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简述低温热水地板辐射供暖系统的若干问题
摘 要 与传统的供暖方式不同,低温地板辐射供暖系统以其众多的优点被广大消费者认可,在工程实践中得到越来越广泛的应用。本文对低温地板辐射供暖系统在设计及施工等方面的一些问题进行了探讨,希望能够有助于该系统在工程设计、施工及运行管理等方面更加完善,促进此种新型供暖系统的发展。
关键词 低温地板辐射供暖 设计 施工
1 绪 论
随着国民经济的高速发展和城镇人民生活水平的不断提高,人们对室内环境质量有了更高的要求,即空气的清新卫生,温度舒适宜人等,加之能源结构的调整,建筑节能以及按户计量供暖收费制度的实施,一种新的采暖方式——低温热水地板辐射供暖孕育而生。此技术诞生于国外三、四十年代,兴起于七十年代。而我国是在八十年代才引进此技术[1],特别是随着“以塑代钢”技术的发展,使得低温热水地板辐射采暖技术日益完善,成为一种具有发展前途的新型采暖方式。低温热水地板辐射采暖是将热水管道埋设在房间内部地面内的供暖系统。该系统以整个地面作为散热面,地板在通过对流换热加热周围空气的同时,还与四周的围护结构和人体进行辐射换热,从而达到供暖效果,其辐射换热量约占总换热量的50%。
低温热水地板辐射供暖以其舒适、卫生、不占房间使用面积、节能、低噪音、便于分户计量等优点被广大消费者认可,随着塑料工业的飞速发展,低温地板辐射供暖的主要材料,加热管价格一直下降,使低温热水地板供暖系统造价已接近甚至低于常规散热器采暖系统。由于它与传统的供暖方式不同,造成了在设计和施工中出现了一些问题,本文将对地板辐射供暖中经常出现的一些问题进行分析说明。
2 设计中存在的问题
2.1 热负荷计算的问题
地板辐射供暖系统是以地板内盘管经地面向室内散热,由于受到地板装饰层厚度、材料以及地面上布置的一些家具的影响,提高了传热热阻,大大降低了盘管的散热量,有文献表明[2],当地板装饰层导热系数为1W/m·℃时,地板表面平均温度为25.98℃,而当导热系数为0.1W/m·℃时,地板表面平均温度为23.87℃,也就是说,导热系数相差10倍,地板表面平均温度相差超过2℃。地板表面温度的均匀性也受到影响,导热系数为1W/m·℃时,地面最大温差为2.79℃,导热系数为0.2和0.3W/m·℃时,地面最大温差达到4.1℃。文献同时还指出地板装饰层的厚度越小,地板表面的平均温度就越高,但均匀性很差;厚度越大,地板表面的平均温度将会降低,同时均匀性得到了加强。地面散热量则随着厚度的增加而有所下降,但下降的数额较少。因此,在确定热负荷时要适当考虑这些因素的影响。另一方面,有文献[3]表明,由于地板辐射供暖是在辐射强度和温度的双重作用下对房间进行供暖,形成较合理的室内温度场分布和热辐射作用,可有2~3℃的等效热舒适度效应,因此供暖热负荷计算宜将室内计算温度降低2℃,或取常规对流式供暖方式计算供暖热负荷的90%~95%,也就是说,可以适当降低建筑物热负荷。另外,对于采用集中供暖分户热计量或采用分户独立热源的住宅,应考虑间歇供暖、户间建筑热工条件和户间传热等因素,房间的热负荷计算应增加一定的附加量。因此,在设计计算热负荷时应对以上问题综合加以考虑,确定符合工程实际的建筑热负荷。
2.2 低温地板辐射供暖系统工程做法的选择
目前,在地面板体结构铺设方面,工程中普遍采用的形式为填埋式,也称传统型湿式做法,即在钢筋混凝土楼板基层上先以水泥砂浆找平,然后铺设厚度不小于20mm的高密度发泡或挤出型泡沫塑料板(板上部复合一层铝箔),在铝箔层上铺装通以热水的盘管,并以塑料卡钉将盘管与保温层固定在一起,最后浇筑40-60mm厚的豆石混凝土作为填充层,地面装饰层则根据用户的要求在填充层上铺设地砖、花岗岩板或木地板等。这种做法有其自身许多优点,但工程实践中也看到它存在的不足和局限,在一定程度上,阻碍了它的推广应用。例如:维修困难;初投资偏高;对高层建筑加大楼板结构负荷;在许多家庭装修中采用木地板,铺设龙骨时受限等。
