太阳能低温热水地板采暖设计与施工

2012-10-22江苏省徐州市新型建筑技术应用中心何奔流

太阳能 2012年3期

关键词：采暖系统塑料管管材

江苏省徐州市新型建筑技术应用中心 ■ 何奔流

江苏省新沂市规划局 ■ 毛希元

上海市柳营路子588弄10号 ■ 张福荣

一太阳能地板采暖的三种形式

(1)太阳能地板采暖是利用太阳能获得热能，以低温热水输入敷设在室内地板下的热水盘管内，通过热水盘管和地板向上辐射热能，达到室内采暖的目的。

(2)太阳能散热器采暖是利用太阳能获得热能，通过热水载体输入安装在室内散湿器中，是一种简单的将太阳能热水工程移植室内的采暖形式。

两种采暖方式的区别为：太阳能地板采暖属于低温供暖，供水温度在60℃以下；太阳能散热器采暖属于中温供暖，供水温度达90℃，高于太阳能地板采暖。两种采暖方式的对比见表1。

表1 太阳能地板采暖和太阳能散热器采暖的对比

在舒适度上，太阳能地板的采暖散热方式以辐射为主，对流换热为辅。温度由地板开始，自下而上，产生下高上低的温度梯度。房间内同一层面的温度均匀，温差小。而太阳能散热器采暖周围的散热器温度高，随着距离的加大，温度递减，同一层面的室温温差较大。由于房间内上热下凉，给人的感觉是头热脚凉。脚凉则体寒，人会感觉室内不温暖、不舒适。

(3)相变储能采暖地板

相变储能采暖地板是通过将相变材料与地板材料基体复合制成储能地板，如图1所示。由于相变材料的蓄热特性，增加了地板的热惰性，使室内外之间的热流波动幅度被减弱，作用时间被延迟，易于室内温度的调控，提高了建筑物的温度自调节能力。同时它还可利用低品位的热源或太阳能以及夜间廉价电运行，供应全天采暖，减小了采暖地板结构厚度，减轻了建筑物自重，具有降耗节能和提高舒适度的作用。

从现实角度看太阳能低温热水地板的普及与推广将是采暖领域的一次变革，而从长远的发展角度看，相变储能采暖地板具有无限潜力。

二低温辐射地板采暖的特点

太阳能低温热水地板是一种建筑方式，它是在房屋地板下敷设塑料管，以热水作为采暖系统的热媒。所谓地板辐射太阳能采暖系统，就是由太阳能集热器提供地板辐射采暖所需的热水，与传统的散热器采暖相比，具有以下优点：

(1)在满足相同采暖条件的情况下，地板辐射采暖所需要的热水温度比散热器采暖所需的热水温度低得多，地板平均温度一般要求在24～28℃，供水温度一般在30～38℃即可，因此特别适合与太阳能相结合。即由太阳能集热器提供所需要的低温热水，在冬季运行时仍可保持较好的集热效率，平板集热器也可用于太阳能地板辐射采暖。

(2)低温热水地板辐射采暖方式的室内实感温度要比非地板辐射采暖方式的室内实感温度高出2～4℃，因而室内设计温度可比通常方式的室内设计温度相应降低2～4℃，大大减少了房间对环境的热损失，具有明显的节能效果。

(3)地板辐射采暖的热量是从地板上升到天花板，垂直温度梯度小，促进血液循环，符合“脚暖头凉”的人体生理需要，因此，人们在这样房间会感到比散热器采暖更加舒适，改善了生活质量。

