028低温热水地板辐射供暖系统的发展优势及应用中存在的问题正

低温热水地板辐射供暖系统的发展优势及应用中存在的问题广州大学余鹏周孝清赵相相摘要本文介绍了低温热水地板辐射采暖的发展优势，并指出其在设计和施工中存在的一些问题及相关解决方法，同时通过对共约2000m2实铺面积的统计，得出了不同管间距时单位面积大约所需的管长，根据经验提供了一种设计方法,该方法可以使设计者少走弯路,节省设计时间,还可以避免管材浪费现象,节省工程成本。通过使用商业软件PHOENICS对管间距分别为150mm，200mm和250mm三种情况下的室内温度场进行模拟比较，比较得出250mm的管间距的温度场更适合人的室内活动，但考虑到管间距对室内温度均匀性的影响，建议多采用225mm的管间距。关键词地板采暖节能设计温度场施工0引言低温热水地板辐射采暖历史悠久,自1907年英国的巴克尔教授获得了辐射采暖的英国专利以来,辐射采暖一直被人们所研究,并不断得以应用。近些年来,随着人们对环境舒适度要求的提高和对能源节约的要求,人们对地板辐射供暖的意义有了更深刻的认识,尤其是近几年适用于低温热水地板辐射供暖的管材愈来愈多且质量的进一步提高,使地板采暖在我国有了更多的应用并逐步得到推广。但是,由于低温热水地板辐射采暖是近些年不断应用于工程的供热方式,尚存在一些问题有待进一步解决。1低温热水地板辐射采暖的优势1.1节约能源,减少环境污染首先,低温热水地板辐射采暖主要依靠辐射换热,其辐射换热量占总换热量的50%-60%,因而其室内作用温度比采用散热器要高1—2℃[1]。也就是说,在相同的舒适度条件下,低温热水地板辐射采暖的室内设计温度要比散热器采暖的室内设计温度底1—2℃。在通常情况下，住宅室内采暖温度每降低1℃，可以节约燃料10%[2]。标准[3]明确指出,低温热水地板辐射供暖热负荷计算宜将室内计算温度降低2℃,或取常规对流供热方式计算热负荷的90-95%。其次,低温热水地板辐射供暖供水温度较低(一般不超过60℃),因此热水加热时消耗的能量以及管网传送热水时的损耗较少。再者,由于供水温度不高,便于利用太阳能、热泵、地热及低品位热能,可以进一步节省常规能源。低温地板热水辐射采暖在综合考虑热源“质”和“量”的基础上，比传统的采暖方式节能20%-30%[1]，这还没有计入地暖用塑料管，以塑代钢所节省的能源。低温地板辐射采暖系统的节能，不仅仅体现在对能量数量的节约，更表现为对高品位能量的节省[4]。1.2室内热舒适性好,卫生保健低温热水地板辐射采暖提高了室内平均辐射温度,减少了对人体的冷辐射，使人体辐射散热量大量减少,从而提高了人体舒适感。从室温沿高度的分布来看,室内地表温度均匀,室温自下而上递减(见图1),给人以脚暖头凉的良好感觉,符合了“温足凉顶”的中医健身理论,能改善人体血液循环,促进人体新陈代谢;同时,这种供暖方式不易造成空气对流,减少了室内因对流所产生的尘埃飞扬及积尘，可减少室内空气的二次污染，消除了散热器和管道积尘对室内微气候的影响，从而改善室内空气品质。由于混凝土热容量大,采用间歇供暖时温差波动小（约为2℃左右）,短时间开窗通风对室温影响也不明显,并且室温比散热器要低,室内空气就不那么干燥[1][5]。1.3初投资不高,维护费用低1图1地板采暖房间温度分布图随着化学建材的科研水平和生产水平的迅速发展,国内多数厂家可以大批量生产合格的PB、PEX、PPR、XPAP等适用于地板采暖系统的管材,并有配套的阀门、接头、卡钉等零部件,以及地暖系统使用的铝箔纸、分集水器、保温板等也有大批量的生产,这些使得地板采暖系统的初投资已经低于中档散热器系统。由于地板采暖系统属隐蔽工程,只要设计合理、施工得当,管材质量有所保证,后期几乎不需要什么维修,自然维护费用极低。1.4提高了房间的使用面积室内取消了散热器和立、支管,使室内使用面积提高5%-10%[6],同时便于室内装修时家具的布置。1.5保温隔音,使用寿命长地板采暖系统的填充层厚度约为60mm,不仅有较强的蓄热功能,还可以大大减少上层对下层的噪音干扰。