另外一种做法不同于以上传统意义上的湿式做法,被称为干式低温热水地板辐射采暖系统,此干式做法是将加热盘管置于基层上的保温层与带龙骨的架空木(竹)地面装饰层之间无任何填埋物的空腔中,它可以用来克服湿式做法中存在的不足,因为它不必破坏地面结构,尤其适用于将现有住宅改造成地板采暖形式,为地板辐射采暖在我国的推广提供新动力,从而丰富和完善了地板采暖技术的应用,是适应我国建筑条件和住宅产品多元化需求的有益探索和实践。
2.3 加热管的选择
加热管是低温地板辐射采暖的核心,交联铝塑复合(XPAP)管、聚丁烯(PB)管、交联聚乙烯(PE-X)管、无规共聚聚丙烯(PP-R)管均可作为低温地板辐射采暖系统的管材。必须明确的是,有些塑料管有冷水、热水管之分,而塑料管对温度很敏感,其所承受的压力随着相应温度的升高而剧烈下降,如果选用不当,将为低温地板辐射采暖留下一大隐患。
另外,选用PP-R管作为低温热水地板辐射采暖的管材值得商榷。PP-R管由于管材壁厚较大且不宜弯曲,其出厂多为6-10m短管而不是盘管,因此需要进行热熔连接形成盘管。根据工程的实际情况,热熔连接容易产生漏水现象,其原因在于一是由于操作不当使得热熔时间不够或超过允许加热时间,在第一连接时间发生转动或插入深度发生变化,直接影响了连接强度。二是由于热熔连接是对塑料管的二次加工,使得优质塑料变成回用塑料,连接的可靠性降低。基于以上原因,“建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范" [4]规定:地面下敷设的盘管埋地部分不应有接头。因此,采用PP-R管热熔连接将违反上述规定。
2.4 绝热层的选择
目前实际工程中发现地板辐射采暖系统初投资较高,大致相当于常规散热器对流采暖系统的2倍多,从而制约了地板采暖的发展,这其中除了管材的因素外,地面结构层材料、安装及施工等费用也占了不少的比例。因此有人提出经济型地板采暖模式[5],采取取消铝箔层、楼层之间不设绝热层、减薄埋管层的厚度等一系列技术措施,从而达到降低部分初投资的目的。但是,在我国大力推广建筑节能,提倡分户热计量的形势下,减少户间传热,铺设绝热层是必须的。另外,做为防止加热盘管向下散热的主要措施,如果取消绝热层,对于房间热负荷的计算增加了难度。“低温热水地板辐射供暖应用技术规程”对采用聚苯乙烯泡沫塑料做为绝热层时提出了厚度要求,并注明当采用其他绝热材料时,宜按等效热阻确定其厚度。
2.5 壁挂炉的选择
目前住宅用低温地板辐射供暖系统的热源主要包括集中供暖分户热计量及采用分户独立壁挂炉设备两种方式。壁挂炉(特别是一些进口壁挂炉)多是按供回水温差20~25℃计算流量和配置循环水泵的。而低温热水地板辐射供暖系统多采用供回水温差10℃左右。因此仅从流量上就相差2~2.5倍。因此,按热量选择的壁挂炉因流量不符合设计要求,造成室内温度达不到设计标准。例如:某小区别墅有二~三层,建筑面积170~200㎡,计算耗热量10000W左右,按此热量配置的壁挂炉,各供应商均不能满足室内设计温度,究其原因,是配置壁挂炉内循环水泵流量、扬程均不满足系统要求所造成的。
燃气炉存在空气污染问题。天然气虽然是清洁燃料,但把热源分散到各家,特别是高层住宅同时使用时,二氧化碳、二氧化氮、一氧化碳等因排放不畅,对环境的影响不可低估。据北京环境保护研究院对已投入使用的某高层住宅小区的实验,碳氧化合物浓度有偏高的趋势,最高可超过国家标准近2倍。

因此,在低温地板辐射供暖的热源设计选择上,要充分考虑壁挂炉的型号选择,充分保证用户的用暖需要,同时对于高层住宅的热源选取要充分考虑其对环境的影响。
3 施工中存在的问题
