低温热水地板辐射热采暖系统的特点与技术应用
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摘要 低温热水地板辐射采暖系统是一项新兴的室内采暖技术，具有健康舒适、环保节能、简便耐用等突出特点。本文深入分析了低温热水地板辐射采暖系统的优势所在，并且从实际应用的角度对低温热水地板辐射采暖系统的参数选择、设计要求、施工技术措施等因素进行了论述。
中图分类号TU8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0123-03
0引言
随着改革的深入与经济的发展，以及不断提高的人民生活水平，人们对于室内环境质量的要求也越来越高。低温热水地板辐射采暖系统具有良好的卫生条件，有广泛的热源可供选择，可以给人们提供舒适的热环境，作为采暖方式是比较理想的。
低温热水地板辐射采暖首先在北欧、北美等一些发达国家兴起，并且在欧洲已经经过了多年的发展，已经被广泛使用，供热技术也十分成熟。我国也在五、六十年代开始对这项技术进行研发工作，并最初应用于华侨饭店、人民大会堂等项目。近年来，低温热水地板辐射供暖的发展进入高峰期，尤其是因为以塑代钢技术的发展，进一步完善了低温热水地板辐射采暖技术，使这种新型采暖方式的发展前景被十分看好。
低温热水地板辐射采暖具有节能、舒适、利用低温热源、卫生条件好、可实现热量计量与分户控制等优势，所以近年来在宾馆、住宅、别墅、车库、游泳池等建筑被越来越多地应用。
1低温热水地板辐射热采暖系统概述
相比于传统散热器对流供暖方式，低温热水地板辐射采暖系统燃料更省、消耗电力更低、维护费用更低，这种供暖方式十分经济，因而也随着科技水平的发展正在得到广泛的应用。本章节将阐述低温热水地板辐射热采暖系统的具体特点与优势所在。
1.1舒适、卫生
在各种采暖方式中最舒适的是辐射散热，选用低温热水地板采暖，在距离地面5cm~15cm范围内其温度比传统采暖要高出8e~18e，与实际温度相比实感温度要高出2e~4e，与人体头清爽、脚暖的生理需要也十分符合，室内有均匀的地面温度，从下到上逐渐递减的室温，给人舒适的感觉，对北方寒冷地区尤其适用。而且，这种方法很少引发潮湿空气的对流，使得室内卫生状况良好，家居环境辐射散热大大改善，室内空气卫生干净。据一项欧洲国家的研究显示，那些采用地暖的家庭，病菌的数量减少了50%。
1.2美观，不占使用面积
在地暖结构层中可以铺设各种管线，取消了室内散热器的支、立管，使得实际使用面积增加了。低温热水地板辐射热采暖系统铺设在地下，这个不可见的性质使得传统供暖的暖气片与管路得以取消，在地面以下设计整个系统，完全对房间面积不占用，房间布置家具、便于装修、易于分隔。
1.3隔音性能，热稳定性好
由于地暖的地面构造很特殊，中间层的采暖效果极少受上下层不采暖的影响，且上层对下层的噪音干扰可以因此大大的减少，低温热水地板辐射热采暖系统的这一特点是常规采暖系统所不具备的；此外，因为混凝土层以及地面层蓄热量大，所以如果间歇供暖时，室内有良好的热稳定性，并且温度变化十分缓慢。
1.4高效节能，运行费用低，使用寿命长
在营造同样舒适条件的要求下，地暖系统因为利用了余热水，所以相比于其他采暖形式，可以降低2%~3%的能耗，增加了热效率；在人体受益的高度范围内这个系统能集中热量，并在热媒低温传递过程损失较小的热量；并且每个房间都有独立的温度调节系统，可以说低温热水地板辐射热采暖系统的可用性、可控制性都是远超传统的供暖系统的。