(4)太阳能低温热水地板的室内水平温度分布均匀，空气对流效应小，可以减少室内尘土飞扬和扩散，满足舒适卫生的需要。

(5)太阳能低温热水地板的辐射采暖，在房间水平面上不占用面积，不妨碍室内家具的布置和移动，因而扩大了房间的有效使用面积，减少了楼房内上层对下层造成的噪音。

(6)易于解决高空间、大跨度、矮窗式建筑物采暖供热紧张的问题。

(7)地板辐射采暖系统可利用热网回水、余热水或地热水等。

(8)使用寿命长。热媒管整根铺设，地面无接口，无渗漏。材料经参照国外的经验检测，保证连续使用50年以上。

(9)维护简便。该系统只需采暖期间定期检查过滤器。运行费用仅为系统泵的电力消耗。

三太阳能低温热水地板的结构

太阳能地板辐射采暖系统通常由太阳能集热器、贮水箱、地下加热盘管、分水器、集水器、循环水泵、辅助热源等部分组成。其中，地下加热盘管及其配套的辐射采暖地板是地板辐射太阳能采暖系统所特有的。

1 地下加热盘管的材料

地下加热管是太阳能地板辐射采暖系统的关键部件。盘管的材料应采用高柔韧、抗老化、耐高温、耐高压的塑料软管，管材的环应力等应变蠕变特性曲线、物理力学性能等均符合有关标准的要求。常用的盘管材料有：交联铝塑复合管(XPA管)、聚丁烯管(PB管)、交联聚乙烯管(PEX管)、无规则共聚聚丙烯管(PPR管)。

2 地下加热盘管的敷设形式

加热盘管的布置应按照房间分组，并采用“同程原则”，即连续接在同一(集)水器上的各组加热盘管的几何长度应相等。每支环路的管材长度应小于120～200m，管材的间距宜为100～300mm，沿围护结构外墙的管材与外墙内表面的距离宜为100mm。

加热盘管的基本敷设形式有螺旋型、往复型、直列型等，如图2所示。在工程应用中，地下加热盘管大多采有螺旋型敷设形式。

3 辐射采暖地板

辐射采暖地板可分为两种形式：楼层辐射采暖地板和底层辐射采暖地板。

楼层辐射采暖地板的构成(从上到下)：地层面(包括装饰层和保护层)、填充层(卵石混凝土)、加热盘管、隔热层、防水层(仅在楼层的潮湿房间敷设)、楼板。

底层辐射采暖地板的构成(从上到下)：地面层(包括装饰层和保护层)、填充层(卵石混凝土)、加热盘管、隔热层、防潮层(在底层敷设)、土壤。

隔热层材料可采用聚苯乙烯泡沫塑料板。为增强隔热板材的整体强度，并便于安装和固定加热盘管，可在隔热板材表面敷上真空镀铝聚酯薄膜面层(或玻璃布基铝箔面层)，也可铺设低碳钢丝网。

四地板辐射采暖的设计

根据围护结构确定采暖的热负荷，并对计算出的热负荷乘以0.9～0.95的修正系数，或将室内计算温度取值降低2℃。

确定采暖的供水温度：供水温度不得高于60℃，供回水温差为8～15℃。

采暖系统的工作压力：PEX(PPC)不宜大于0.8MPa。

系统压降：不宜大于30kPa(120m管长)。

低温辐射采暖系统的地板表面温度宜为25～30℃。

在供水干管上装设过滤网，以防异物进入系统内，如图3所示。

五地板辐射采暖的施工

地板辐射采暖系统应在建筑封顶后或室内装修工作如吊顶、抹灰等完成后，与地面施工同时进行，入冬以前完成，不宜冬季施工。

用水泥砂浆找平层，铺以厚度≥25mm、容量≥20kg/cm2的聚苯乙烯硬质板作为保温层，并在此上铺设锡箔，锡箔面朝上。

用¯4mm～¯6mm的钢筋网，网间距为150mm×150mm作为固定供暖管用，将供暖管敷设其上，管间距为100～350mm，用豆石混凝土层填实，且覆盖层的厚度≥50mm。

