地暖技术在实际工程中的应用

2010-10-25马青有

太原城市职业技术学院学报 2010年12期

关键词：散热量摄氏度围护结构

马青有

（山西建筑职业技术学院，山西太原 030006）

地暖技术在实际工程中的应用

马青有

（山西建筑职业技术学院，山西太原 030006）

节能降耗日益成为经济健康发展的方向。技术滞后、管理滞后与浪费惊人等弊端，在供暖中造成30%～40%的热量浪费。对传统供暖设备实施技术改造，向清洁能源要热量，向生活习惯要热量。通过改善保温、换门窗，减少需求量，提高各个环节热源效率。北方节能的主要措施：改善围护结构保温；提倡和推广低温采暖，增大采暖末端换热能力，实现室温调节；积极扩大热电联产热源的热源比例。

节能；供暖工程；地板辐射采暖

一、概述

论文以大连市花园小区东1#住宅楼低温热水地板辐射供暖系统为例说明。低温热水地板辐射采暖是一种利用建筑物内部地面进行供暖的系统。它既能高效地使用各种低品位能，达到节能效果，又具有室内温度均匀、卫生条件高、舒适性好等特点，是一种减少建筑能耗提高热舒适性的理想供暖系统。

低温地板辐射采暖系统是将耐温耐压达标的塑料管材（如交联聚乙烯管PE-X、聚丙烯共聚体管PPC、无规共聚聚乙烯PP-R、交联铝塑复合管XPAP）根据“地热施工规范”安装在地表面，再用混凝土埋设，形成平整地面，热水在管路中流通，形成由地面向上辐射供暖的一种革新及先进的供暖辐射方式。

（一）地板采暖的优缺点

1.地板采暖的优点

（1）舒适性：地板低温辐射采暖以地板为散热器，在向人体和周围空气对流换热同时还向四周的家具及外围结构表面进行辐射换热，使壁面温度升高，减少了四周表面对人体的冷辐射。由于有辐射强度和温度的双重作用，使室温比较稳定且温度梯度小，形成了真正的符合人体散热要求的热环境，给人以脚暖头凉的舒适感，可使脑力劳动者的工作效率提高。

（2）节能高效：由于地板辐射采暖的房间温度梯度小，沿高度方向上的温度分布比较均匀，房间顶部不会过热，减少了围护结构的无效耗热量。在相同舒适条件下，采用地板辐射采暖比一般对流采暖设计温度低2℃～3℃，总耗热量可减少10%～30%，节省能源。地板辐射采暖系统可以利用热网回水、余热水或地热水等。

（3）不占面积：由于不受建筑形式限制，不需在室内布置散热器及连接管，既不占使用面积，又可使房间分隔及家具摆设随意灵活。尤其适用于大跨度或大玻璃墙装饰的建筑及展厅的采暖需要。

（4）卫生：采用地板辐射采暖，室内卫生明显改善，不会导致室内空气对流所产生的尘埃飞扬，彻底消除散热器设备和管道积尘面及挥发的异味。

（5）使用寿命长：热媒管整根铺设，地面无接口、无渗漏。材料保证连续使用50年以上。一般可以认为，与建筑物本身的使用年限基本相同。

（6）维护简便：该系统只需在采暖期间定期检查过滤器。

（7）热源选择灵活：低暖系统供水温度为40℃～60℃，可充分利用电厂余热、废热水和地热水资源。

（8）系统的热稳定性好：由于系统结构上有较厚的细石沙浆作为一个蓄热结构，系统的热惰性好，系统抵抗外界干扰的能力强，地暖系统和散热器系统相比，房间内的温度波动明显小。

2.地板采暖的缺点

（1）地暖要求建筑层高增加6-8厘米，管道安装需与土建施工同步进行。

（2）造价较散热器采暖高。

3.地板采暖主要技术参数和适用范围

（1）地板采暖的主要技术参数

（2）地板采暖的适用范围

各式住宅、别墅楼；办公商务楼、会展馆、大型会议展厅；停车场、机场跑道、候机楼、飞机库；工业厂房、水产养殖、种植大棚、娱乐场所、体育场馆；商场、购物中心。

二、工程概况及设计参数

（一）工程概况

该工程为位于大连市的花园小区1#居民住宅楼，一共有6层，首层是商服楼，上面5层为住宅楼，冬季采用的是低温地板辐射采暖，供回水水温采用55℃～45℃，采用机械循环。

（二）设计参数

1.建筑围护结构热工参数

外墙：400mm空心砖，导热系数0.58瓦/（米·摄氏度），外贴80 mm厚的苯板，导热系数0.047瓦/（米·摄氏度），内外各抹灰10mm，导热系数0.87瓦/（米·摄氏度）；外窗：高为2.1米，宽度为1.8米，双玻璃塑钢窗，k=2.5瓦/（平米·摄氏度）；外门：高度2.1米，宽度为1.5米（防盗门），k=5.81瓦/（平米·摄氏度）；天棚：（1）刚柔防水层（40厚C20细石混凝土），导热系数1.5瓦/（米·摄氏度）；（2）C7.5炉渣找坡层拍实，厚度为25mm，导热系数0.29瓦/（米·摄氏度）；（3）保温层厚120mm（沥青珍珠岩块），导热系数0.12瓦/（米·摄氏度）；（4）钢筋混凝土结构层（按120mm计算），导热系数1.74瓦/（米·摄氏度）。