系统采用的铝塑复合管或塑料管是被世界上公认的50年使用寿命的材料，与其它金属管材相比其热贯通效率差不多，都有很好的蓄热性能，并且温度分布十分均匀，在此基础上，与其它管材相比热应力更低，即使连续使用很长时间地板龟裂现象也不会出现；突出的抗应力破裂性和抗蠕变性，确保了管路有很长的寿命；管内极少产生结垢、腐蚀、生锈等问题，所以很少需要修理；在-40e~120e的极端温度情况下，依然能够保持良好的耐热、耐寒性能；因为管材内壁很平滑，可确保温水的畅通。
2低温热水地板辐射热采暖系统设计要点
2.1主要参数选择
1）采用厚度在100mm左右的地板采暖结构层，包括砂浆找平层、地面层、保温层、豆石混凝土层，辐射管道的间距在200mm~400mm之间，20mm~30mm厚的轻质泡沫水泥或高效保温复合聚苯乙烯板的保温材料；
2）供回水温差8℃~15℃，热媒温度≤65℃，流速≥0.3m/s；
3）允许工作压力≤0.8Mpa的耐热聚乙烯管；
4）在室内温度15℃~18℃，平均水温40℃~55℃下，其具有如下散热量:木地板:45W/m2~170W/m2；瓷砖类地面：60W/m2~240W/m2；地毯类:30W/m2~140W/m2；塑料地板:45W/m2~200W/m2。
2.2设计要求
1）必须使得地面供暖结构，负担的荷载≤2 000kg/m2，如果>2 000kg/m2则需要实施相关措施；
2）各组加热管环路选择应选用尽量接近的几何长度；
3）在供水盘管上增加过滤装置，用来防止异物进入加热盘管内；
4）若地板面积较大，跨度大于6m或每30m2就要设计一道5mm宽的膨胀缝，缝中用膨胀膏填充。
2.3设计要点
因为传统的供热与地板供热的方式不同，常常在设计中出现问题，如加热盘管的敷设形式、盘管间距、管材的选用、各环路的平衡、分水器位置选择等问题。
2.3.1热负荷的确定
在计算房间供暖热负荷时应严格按照采暖规范的相关规定展开，但与普通对流式供暖方式相比计算热负荷主要有以下不同:地面供暖设有加热管道的时候热负荷不加入计算；计算供暖热负荷时最好把室内计算温度先降低2℃。
以地板内盘管经地面向室内散热即时地板辐射供暖系统，因为受到地板装饰层材料、厚度和地面家具的影响，传热热阻提高了，盘管的散热量则大大降低了。厚度越小的地板装饰层，就有越高的地板表面的平均温度；地板表面的平均温度随着厚度的增加将会降低，同时加强均匀性。但是地面的散热量相对于厚度的增加反而会下降，但是下降的很少。所以，在确定热负荷时要把这些影响因素的都考虑进去。
另一方面，由于地板辐射供暖是在温度与辐射强度的作用下对房间实施供暖，形成较合理的热辐射作用与室内温度场分布，等效热舒适度效应有2℃~3℃，所以全面采暖时选用低温热水地板辐射供暖，在实现同等舒适性下，取值室内设计温度时应降低2℃~3℃计算流散热器采暖，或者把常规采暖热负荷与0.9~0.95的修正系数相乘来计算地辐热负荷。此外，对于采用采用分户独立热源或者集中供暖分户热计量的住宅，应考虑户间建筑热工条件、间歇供暖以及户间传热等原因，计算房间的热负荷时应考虑附加量。
2.3.2热力计算
热水的平均温度与地板辐射采暖的散热量、加热管材质、室内温度、管径与间距、热阻与覆盖层的厚度等因素关系很大。它包括对流散热量与辐射散热量两部分。计算地板散热量的关键是确定地表面平均温度，所以，埋管传热问题需要认真考虑，可以数值模拟与分析地板内部温度场，采用有限差分的方法，并经由计算机编程来最终完成，可以说，与传统的水暖系统相比，低温热水地板辐射热采暖系统的技术性发生了跨越性的提高，而这一提高也是人们获得更舒适生活的基本保障。
2.3.3水力计算
