低溫輻射地板供暖在校園公寓樓改造中的分析

趙敬源　王斌

摘要：結(jié)合校園公寓樓特點及使用現(xiàn)狀，對低溫地板輻射在校園公寓樓改造中的優(yōu)勢，劣勢進(jìn)行了分析并做出了一些彌補(bǔ)措施，主要在節(jié)能和舒適性兩方面進(jìn)行了分析。綜合比較得出，低溫雙向散熱輻射地板，在校園公寓樓供暖改造中節(jié)能高效、舒適環(huán)保、技術(shù)可行，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯。

關(guān)鍵詞：校園公寓樓；低溫地板輻射供暖；雙向散熱；地下熱源

1.前言

建筑能耗占到我國總的能源消耗的20～30%，其中采暖、空調(diào)能耗占建筑能耗約60%～70%，空調(diào)系統(tǒng)、采暖節(jié)能勢在必行。目前我國的既有的近400億平方米建筑，其中95%以上是高能耗建筑，僅有1%為節(jié)能建筑，其中校園公寓樓占有一定量的比例，以北方地區(qū)陜西省高校為例，目前陜西省有96所高等院校，在校生約98萬，校園宿舍公寓樓面積約為620萬平方米，其中10%左右已經(jīng)建成40年或超過40年，20～30%建成有20～30年，最近20年建成的有60%左右，整個校園公寓樓單位面積能耗非常大。另外，通過對冬天公寓樓室內(nèi)熱環(huán)境的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，宿舍公寓樓的熱環(huán)境比較差。一些宿舍冬季溫度過高，通過開窗或開門散熱的措施來降低宿舍溫度，導(dǎo)致室內(nèi)溫度溫差極大。相反，一些宿舍冬季宿舍溫度過低，熱舒適度比較差，南北宿舍溫度差異也較大。因此，從節(jié)能和舒適性等方面考慮，節(jié)能改造迫在眉睫。

2.低溫輻射地板供暖在校園公寓樓改造中的可行性分析

2.1公寓樓的使用特點、現(xiàn)狀及熱環(huán)境調(diào)研

學(xué)校公寓樓宿舍現(xiàn)狀：房間頂棚做一些抹灰或其它飾面，墻體抹灰或貼一些其它簡單飾面，地板直接水泥砂漿抹平或貼地磚，構(gòu)造比較簡單，冬季采暖采用暖氣片供熱，夏天電風(fēng)扇降溫。學(xué)校公寓使用特點：白天大部分使用者上課或參加其它活動，很少有使用者在公寓樓內(nèi)，一般中午、晚上回到宿舍，使用時間比較集中，目前我國采暖地區(qū)校園公寓樓建筑面積相當(dāng)巨大，冬季供暖幾乎全部采用鍋爐房與暖氣片水暖供熱，夏季采用電風(fēng)扇降溫，即耗能，又舒適性差。以下是對長安大學(xué)小寨校區(qū)公寓樓的熱環(huán)境方面的100份調(diào)研結(jié)果：

2.2低溫輻射地板供暖改造優(yōu)勢分析

在改造和新蓋住宅中地板輻射取得了非常好的節(jié)能和舒適效果，地板輻射在校園公寓樓改造中結(jié)合校園公寓樓的特點，相對傳統(tǒng)暖氣片供暖具有巨大優(yōu)勢。

地板輻射地板供暖：是把輻射管布置在地坪或樓板上的一種輻射供熱方式。校園公寓樓地板輻設(shè)構(gòu)造的一般做法是在樓板結(jié)構(gòu)層上水泥砂漿找平層，設(shè)置保溫層，水泥砂漿找平層，接著設(shè)置地暖管，并用混凝土填充，上面做水泥砂漿面層或地磚之類。另一種做法是不設(shè)置保溫層，雙向散熱。在校園公寓樓節(jié)能改造大潮中，供暖改造中采用地板輻射供暖在節(jié)能改造中有如下一些優(yōu)勢：

1）采用二聯(lián)供，能源梯級利用。供熱系統(tǒng)為采暖和生活用水兩聯(lián)供，氣候條件是選擇二聯(lián)供系統(tǒng)二部分負(fù)荷比例的主要依據(jù)。通過變頻循環(huán)水泵與換熱器調(diào)節(jié)水流量來達(dá)到調(diào)節(jié)二部分的熱水供應(yīng)比例及溫度，同樣生活熱水分為熱開水供應(yīng)和洗澡供水，也能通過上述方法調(diào)節(jié)熱水供應(yīng)比例及溫度，使能源梯級綜合利用；

2）室內(nèi)計算溫度低，節(jié)能效果突出。地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程（JGJ142-2004）規(guī)定計算全面低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)的耗熱量時，室內(nèi)計算溫度的取值應(yīng)降低2℃，或取計算總耗熱量的90～95%。

3）集中使用，易于管理。學(xué)生公寓樓分布比較集中，管線布置短，熱量傳送途中散熱少，學(xué)生作息時間比較有規(guī)律，白天幾乎不在，晚上回來住，采用溫控閥通過控制熱流量來控制溫度，白天使用者少時通過調(diào)低熱流量來達(dá)到調(diào)低室內(nèi)溫度來，晚上調(diào)到正常室溫，節(jié)能可靠舒適；

4）提高宿舍使用面積。宿舍取消了散熱器和立、支管，使宿舍面積一般提高3～5%左右，同時易于東西的布置；

5）投資不高，維護(hù)費(fèi)用低，施工期短。主要在混凝土結(jié)構(gòu)上布置找平層，設(shè)置地暖管，并用混凝土填充，上面做水泥砂漿面層或地磚，采用耐用散熱快地暖管一般壽命可保證30年左右，投資費(fèi)用低，維護(hù)費(fèi)用低和方便。施工期短可，以利用寒暑假進(jìn)行施工；

