浅谈低温热水地板辐射采暖设计

彭锦

摘要：浅显探讨了低温热水地板辐射采暖设计中热负荷计算、地面散热量的计算、加热管管材的选择、排管间距的选择，并针对架空地板房间和大空间房间两种特殊区域地暖设计的方法与应注意的问题进行了论述。

关键词：地暖;地面散热量;管材;架空地板;大空间

近年来，低温热水地板辐射采暖系统（以下简称地暖）因其舒适、节能、美观等众多优点，在国内民用建筑市场中快速兴起。一方面因其相对于传统的散热器采暖系统设计方法不同，另一方面因其施工完成后基本不具备维修的可能性，因此在设计中为了避免问题的发生，本文结合设计经历浅谈以下几方面的问题。

1热负荷的计算

据文献[1]，热负荷的计算“按室内计算温度的取值比对流采暖系统的室内计算温度低2℃，或取对流采暖系统计算总热负荷的90%～95%”，这一点基本无争议。关于高度附加，文献[1]明确指出可不考虑高度附加，理由是对于地暖，地面温度一般高于室内空气温度，因此，不会因为竖向温度梯度的影响导致上部空间及维护结构的耗热量增大。但对于大量采用玻璃幕墙的建筑来讲，其中庭或入口大厅层高往往较高，上部空间耗热量较大，此时对流散热方式可能占据主要形式，若仍不考虑高度附加，很可能造成供热量不足;对于采用层高较高的落地窗的建筑形式及大空间建筑同样存在这种情况。文献[2]关于严寒地区某酒店中央大厅的实测结果也说明了这一点。因此，应按文献[3]第5.2.7条“高度大于4m时，每高出1m宜附加1%，但总附加率不宜大于8%”考虑高度附加。

2地面散热量的计算

文献[1]指出，确定地面散热量应从房间热负荷中扣除来自上层地板向下的传热损失，同时应考虑家具及其他地面覆蓋物的影响，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。单位地面面积的散热量是与供回水温度、室温、管材、管间距、地面面层热阻、保温材料、填充层等众多因素相关的复杂函数，目前较常用的计算方法为ASHRE手册计算法，其中设计时较易忽略说明地面面层，关于地面覆盖物的考虑也值得探讨。

2.1地面面层的影响

文献[4]在所给定条件下计算表明，当地面面层导热系数分别为1W/（m.℃）、0.1W/（m.℃）时，地板表面平均温度超过2℃;同时地板表面的温度均匀性也有较大影响，当面层导热系数分别为1W/（m.℃）时，地面最大温差2.79℃，导热系数分别为0.2W/（m.℃）、0.3W/（m.℃）时，地面最大温差达4.1℃。文献[1]中PE-X管散热量表A.1.1、A.1.3表明，计算条件相同时，平均水温为35℃，管间距200mm，室内温度为18℃，面层为水泥或陶瓷、热阻R=0.02（m2.K/W）时，单位地面面积散热量为90.4W/m2;面层为木地板、热阻R=（0.1m2.K/W）时，单位地面面积散热量为62.8W/m2，则单位地面面积散热量与采用水泥或陶瓷相比减少了30.53%。也有文献表面，以陶瓷砖为面层的地面比以木地板为面层的散热量高30%～60%[5]。显然，采用不同的地面面层特别是热阻差别较大时，散热量差别较大。因此，在设计时应注意并说明计算条件，以备后期地面面层改变时，为修改调整提供依据。

2.2地面覆盖物的影响

《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004）规定，“地面散热量应考虑家具及其他地面覆盖物的影响”，但并未说明如何考虑。不同家具对地面散热量的影响不同，家具的布置情况也会影响地面散热量。文献[6]给出了住宅建筑不同房间的计算遮挡率与单位面积应增加散热量的修改系数，但修正系数的范围较大，也较难以确定。在设计阶段也很难预见用户使用家具的类型及布置形式。因此，在设计时应尽量协助相关专业要求业主确定家具类型及布置方案，同时根据实际情况合理选取修正系数，并适当有一定的富裕量，便于应对用户使用过程中的调整。

3加热管管材的选择

加热管一般选用热塑性塑料管，选用的原则是选用承压与耐温适中、便于安装、能热熔连接、环保性好的管材。

常用的热塑性塑料管有PE-RT管、PEX管、PB管和PP-R管，PB管的性能最好，可热熔连接，但价格最高，是普通管材的近两倍以上;PP-R管一般应用于生活冷热水供水系统，可以热熔连接，但因为管壁厚、柔韧性差，不适于做成单根长的盘管，因此不适宜用于地暖管材;目前国际普遍认为最适宜做为辐射供暖/供冷的管材为PE-RT管和PEX管，尤其是PE-RT管，不仅对承压和耐温适中，便于安装，能热熔连接，而且能够回收利用，不会形成白色污染，符合环保要求[7]，而且价格适中;但PEX管必须采用专用接头机械连接，即需采用金属连接配件和及其配套的密封圈，由于密封圈的寿命远不及管材本身，容易出现密封失效而渗漏，另一方面，可能出现因管件缩小流通断面而形成堵塞。综上可知，应根据工程投资情况优先选用PE-RT管或PB管。