2.室外设计气象参数

表2是大连市的围护结构冬季室外计算参数。

表2 大连市围护结构冬季室外计算参数

查文献[2]得知，空心砖的蓄热系数瓦/（平方米·摄氏度），苯板的蓄热系数瓦/（平方米·摄氏度），内外抹灰的蓄热系数瓦/（平方米·摄氏度），所以此住宅楼的围护结构的热惰性指标：D＞6.0，应选用Ⅰ型墙，从而室外温度确定为-11℃。

3.围护结构传热系数

本设计中内表面换热系数取8.72瓦/（平方米·摄氏度），外表面换热系数取23.26瓦/（平方米·摄氏度）。

（1）外墙：K=0.36瓦/（平方米·摄氏度）；

（2）门、窗户：参阅文献[1]

①外窗：双玻璃塑钢窗，可知K=2.40瓦/（平方米·摄氏度）；

②外门：防盗门，可知K=2.70瓦/（平方米·摄氏度）；

③普通的木门，可知 K=6.40瓦/（平方米·摄氏度）。

（3）顶棚：

刚柔防水层（40厚C20细石混凝土），导热系数1.5瓦/（米·摄氏度）；

C7.5炉渣找坡层拍实，厚度为25mm，导热系数0.29瓦/（米·摄氏度）；

保温层厚120mm（沥青珍珠岩块），导热系数0.12瓦/（米·摄氏度）；

钢筋混凝土结构层（按120mm－180mm计算），导热系数1.74瓦/（米·摄氏度）；

K=1/R=0.74瓦/（平米·摄氏度）。

（4）洗手间与室内传热系数：

24墙：K=1.5瓦/（平方米·摄氏度）；

12墙：K=2.2瓦/（平方米·摄氏度）。

三、采暖热负荷计算

1.采暖设计热负荷

对于一般民用建筑和产热量很小的工业建筑，采暖热负荷的计算考虑围护结构的传热耗热量Q1、冷风渗透耗热量Q2和外门冷风侵入耗热量Q3等三项失热量及热管道散热量，忽略其他因素。为简化计算，在设计中管道散热量可不考虑。

2.合理地确定采暖设计热负荷

（1）仔细分析对局部有影响的因素，对能影响到局部房间的各项因素和数据应仔细分析，使不遗漏，并且做充分的估计。

（2）在管理上应尽量采取减少冷空气渗透措施，对冷空气的处理，首先立足于堵漏，使渗漏的冷空气量减少到最低程度。

（3）冬季室内计算温度的确定

生产要求的室内温度一般由工艺设计人员提出，而人们生活要求的温度，主要决定于人体的生理热平衡。一般房间的温度是上热下凉，由于人们生活和工作一般均在两米以下的地点，因此把离地面两米以下的平均空气温度看作室内计算温度。

（4）温差修正系数

室内外计算温差修正系数，实际上是对t的修正。当围护结构外侧直接对大气时，温差修正系数取1。但是，在计算围护结构时，还常遇到围护结构外侧并不直接与室外空气接触，它的外侧是不供暖的房间或空间（如顶棚或地下室等），而这些房间或空间通常是有同室外相通的门或窗。为了便于计算，规定仍利用温差计算耗热量，但用系数进行修正，温差修正系数是根据经验确定的。

3.影响总负荷的其他因素

（1）分户热计量的地暖系统的热负荷计算，应考虑间歇供暖和户间传热等因素，但是间歇供暖与户间传热的附加量，仅作为确定户内供暖热负荷的因素，不应统计在集中供暖系统的总负荷内或建筑总供暖或建筑总供电负荷内。

（2）热媒的供热量，应包括地面向上的散热量和向下层或向土壤的传热损失。但是设计中，选管时，只采纳了向上的散热量。

四、地板辐射采暖设计

设计采用热水作为热媒，根据各房间的单位面积耗热量，采用地板类地面。技术参数如下：

结构层厚度：70mm；

地面材料：地板；

供回水温度：供水为55℃，回水为45℃；

管材：交联聚乙烯塑料管。

（一）地板辐射采暖盘管的布置及特点

1.采暖盘管布置

文献[1]中规定，加热管道内的热媒流速不得小于0.25m/s，供回水阀门以后的管线系统阻力不宜大于30KPa，同时要求每一集配装置的分支路不宜多于8个，住宅每户至少应设置一套集配装置，这样可以方便地实现按户热计量，各主要房间分环路布置加热管，则便于实现分室控制温度。实际设计中，每户设置一套集配装置，每套集配装置设5～7个支路，每一环路长度不应超过120m，各环路加热管的长度接近相等，这都是为了有利于水力平衡。

