浅析低温热水地面辐射供暖的设计要点

郎 炜

0 引言

低温热水地面辐射供暖是以温度不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。以其舒适、节能等特点越来越得到广泛应用。本文阐述几个在工程设计过程中遇到的问题。

1 热负荷计算

1)热水供回水温度:根据《规程》［2］规定:低温热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定，供水温度不应大于60℃，供回水温差不宜大于10℃。在施工图设计中，一般采用供水温度50℃，回水温度40℃。

2)室内温度:在进行地面辐射采暖热负荷计算时，不同于传统的散热器采暖系统热负荷计算，一般采用室内计算温度的取值比散热器采暖系统的室内计算温度低2℃的方法。由于地面辐射采暖使人体同时感受到辐射温度和空气温度的双重效应，在获得相同的热舒适度的前提下，采用辐射采暖的房间设计温度比传统的散热器采暖有所降低，节约了采暖能耗。

3)在《规程》［2］第3.3.5 中规定:“在房间热负荷计算时不应计算地面的传热损失”。主要是考虑敷设加热管的地面，由于加热管内介质温度高于室内温度，不存在通过地面向外的传热负荷，因此不应计算此部分围护结构热负荷。而《规程》［2］第3.4.6条中明确:“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”。热负荷计算和热媒的供热量这两者概念完全不同，数量上主要差别在热媒的供热量包括了一层地面层向下层或向土壤传递的热损失，而此项不包括在热负荷计算内。

2 管材

在实际工程中应用于低温热水地板供暖的管材主要有四种:交联聚乙烯管(PE-X)、聚丁烯(PB)、无规共聚聚丙烯管(PP-R)、耐热增强聚乙烯管(PE-RT)。根据耐用年限、使用条件级别等选用管材及其壁厚。

2.1 交联聚乙烯管(cross linked polyethylene pipe)

以密度不小于0.94 g/cm3的聚乙烯或乙烯共聚物，添加适量助剂，通过化学的或物理的方法，使其线形的大分子交联成三维网状的大分子结构的加热管，通常以PE-X标记。

交联聚乙烯PE-X管材具有力学性能好、耐高温和低温性能好等优点，是目前欧洲在地板辐射采暖系统中使用量最大的一种管材。但是，PE-X管耐压强度较低，没有热塑性能，只有锁扣卡紧一种连接方式，不能用热熔焊接的方法连接和修复。而且，PEX管材质硬度高，很难通过变形与管件密封严密，因此，当PE-X管经冷热变化多次容易破坏密封结构而造成接头部位漏水，增加了采暖系统的不安全性。同时在管道弯曲处，弯曲半径大的管材应力相对集中，造成强度加大，使用寿命衰减。在地板辐射采暖的使用条件下，0.6 MPa系统压力需要设计管系列S6.3的管材，但因系统的连接要求与施工中划伤损害等问题，实际工程应用中一般选用S5系列。

2.2 聚丁烯管(polybutylene pipe)

由聚丁烯-1树脂添加适量助剂，经挤出成型的热塑性加热管，通常以PB标记。

聚丁烯PB管是目前塑料热水管中在相同使用条件下设计应力最大、价格最贵和可靠性最高的一个品种。PB管耐热强度高，抗蠕变性能高，化学稳定性好和抗低温脆性，适用于高标准的热水和传统散热器系统。但由于其导热系数低，热阻大，因此在地板采暖应用较少。PB管可采用三种连接方式:加紧、热熔和电熔焊。在地板辐射采暖的使用条件下，0.6 MPa系统压力计算管系列的值应该选择S8，实际工程应用中一般选用S5系列。

2.3 无规共聚聚丙烯管(polypropylene random copolymer pipe)

以丙烯和适量乙烯的无规共聚物，添加适量助剂，经挤出成型的热塑性加热管，通常以PP-R标记。

无规共聚聚丙烯PP-R管耐热及耐压性好，卫生性好，而耐低温冲击性能和柔性较差。PP-R管壁较厚且热膨胀系数较大，在混凝土地板中暗埋时，需预留安装槽且不使用管件，管道安装完毕后混凝土的填充层可吸收管道的线形膨胀。管道连接采用热熔连接。在地板辐射采暖的使用条件下，0.6 MPa系统压力计算管系列的值应该选择S5。PP-R是现状生活热水与散热器系统中可供选择的理想产品。但由于其耐低温冲击性能和柔性等方面的缺陷，在地板辐射采暖工程中应用较少。

