地暖技術在實際工程中的應用

馬青有

（山西建筑職業技術學院，山西 太原 030006）

地暖技術在實際工程中的應用

馬青有

（山西建筑職業技術學院，山西 太原 030006）

節能降耗日益成為經濟健康發展的方向。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，提高各個環節熱源效率。北方節能的主要措施：改善圍護結構保溫；提倡和推廣低溫采暖，增大采暖末端換熱能力，實現室溫調節；積極擴大熱電聯產熱源的熱源比例。

節能；供暖工程；地板輻射采暖

一、概述

論文以大連市花園小區東1#住宅樓低溫熱水地板輻射供暖系統為例說明。低溫熱水地板輻射采暖是一種利用建筑物內部地面進行供暖的系統。它既能高效地使用各種低品位能，達到節能效果，又具有室內溫度均勻、衛生條件高、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。

低溫地板輻射采暖系統是將耐溫耐壓達標的塑料管材（如交聯聚乙烯管PE-X、聚丙烯共聚體管PPC、無規共聚聚乙烯PP-R、交聯鋁塑復合管XPAP）根據“地熱施工規范”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）地板采暖的優缺點

1.地板采暖的優點

（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構表面進行輻射換熱，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，使室溫比較穩定且溫度梯度小，形成了真正的符合人體散熱要求的熱環境，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，減少了圍護結構的無效耗熱量。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%，節省能源。地板輻射采暖系統可以利用熱網回水、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）衛生：采用地板輻射采暖，室內衛生明顯改善，不會導致室內空氣對流所產生的塵埃飛揚，徹底消除散熱器設備和管道積塵面及揮發的異味。

（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）系統的熱穩定性好：由于系統結構上有較厚的細石沙漿作為一個蓄熱結構，系統的熱惰性好，系統抵抗外界干擾的能力強，地暖系統和散熱器系統相比，房間內的溫度波動明顯小。

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和適用范圍

（1）地板采暖的主要技術參數

（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；工業廠房、水產養殖、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

（一）工程概況

該工程為位于大連市的花園小區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。

（二）設計參數

1.建筑圍護結構熱工參數

外墻：400mm空心磚，導熱系數0.58瓦/（米·攝氏度），外貼80 mm厚的苯板，導熱系數0.047瓦/（米·攝氏度），內外各抹灰10mm，導熱系數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）剛柔防水層（40厚C20細石混凝土），導熱系數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0.29瓦/（米·攝氏度）；（3）保溫層厚120mm（瀝青珍珠巖塊），導熱系數0.12瓦/（米·攝氏度）；（4）鋼筋混凝土結構層（按120mm計算），導熱系數1.74瓦/（米·攝氏度）。

2.室外設計氣象參數

表2是大連市的圍護結構冬季室外計算參數。

表2 大連市圍護結構冬季室外計算參數

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

3.圍護結構傳熱系數

本設計中內表面換熱系數取8.72瓦/（平方米·攝氏度），外表面換熱系數取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：

剛柔防水層（40厚C20細石混凝土），導熱系數1.5瓦/（米·攝氏度）；

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

保溫層厚120mm（瀝青珍珠巖塊），導熱系數0.12瓦/（米·攝氏度）；

鋼筋混凝土結構層（按120mm－180mm計算），導熱系數1.74瓦/（米·攝氏度）；

K=1/R=0.74瓦/（平米·攝氏度）。

（4）洗手間與室內傳熱系數：

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熱量很小的工業建筑，采暖熱負荷的計算考慮圍護結構的傳熱耗熱量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據應仔細分析，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，使滲漏的冷空氣量減少到最低程度。

（3）冬季室內計算溫度的確定

生產要求的室內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計算溫度。

（4）溫差修正系數

室內外計算溫差修正系數，實際上是對t的修正。當圍護結構外側直接對大氣時，溫差修正系數取1。但是，在計算圍護結構時，還常遇到圍護結構外側并不直接與室外空氣接觸，它的外側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，規定仍利用溫差計算耗熱量，但用系數進行修正，溫差修正系數是根據經驗確定的。

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，僅作為確定戶內供暖熱負荷的因素，不應統計在集中供暖系統的總負荷內或建筑總供暖或建筑總供電負荷內。

（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，根據各房間的單位面積耗熱量，采用地板類地面。技術參數如下：

結構層厚度：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]中規定，加熱管道內的熱媒流速不得小于0.25m/s，供回水閥門以后的管線系統阻力不宜大于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按戶熱計量，各主要房間分環路布置加熱管，則便于實現分室控制溫度。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，每一環路長度不應超過120m，各環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，導致的地面穩定分布是不同的。布管時，將高溫管段優先布置于外窗、外墻側，使室內溫度分布盡可能均勻。

該設計采用交聯聚乙烯塑料管，總管設在樓梯間的管道井內，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.交聯聚乙烯管的采暖特點

交聯聚乙烯管由于具有很好的衛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）管內外壁光滑，阻力小，不結垢，不銹蝕，不滋生細菌，不污染水質，不阻塞水流；

（7）無毒無味、耐酸堿腐蝕，可用于多種化學物質輸送；

（8）隔熱保溫性能優良，熱能損失少；

（9）質量輕，搬運方便，安裝簡易快捷；

(10)獨有的記憶功能：PE-X管終生記憶其交聯時的形態，當外部連續彎曲數次，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常可靠的密封性；

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

(12)管路無接頭，免除“堵、冒、滴、漏”現象，無需更換和維修；

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

（二）在該設計中，選用的是PE-X管。

據文獻[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，選擇的PE-X管是當地面層為木地板、熱阻=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現的問題

（一）常見的問題

1.關于地暖不熱的問題

（1）系統設計方面

根據熱源方式確定整個環路的管長。以大連地區為例，集中供暖方式，可以選用最長環路90-100m，若用戶單獨設立熱源，可以選用最長50-60m；地面結構不同，對外散熱量各不相同，可能出現地板輻射熱量不能滿足熱負荷的情況，造成房間不熱；根據房屋結構、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，則可能出現不熱情況；采暖環路上未設置排氣裝置，造成憋氣，系統不熱。

（2）施工方面

施工人員素質低下，野蠻施工，管路出現死彎，壓扁現象，致使水流不暢，阻力增大；鋪管之前沒有認真清理管內雜物，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）系統設計方面：環路管路過長及各個環路的長度不均勻；管間距不均勻；整個采暖系統水力不平衡率過大；沒有根據具體面材選用合理的散熱系數。

（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）由于土建專業的沉降縫設置不合理，造成整個地面不均勻沉降；

（2）采暖結構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）沒有采取添加鋼網的施工工藝，線形膨脹方向不確定；

（6）混凝土填充層的養護期短，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整：

（1）集中供熱小區采用換熱站方式；

（2）采用手動控制和智能溫控方式，調節供水、回水的流量；

（3）使用混流器。

［1］陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（第一版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，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程（第三版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

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

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

TU

A

1673-0046（2010）12-0161-03