加热管采取不同布置形式时，导致的地面稳定分布是不同的。布管时，将高温管段优先布置于外窗、外墙侧，使室内温度分布尽可能均匀。

该设计采用交联聚乙烯塑料管，总管设在楼梯间的管道井内，再分设支管进入各户，各户均有一套分、集水器，加热盘管的布置按房间分组。

管道布置采用双回形，卫生间及厨房采用往复形或直列形，为了不使地板表面温度过高而造成人脚部太热而表现得不舒适，最理想的状况是地板表面温度均匀一致。对于双回形布置，经过板面中心点的任何一个剖面，埋管是高温低温管相间隔布置，存在“零热面”和“均化”效应，故铺设简单也没有埋管相交问题。

2.交联聚乙烯管的采暖特点

交联聚乙烯管由于具有很好的卫生性和综合机械物理性能，被视为新一代的绿色管材，特点如下：

（1）卓越的耐热性和耐寒性：高温下热强度高，在110℃运行8760小时，可承受液压为2.5MPa；优秀的耐低温韧性，在-70℃～-60℃才会脆化；

（2）良好的抗蠕变能力：塑料管材对温度的依赖性很高，在相同的温度下，PE-X与其他塑料管相比抗蠕变时间最长；

（3）耐压性能好：公称压力1.25MPa，16mm爆破压力大于6 MPa，20mm爆破压力大于5MPa；

（4）加热不熔融：在加热至200℃后，管透明不变形，不熔融，不流淌；

（5）质地坚实，有韧性，抗划痕能力强；刚中有柔可以弯曲，不脆裂；

（6）管内外壁光滑，阻力小，不结垢，不锈蚀，不滋生细菌，不污染水质，不阻塞水流；

（7）无毒无味、耐酸碱腐蚀，可用于多种化学物质输送；

（8）隔热保温性能优良，热能损失少；

（9）质量轻，搬运方便，安装简易快捷；

(10)独有的记忆功能：PE-X管终生记忆其交联时的形态，当外部连续弯曲数次，不会折断，且用火加热至透明，冷却后立即恢复原状，它的这种记忆功能保证其在连接处具有非常可靠的密封性；

(11)半永久的使用寿命：在70℃、工作压力≤0.8 MPa时，连续使用年限为50年；

(12)管路无接头，免除“堵、冒、滴、漏”现象，无需更换和维修；

（13）热容量大，热稳定性好：在间歇供暖的条件下，由于混凝土的蓄热功能较大，使得室内温度变化缓慢，即使经常开门窗，室内温度亦不明显变化。

（二）在该设计中，选用的是PE-X管。

据文献[3]，按附录A.1 PE-X管单位地面面积的散热量和向下传热损失进行采暖盘关计算。

地面层为水泥或陶瓷时，单位地面面积的散热量和向下传热损失可按表A.1.1计算；地面层为木地板时，单位地面面积的散热量和向下传热损失可按表A.1.3计算。

在该设计中，考虑卧室、客厅采用木地板，厨房、餐厅、卫生间采用陶瓷砖作为地面层。在选择管道时，以大部分的面积铺设为依据，选择的PE-X管是当地面层为木地板、热阻=0.1（m2·℃/W）时的管道，计算条件为：加热管工程外径为20mm、填充层厚度为50mm、聚苯乙烯泡沫塑料绝热层厚度为20mm、供回水温差为10℃。

五、常见问题的分析及设计发现的问题

（一）常见的问题

1.关于地暖不热的问题

（1）系统设计方面

根据热源方式确定整个环路的管长。以大连地区为例，集中供暖方式，可以选用最长环路90-100m，若用户单独设立热源，可以选用最长50-60m；地面结构不同，对外散热量各不相同，可能出现地板辐射热量不能满足热负荷的情况，造成房间不热；根据房屋结构、朝向不同，应选用不同的热负荷，如果选用一样的，则可能出现设计热负荷小于房间的实际采暖热负荷的情况，造成房间不热；设计人员应根据热负荷选用合适的盘管间距，间距过大，辐射散热量小，则可能出现不热情况；采暖环路上未设置排气装置，造成憋气，系统不热。

（2）施工方面

施工人员素质低下，野蛮施工，管路出现死弯，压扁现象，致使水流不畅，阻力增大；铺管之前没有认真清理管内杂物，保持清洁，造成管路堵塞；排管间距不符合设计要求。

2.关于冷热不均的问题

（1）系统设计方面：环路管路过长及各个环路的长度不均匀；管间距不均匀；整个采暖系统水力不平衡率过大；没有根据具体面材选用合理的散热系数。

（2）施工方面：未与土建工种配合，找平地面,管路排气不畅；施工人员人为造成盘管出现死弯、压扁，水流速不均，流量不同。

3.关于地面开裂的问题

（1）由于土建专业的沉降缝设置不合理，造成整个地面不均匀沉降；

（2）采暖结构中的保温层柔性沉降不均；

（3）混凝土标号不满足C20；

（4）填充层强度、厚度不满足要求；

（5）没有采取添加钢网的施工工艺，线形膨胀方向不确定；

（6）混凝土填充层的养护期短，少于7天；