在使用寿命方面，由于腐蚀等因素的存在，传统供热设备的寿命通常不超过20年，而地板采暖系统的加热管埋入地面的混凝土中，如无人为破坏，使用寿命均在50年以上。1.6便于分户热计量的实现和实施智能控制地板采暖是一种独立采暖方式，每户可自成一个闭合环路，既能满足计量要求，又具有调控室内温度的功能，是一种适于热计量表计量方法的供热系统[7]。若再使用智能温控器,便能随着室外温度的变化,按照室内的温度自动调节供热，实现智能控制。鉴于低温热水地板辐射采暖系统具备以上传统采暖方式所不具备的优点,形成了一种良好的采暖优势,在应用中不断被用户所熟知,逐渐得到推广,尤其是其具备的能够实现节能的同时不影响房间的舒适度,已成为一种最好的采暖方式,曾于1999年被建设部列为先进技术予以大力推广。如今，选择低温热水地板辐射采暖的用户已越来越多。2低温热水地板辐射采暖在应用中存在的问题低温热水地板辐射采暖除自身存在的增高层高、增加楼层荷载等问题，还有一些人为因素造成的问题，让地板采暖系统存在严重的安全隐患。但是，这些问题只要认真处理，是完全可以克服的。2.1在设计中存在的问题22.1.1专业设计人员缺乏随着越来越多的人对地板采暖的青睐,加上管材技术和质量的迅速发展,近几年地板采暖的发展速度相当惊人,做地板采暖的公司因此层出不穷,然而,相当多的地板采暖公司并无专业的设计人员(施工和设计多由地板采暖公司一起完成),以中原地区某市为例，地板采暖公司近30家，而有专业设计人员的公司还不足5家，完全靠先前有限的经验组织施工。最终导致节能效果不明显,舒适度亦不是很高,常出现过热或不热的现象。2.1.2对地板采暖系统认识不够，缺乏设计经验地板采暖是一种新的采暖方式，很多人都对其不够熟悉，即便是设计院也缺乏相关的设计经验。更为严重的是，一些地板采暖公司自身对地板采暖系统认识就不够深刻，毫不吝惜自己的管材（笔者曾现场对不同管间距时单位面积大约所需的管长进行过共约2000m2实铺面积的统计，通过计算，得出表1，从中我们可以清楚看出不同管间距所需管材的差距），常以表1管间距(mm)100125150175200225250275300单位面积所需管长(m/m2)9.27.46.45.44.94.33.93.63.3管间距较密来取锐业主。实际上，我们从低温热水地板辐射采暖系统的内部结构（见图2），图2低温热水地板辐射采暖结构图[1]可知影响地板表面及地板内部的温度分布规律有以下4个主要因素：管径、盘管内供回水的平均水盘管间距和地板结构层厚度。通常情况下，由于管径的变化随管子埋深的增大对地板表面的影响越来越小，并且管径大时施工难度也会随之变大，通常忽略管径的影响，多数采用ф16的塑料管，同时受层高限制，地板层厚度一般也变化不大，基本均在60mm—90mm之间，供水水温一般又可以调节，因此，主要影响因素最终反应到管间距上。但是,管间距过密不仅增大工程成本还会引发房间过热、施工难度大、地面龟裂等问题,管间距过稀又会出现不热或室内温度不均匀等问题，为此，管间距是否合理显得极为重要。东华大学的董艳伟在硕士学位论文中分别模拟出了在室外温度为-6℃，供、回水平均水温为38℃，埋管厚为80mm，管间距为150mm、200mm和250mm时的地板表面平均温度为29.2℃、28.3℃和26.7℃，现在此地板表面平均温度的基础上，根据其模拟时的模型，采用商业软件PHOENICS，对房间室内温度场进行模拟，比较一下不同管间距时房间温度场的分布情况。3图3管间距150mm时室内温度场从图3中可以看出，当管间距为150mm，室外温度为-6℃，供、回水平均水温为38℃，埋管厚为80mm时，室内温度分布比较均匀，地板表面温度较高，室内温度约为18.1℃。图4管间距200mm时室内温度场从图4中可以看出，当管间距为200mm，室外温度为-6℃，供、回水平均水温为38℃，埋管厚为80mm时，室内温度分布均匀，地板表面温度不高，室内温度约为17.8℃。