使用混流器。

［1］陸耀慶.實用供熱空調(diào)設計手冊（第一版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002：15-21.

［2］賀平，孫剛.供熱工程（第三版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002：8-325.

［3］中華人民共和國建設部.地面輻射供暖技術規(guī)程（第三版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［4］王子介.地板供暖及其發(fā)展動向［J］.暖通空調(diào)，1999，（6）：35-38.

［5］肖蘭生.住宅分戶計量式供暖系統(tǒng)的設計要點［J］.暖通空調(diào)，2000，（4）：43-45.

TU

A

1673-0046（2010）12-0161-03