6）舒適性強(qiáng)。低溫地板輻射換熱量一般占總換熱量的50%以上，而暖氣片供暖主要以對流換熱為主，室內(nèi)溫度均勻度相對比較差，低溫輻射地板供暖溫度均勻度高舒適性強(qiáng)。低溫地板輻射水平溫度分布均勻，同時均勻程度取決于水管的布置方式、間距以及填充層的厚度和均勻度，一般采用雙回字形，送水管均布，溫度比較均勻，完全可將宿舍不同點溫差控制在1K以內(nèi)。地板輻射供暖室內(nèi)豎向空氣溫度沿室內(nèi)高度逐漸遞減，主要以輻射換熱為主，室內(nèi)空氣溫差不會太大。地板加熱空氣，使熱空氣緩緩上升，而頂棚處空氣溫度相對較低，密度大，與上升的熱空氣充分混合，室內(nèi)的溫度均勻度較高，舒適度也高。同時也符合腳暖頭涼的人舒適性原則。地板輻射采用雙向輻射散熱是不設(shè)置保溫層，熱量向上下相鄰房間傳遞，與設(shè)置保溫層的傳統(tǒng)地板輻射采暖相比，節(jié)約了初期的保溫層投資及施工等的投資，降低了地板表面溫度，樓板的平均輻射溫度下降，室內(nèi)空氣溫度分布更趨合理；

7）熱源的選擇范圍廣，可使用清潔能源，節(jié)約能源。燃煤、燃?xì)?、電熱鍋爐熱水供暖及城市區(qū)域集中供熱：利用原有鍋爐節(jié)約初期改造投資，也可以接入城市集中供熱供暖熱等，效率利用高，綜合各種因素考慮選用。地下冷熱源：主要分為土壤源和地下水源。土壤地源熱泵裝置的關(guān)鍵之一是地下熱交換器的設(shè)計和安裝。為此，必須了解熱泵安裝地土壤的特性，原狀土（未經(jīng)采熱的土壤）的全年溫度分布和當(dāng)?shù)赝寥赖膶?dǎo)熱系數(shù)、含水量、密度、比熱容等熱物性參數(shù)。土壤源地緣熱泵初期投資高，運(yùn)行費(fèi)用低（據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的土壤源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40%的供熱制冷空調(diào)費(fèi)用），綠色環(huán)保節(jié)能，但要求地下空間大。校園建筑密度比較低，建筑四周空地大，能很好的滿足土壤源地下要求安裝換熱器的大空間要求，比較適用于校園公寓樓冬季供熱的熱源選擇。地下水源熱泵水溫是影響地源熱泵效率的主要因素，溫度比較穩(wěn)定，一般在12℃～24℃之間，冬季高于室外氣溫供熱，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的熱源。使用時要充分考慮適用地區(qū)水資源的分布、地下水的水質(zhì)等，同時要合理的選用水的回灌類型防止地下水的污染等。

2.3低溫輻射地板供暖的不足及彌補(bǔ)措施

地板輻射供暖在校園節(jié)能改造中也存在以下一些不足：

1）低溫輻射地板增加構(gòu)造層的厚度，使房間層高減小，同時增加了樓板的荷載；

2）房間一般要放置桌椅床之類的，對熱量傳遞具有遮擋，相當(dāng)于一個熱阻，影響溫度的均勻度，由于不設(shè)置保溫層，雙向散熱，溫差不是太大；

3）維修難。一旦出現(xiàn)局部漏水、堵塞或者熱水循環(huán)不暢，查找原因的難度大，維修也比較困難。

4）考慮到學(xué)校公寓改造中，混凝土導(dǎo)熱系數(shù)比較大，散熱量快，易于傳熱。但混凝土缺點是升高溫度吸熱量大，升高單位溫度所需時間長，所以地板采用混凝土的對溫度敏感性低，不利于使用者回到公寓想立刻升高溫度的意愿。

解決措施是：水管采用耐用導(dǎo)熱快的材料；外墻采用內(nèi)保溫，這樣避免了采用外保溫時墻體吸收大量的熱，使室內(nèi)升高單位溫度所需時間減少，升溫相對較快。

2.4節(jié)能潛力分析

校園公寓樓低溫地板輻射改造中，僅考慮燃煤、燃?xì)狻㈦姛徨仩t熱水供暖或城市區(qū)域集中供熱，節(jié)能為15%左右，以陜西所有高校為例，校園公寓樓面積620萬平方米，采暖面積510萬平方米，采暖耗煤量按照規(guī)范西安取9.7KG/m²，改造前耗煤量49500噸標(biāo)準(zhǔn)煤，改造后為42100噸標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約7400噸左右標(biāo)準(zhǔn)煤。若采用地下土壤源或地下水源等可再生資源作為熱源，節(jié)能效果更加明顯。

3.結(jié)論

低溫輻射供熱在校園公寓樓中的改造中熱源的選擇范圍廣，不僅可以利用傳統(tǒng)能源，能源優(yōu)化利用，也可以利用土壤源、地下水源等清潔可再生資源，節(jié)約能源。雖然，地板輻射供暖存在一些不足，經(jīng)過一些措施的處理，結(jié)合校園公寓樓的特點和使用情況，相對暖氣片供熱具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，經(jīng)過綜合分析低溫地板輻射供熱在校園公寓樓改造中不但節(jié)能高效、舒適、環(huán)保衛(wèi)生、技術(shù)上可行，而且綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯，必將在校園節(jié)能改造中大量推廣。