4图5管间距250mm时室内温度场从图5中可以看出，当管间距为200mm，室外温度为-6℃，供、回水平均水温为38℃，埋管厚为80mm时，室内温度分布均匀，地板表面温度不高，室内温度约为17.3℃。根据以上三种情况下温度场的云图，我们可以看出，管间距变化时室内温度变化不是很大，均在人们舒适范围之内，同时管间距对室内温度分布的均匀性有一定的影响，但影响也不是很明显。从低温热水地板辐射供暖应用技术规程（北京市标准）附录提供的地板向房间的有效散热量表（表2），我们也可以看出不同的管间距在不同情况下的室内温度分布和散热量，足见过密的管间距是完全没有必要的。从上述三种模拟结果比较来看，250mm管间距时的舒适性最好，也最经济，但考虑到室内温度分布的均匀性，建议多使用225mm的管间距取代以往常用的200mm管间距，这样即不影响房间舒适度，又可以节约工程成本。表2（地面层为水泥、陶瓷砖、水磨石或石料的散热量地面层热阻R=0.02(m2.K)/W）下列供热管道间距（mm）条件下的地板散热量（W/m2）平均水温℃室温℃3002502252001751501251001512714014815516317117818618114126134139146153160166201051161221281351411471532296106112117123129135140452487961011071111171221281514916517318219120020921818136150158166174182191199201271401481551631711781862211813013714415115916617350241091211261331401471531605除此以外，盲目追求分室控制是地板采暖公司用以说服业主地板采暖节能的秘密武器，为了做到分室控制，他们不论房间大小，每个房间都采用一个回路，经常造成回路间管长相差太大（规范中规定不超过20M），导致水力失衡，甚至出现死循环。更有甚者，个别地暖公司根本不做设计，凭借所谓的经验直接现场铺设加热管，其后果可想而知。2.1.3根据经验,建议地板采暖设计者可按下述步骤进行设计①根据平面图确定所需敷设地板采暖的各房间面积及总面积,同时确定分、集水器的位置;②根据各房间的不同要求确定各房间的室内设计温度(比传统的供热方式低2℃);③计算出各房间所需的热负荷;④根据热源提供的供回水温及房间热负荷从规范中查出各房间的所需的管间距;⑤记下各房间的管间距,然后可根据表1粗略估算出各房间所需管长;⑥计算总管长并确定分集水器的路数,计算出每一回路的大致管长;⑦在设计过程中根据每一回路的大致管长和各房间的实际情况,对房间的管间距做一些必要的调整,力求每一回路管长大致相同,同时尽可能的做到分室控制;⑧尽可能采用双回字形布管方式。采用双回字形管路方式时，送回水管均匀，温度分布比较均匀，且易于施工，布管时加热管不易出现翘起现象；⑨为便于施工,管间距变化的地方要做好标注,标出各回路的管长。按此种步骤设计,不仅能够在保证舒适度的同时实现节能,还可以避免系统设计出现管长相差太大所带来的水力平衡问题,使设计者少走弯路,节省设计时间,不仅如此,合理的管间距可以避免管材浪费现象,从而节省成本。2.2在施工中存在的问题地板采暖工程属隐蔽性工程，施工是一个特别重要的环节，由于地板采暖在我国应用的时间不长，人们对此不仅认识不够深刻、施工经验比较缺乏，而且一些地板采暖公司对施工管理不够规范，一些施工现场的监理人员还经验不足，因此在施工过程中很容易出现各种各样的问题，尤其在铺设面积较大的工程中，由于工期长、交叉作业多等情况，问题更加明显。现以一个实铺面积约2万平方米的住宅楼为例，同时结合其他一些工程，将施工中常见的一些问题进行简单归纳。追求工程进度，结构层（见图2）尚未清理平整即开始敷设保温板。此种问题最易出现在大型工程中，由于土建施工刚刚结束，结构层杂物较多，经常有钢筋头等硬物