4排管间距的选择

根据确定的房间所需的散热量、管材、供回水温度等条件，即可确定排管间距，布管时，应本着保证地面温度均匀的原则进行，宜将高温管段优先布置于外墙、外窗侧，使室内温度分布尽可能均匀。文献[1]中指出，为了使地面温度分布不会有过大的差异，最大间距不宜超过300mm。但对于大型建筑，往往会出现较大面积的内区房间或房间热负荷较小的房间，此时若仍按300mm间距布管，则会造成散热量过大，室内温度过高，浪费能源，也无谓增加了投资;此时可考虑增大管间距或采用局部地面辐射供暖的方式，既满足了热舒适要求，也创造了良好的经济效益。文献[8]用工程实例表明，内区房间采用400mm间距布管时，能满足室内温度要求，没有出现因管间距过大，温度不均匀，而出现热不舒适问题。

5特殊区域的地暖设计

5.1架空地板房间地暖设计

在工程中常遇到部分房间需要做架空地板，而业主为了美观或统一，也要求做地暖。架空地板高度一般约300mm，如果在地面内铺设采暖管道，则架空地板与地面有300mm的空气间层，显然计算方法与一般的地暖计算方法不同。其传热机理为散热地面先加热空气间层，再通过空气间层间接加热地板，从而加热室内空气。300mm的空气间层热阻R达0.181（m2.K/W）[9]，若架空地板面层为陶瓷或石材材质热阻R=0.02（m2.K/W），显然架空地板热阻相对空气间层来说较小，此时可忽略架空地板热阻的影响，可以参考地面面层为厚地毯、热阻R=0.15（m2.K/W）的地面散热量并考虑一定富裕量来简化设计。若参考文献[1]第3.2.4给出的敷设方法，即加热管敷设在地板与龙骨之间的绝热层上，可不设置豆石混凝土填充层，此时加热管与地板之间也存在较小的空气间层，此时空气间层热阻约0.103（m2.K/W）[9]，此时也可忽略架空地板热阻的影响，可参考地面面层为木地板、热阻R=0.1（m2.K/W）的地面散热量并考虑一定富裕量来简化设计。

5.2大空间地暖设计

随着地暖技术的发展，越来越多的建筑的大空间区域如门厅、中庭、候车厅、候机厅、展馆等从传统的散热器采暖方式转为采用地暖，然而有调查显示，因地暖引起的地面装饰材料断裂、凸起;有的绝热层密度达不到地面荷载要求、填充层厚度不能满足地面荷载，引起地面局部下沉，造成地面不平整，影响了实用效果及美观;也有因地面温度过高造成地面装饰材料变色、材料表面花纹变深、缝隙之间渗出晶体状颗粒等问题。

显然上述问题出现，与施工不无关系，也表明对于大空间设计地暖时应特别注意伸缩缝的设置、绝热层的选择、填充层加固措施以及合理选择排管间距。首先，应严格按文献[1]要求设置伸缩缝，并在设计图纸中标注，伸缩应在填充层中上下垂直設置，装饰层间也必须设置伸缩缝，才能避免因热胀冷缩引起的地面装饰层断裂、凸起。再次，要注意绝热层的选择，绝热层密度选择应与大空间所承担的局部荷载相对应，应根据大空间地面荷载来确定不同的绝热层密度，否则，绝热层就会变形，引起地面下沉。还应配合相关专业对填充层提出相应的加固措施，填充层厚度是支撑地面荷载的关键。填充层的厚度应根据大空间地面荷载使用功能计算后确定，为确保大空间地面不下沉，装饰面层不裂缝，有的填充层内应增设不同规格的钢筋网，同时填充层施工时也应提出要求，应采用“分仓跳格”法间隔进行，最后，应合理选取排管间距，不应过大设计地面散热的富裕量，从而避免局部地面温度过高造成地面龟裂。

5结束语

地暖做为一种越来越受欢迎的采暖方式，本文通过对地暖热负荷计算、地面散热量的计算、加热管管材的选择、排管间距的选择以及对特殊房间区域如架空地板房间和大空间地暖设计的浅显探讨与论述，以期完善自我，在以后的设计工作有更大的提高。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院.JGJ142-2004地面辐射供暖技术规程.北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]朱林，毛靖宇，宋显波.严寒地区高大建筑空间低温热水地板辐射采暖实测分析.吉林建筑工程学院学报.2009（01）.

[3]中国建筑科学研究院.GB50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2004.

[4]游旻昱.干式低温热水地板辐射采暖系统的理论计算及实验研究[D].北京：北京建筑工程学院硕士学位论文，2004.

[5]谢华，高力强.低温热水地板辐射采暖应用中若干问题思考.石家庄铁道大学学报（自然科学版），2010，23（3）：95.

[6]董重成，等.地面遮挡对地板辐射采暖散热量的影响研究.全国暖通空调制冷2004年学术文集

[7]陆耀庆.实用供热设计手册（第二版）.中国建筑工业出版社，2008：515.

[8]赵兵，等.五栋大楼地板辐射供暖系统设计.暖通空调，2007，37（10）：103～107.

[9]贺平，孙刚.供热工程.中国建筑工业出版社，1993：14