2.4 耐热增强聚乙烯管(polyethylene of raised temperature resistance pipe)

以乙烯和辛稀共聚制成的特殊的线形中密度乙烯共聚物，添加适量助剂，经挤出成型的塑性加热管，通常以PE-RT标记。

耐热增强聚乙烯PE-RT管具有柔韧性好、耐化学腐蚀性好、不生锈、使用寿命长、散热性能好、导热系数大等优点，原料不但具有合格的蠕变破坏曲线，而且其管材价格适中，连接形式属于现阶段最可靠的相同材质的管材与管件本体互熔的热熔连接方式，管件部位的孔径大于相同规格管材的内径。但其加工范围较窄，质量控制较难。在地板辐射采暖的使用条件下，0.6 MPa设计压力下使用时选择管系列S5。PE-RT管其综合的优良特性使之在地板辐射采暖领域中具有一定的竞争力。

3 管道敷设

1)最小流速。《规程》［2］第3.5.6 条规定:“加热管内的流速不宜小于0.25 m/s”。主要考虑地埋管是无坡度敷设，为了使水流能把空气裹携带走。而地暖盘管一般选用的管径为20，为保证足够的流速，管道敷设长度不应太短，对于供回水温差为10℃的系统，管道所负担的热负荷应不小于2 100 W，否则容易造成气塞和水循环中断。

2)为防止加热管机械损伤和弯处“死折”，在规程［2］第5.3.3中规定:“塑料及铝塑复合管的弯曲半径不宜小于6倍管外径”。需要注意的是，对于管径为20的地暖盘管，当采用平行型布置时，管间距不宜小于250 mm。当采用回折型布置时，管间距不受此限制，而且回折型布置不易形成“死折”，所以在实际工程中应尽量将加热盘管布置为回折型。

3)针对规程［2］第4.3.11条中的规定:“在有冻结危险的楼梯间或其他有冻结危险的场所，应由单独的立支管供暖。散热器前不得设置调节阀”，在有冻结危险的地方(如一层大堂、门厅等)敷设加热盘管时，应与外门有一定的距离，一般不小于1.0 m。

4 其他

1)单位地面散热量应通过计算确定，详见《规程》［2］中 3.4.1条计算公式。而确定地面所需的散热量时，应将房间的热负荷扣除来自上层地板向下的传热损失。当确定了地面散热量、室内计算温度、平均水温及地面传热热阻等条件时，加热盘管的敷设间距应通过计算公式确定，也可按《规程》［2］附录A确定。附录A是用计算程序计算出的一部分常用的数据。这点与传统的散热器系统根据热负荷等因素选型是不同的。传统散热器系统只是根据房间热负荷确定散热器片数，不考虑上层地板向下这部分传热损失。

2)校核地面平均温度:在确定地面散热量时，同时需要校核地表面平均温度。室内设计温度越高或建筑的热工性能差等其他原因，致使房间所需的散热量越大，则需要的地表面平均温度越高，但是地表面平均温度过高是不允许的。

3)地面热阻:在《规程》［2］中要求面层材料的热阻宜小于0.05 m2·℃/W。实际工程中常用的面层材料有陶瓷砖和木地板，木地板材料远大于陶瓷砖材料的热阻。在相同供热条件和地板构造的情况下，陶瓷砖等作为面层的散热量要比木地板高30%～60%。而在实际工程设计时，不能预测业主入住后采用何种地面材料，因此，设计时应尽量按热阻大的木地板考虑或者明确设计时采用的面层材料及其热阻。

［1］陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2］JGJ 142-2004，地面辐射供暖技术规程［S］.

［3］李果萍.低温热水地板辐射供暖工程施工［J］.山西建筑，2010，36(7):152-153.