低温辐射采暖系统中单个回路的长度应在80～120m，供暖管弯曲半径不应小于8倍直径，转弯处采用煨弯。整个环路布置如图4所示。用0.2mm的钢丝绑钢筋网上，但不要绑的过紧，避免划伤供管，降低管子的寿命。同时为减少在浇筑混凝土过程中振捣对塑料管的挤压，确保运行中塑料管有一定伸缩余地，并减少塑料管由于膨胀产生的应力，在浇筑混凝土前，在塑料管中应充水加压至0.6MPa，表压试压，10min内压力下降小于0.03MPa为验收合格。待混凝土凝固后再泄水。混凝土采用水泥:细砂:石子的比例为1:1.4:2.3，并加入5%的防龟裂添加剂，为使混凝土在塑料管间填充密实，石子的粒径要小于10mm。为防止地板在供暖后产生不同程度的膨胀使地面出现隆起和龟裂，将地面分割为800mm×800mm的方格块，并以膨胀条隔开，管道穿膨胀处加伸缩节。由于混凝土地板的热惰性大，应24h低温连续运行。

用水泥砂浆找平层，再加装饰地面。铺设情况如图5所示。散热量：瓷砖类地面60～240W/m2，塑料类地面45～200W/m2；木地板地面45～170W/m2；地毯类地面35～140W/m2。

初次运行本系统时，首先通入25～30℃供暖水，运行1周后，每周提高供水温度5～10℃，直至供水温度为60～65℃。

供暖管材料要求耐温、耐压、耐腐蚀、不易老化，所以低温地板辐射采暖系统管材不得采用普通塑料管，在施工中采取一定措施可确保塑料管完好无损。

六设计和施工注意事项

1 严格把好设计关

(1)对大堂、展厅等注意地面膨胀问题，并合理分集水器及理想环路的划分，保证膨胀缝的处置。

(2)对荷载超过2t/m2、地形复杂的工程，注重在重荷载下且有坡度时复合保温板的防滑措施及承载处理。

(3)对于分集水器不能设在高出地暖屋时，应做到系统的流速大于气体分离临界流速，将气体携带至分集水器中。

(4)戏水乐园及游泳池周边注意分集水器位置的设置及环路阻力平。

2 管材的选择

地暖属隐蔽工程，管材选择至关重要。在选择管材时，应考虑它的耐热性、耐老化性、耐内外压性、施工性、连接性等诸多方面。

PEX管材设计温度82.5℃，压力1MPa，使用寿命50年。它具有以下优点：

(1)斜率小，没有拐点斜率；纵坐标为环向应力(MPa)，横坐标为时间时，曲线与横坐标存在一个夹角，斜率越大，说明管材蠕变行为对时间依赖性越大，抗蠕变性能越差。PEX管斜率最小，蠕变行为对时间的依赖性极小，说明它抗蠕变性能强，热水地暖的设计寿命主要取决于管材的抗蠕变能力。也就是说在50年的使用寿命期间内，PEX管蠕变量很小，这是任何塑料管材无法比拟的。拐点：管材不出现拐点最为理想，PEX 管没有拐点。拐点试验是将外壁等距(90¡)刻画出4条深度为管壁厚度19%的划痕，划痕长度不小于壁外径，最小为125mm。当进行蠕变试验时(温度、压力和时间)，管材圆周应力将在划痕处集中，造成应力开裂。不同管材，拐点产生早晚不同，PEX管没有拐点，说明它抗应力开裂性极强。划痕在运输、安装中很难避免，有拐点的管材一旦划伤就会留下渗漏的隐患。

(2)连接好，施工方便、可靠，不用带刺的卡环，不会划伤管材。

(3)施工性：管材弯曲半径5D，易弯曲及施工。

(4)透氧率：除铝塑复合管外，其透氧率最低。交联聚乙烯有4种，一般采用的交联聚乙烯管材为PEXa，即过氧化物交联，交联度≥70%。原因是交联度越高，耐热性越好，而耐老化、耐疲劳性也越强。它的分子结构为三维立体网状结构，虽交联度很高，但硬度不高，弯曲施工更容易，弯曲单位应力不易集中。

对于PB管使用，应选用壁厚＞2.0mm管材，采用卡套式连接而不采用插接式连接，因为插接式连接件的卡环剌入深度为0.4～0.6mm，以避免因管材连接处大量漏水。