地板辐射供暖系统设计是很重要的环节,但是施工过程也不容忽视,在地板辐射供暖系统施工中应特别注意以下几点:
3.1 塑料盘管的试压及排水
塑料盘管敷设完进行填充层施工时,施工现场不宜其他专业进行交叉施工,不得对敷设管道进行碰撞及踩踏,在混凝土填充层施工及养护过程中管道必须保持不小于0.4MPa的水压并检查压力表指示情况,防止管道被施工损坏。需要注意的是,养护完成后应再次进行系统水压试验,根据填充层及管道充压及系统试压情况应办理二次隐蔽验收手续。隐检内容应写明保护层材质、厚度和管道充压情况。目前有些施工项目仅在塑料管固定完毕后进行水压试验,完成一次隐蔽工程的中间验收,而忽视了二次隐蔽验收程序,这种做法是不正确的。
另外,低温地板辐射供暖系统试压后并不像其他供暖系统,打开泄水阀就可将水完全泄掉,而是有相当一部分水,即盘管中存的水不能泄掉,尤其在冬季施工,如果加热盘管中的水不能彻底及时排走,则很可能因水结冰而破坏整个加热盘管(事实上,此类现象在实际工程中时有发生),因此在试压或冲洗后,应采用压缩空气将加热盘管中的水全部吹出,以防冻坏管路。
3.2 在加热盘管的上部和下部宜布置钢丝网
为了减少无效热损失,在加热盘管下面及外墙周边均敷有绝热层,绝热层一般选用聚苯乙烯泡沫塑料。为了增强绝热材料的整体强度,并便于安装和固定加热管,在施工过程中,在绝热层表面要铺设一层钢丝网。另外,从工程实践来看,布管处散热相对较强,而管与管之间散热较弱,为了减小这种强弱明显的散热效果,宜在加热盘管的上部敷设一层钢丝网,以均衡地板表面的散热。同时,加设钢丝网还可增强地板的抗裂性。
3.3 加强施工过程的管理,避免地板不热或冷热不均
低温地板辐射供暖系统的调试过程中,经常出现地板不热或冷热不均的现象,造成此现象的原因不仅包括设计原因,比如设计热负荷小于实际热负荷、加热盘管间距过大、环路管路过长以及未在供暖环路上设置排气装置,造成憋气等原因外,在施工工程中管理不严、工人素质差、野蛮施工以及成品保护措施不力也是造成不热或冷热不均的主要原因。
为此,施工技术人员一定要严格加强施工全过程的管理,在加热盘管安装前,应对材料的外观和接头仔细检查,同时清除管道和管件内外的污垢和杂物。在安装过程中,加热管严禁攀踏、用作支撑、重物压迫及放置高温物体,并且地板辐射供暖工程不应与其它施工作业交叉进行,以避免对加热盘管的破坏。要与土建专业密切配合,找平地面,防止管路不平,排气不畅。敷设加热盘管的地面,应设置明显的标志,严禁私自在楼板或顶板(下层住户)上打洞,确保不破坏加热盘管。
4 结束语
低温地板辐射供暖系统是一种极具发展前途的供暖方式,与传统的供暖方式不同,低温地板辐射供暖系统以其舒适、卫生、不占房间使用面积、节能、低噪音、便于分户计量等优点被广大消费者认可,在工程实践中得到越来越广泛的应用。本文对低温地板辐射供暖系统设计和施工中经常出现的一些问题进行分析说明,希望与各专业同行共同努力,在工程设计、施工及运行管理等方面能够更加完善,促进此种新型供暖系统的发展。
参考文献
[1] 张纯安.地板辐射采暖的模拟及优化设计:[硕士研究生论文].天津:天津大学.1988.
[2] 游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 [硕士研究生论文].北京:北京建筑工程学院.2004.
[3] 低温热水地板辐射供暖应用技术规程.DBJ/T 01-49-2000.北京.2000.
[4] 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范. GB50242-2002.
[5] 陆耀庆.经济型地板辐射采暖模式的探讨.暖通空调新技术2.北京.中国建筑工业出版社. 2000.

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