低温热水地板辐射采暖系统的管路常常由集水器、分水器、和管路系统相连，那些住宅建筑，用户采用分室调节控制可以按照个人需要，更容易进行分户热计量。系统管路主要有局部阻力、沿程阻力两部分阻力。因为有较大的管路转弯半径，所以损失较小的局部阻力，考虑到集、分水器等局部阻力，系统管路可附加10%~20%阻力在沿程阻力的基础上来计算总阻力。
因为铺设管道很难做出坡度，为了避免管内因为空气的积聚而气塞，一般要求不宜低于0.25m/s的水流流速。但也不能太高，否则增加沿程阻力损失，加大循环水泵的压头，常常会引起噪声。一般我们选用0.25m/s~0.5m/s的水流速。
2.3.4盘管间距的确定
盘管的间距的计算有一定的步骤:依据地板的单位面积内的有效的室内的温度、散热量、地板的热阻、填充层的厚度，先假定出加热管的管径，这样可以初步的定出盘管的间距，计算出单位面积上的有效散热量能不能能够满足一定的要求，然后再进一步进行调整。地面温度的分布是否均匀，主要受埋管的深度h、管与管得间距s、以及布管的形式等方面的影响。然而在实际的设计过程中，设计的人员通常根据过往的经验来确定管间距又或者按着参考资料所提供的地板的散热量来直接进行盘管间距的查取，从而忽略了一些适用的条件，当然，实际在设计参数时与规范中提供的条件一定会有差异，如果仍旧按照规范中的数据计算，就一定会给设计的结果带来一定的偏差。所以，在设计时，关于加热管间距的准确性，应该根据管道的材质、填充层的厚度、供回水的温度等各种因素来严格计算，不应死搬硬套参考资料上的内容。
2.3.5加热的管布置
依照保证室内温度均匀变化的根本原则以及房间内部的具体热工特性，辐射采暖系统中的加热管可分以往复式、直列式、旋转式3种不同方式进行布置。因为旋转式方法中低温管、高温管需要相间布置，温度的均化效果也更容易形成，同时，埋管弯曲度基本采用90%，铺设过程不复杂，故旋转式的布管方法在实际工程应用中最为常见。而对于面积较小的卫生间、厨房等，则更多的采用了往复式与直列式的布置方法。
3低温热水地板辐射热采暖系统的实际技术应用
3.1系统安装施工工序
对地暖系统的施工要根据各个地方对建筑供暖的设计与施工所作的规定以及暖通施工行业中的技术标准，参照建设部门所提出的要求和设计以及实际条件进行施工。施工之前要保证地面平整，不出现沙石块、凹凸不平，钢筋头等情况。低温热水地板辐射热采暖系统安装的施工工序主要有：
1）楼面找平标高，对楼面基层进行清理；
2）进行保温板铺设；
3）进行PE-RT管铺设，并调节管间距，将管材固定；
4）进行分集水器的安装；
5）闭合管道、分集水器，进行打压试验；
6）浇注混凝土填充层；
7）第二次打压试验检查至合格，做地面面层。
3.2技术措施与质量控制
1）在工程管理组中设置专业的工程技术人员，对全体施工人员在施工前开展工程技术的交代，对施工过程中需要注意的技术及时提出、保证质量要求并且提出达到质量标准及技术的切实可行的方法，对施工中关键工序及重点控制内容必须要进行强调；
2）现场技术主管，对施工材料、质量、程序实施监督；施工队队长负责严格执行及监管那些操作方法及规程；采用层层落实的方式，直到底册的操作人员；
3）工程项目技术主管对甲方提出的施工中出现的特殊问题以及一些变更，进行处理，并担负向工程项目经理及时反馈信息的责任，提出具体相应措施；
4）建立工程质量保证体系，在设立质控点在那些关键工序上，用来控制施工过程；
5）开展三检制度，其有效运行由质量主管保证；
6）由质检人员检验验收材料入库前进行验收；并在入库后进行妥善的保管，确保进出库的材料质量是完好的。
3.3施工要点
1）处理基层。在进行保温板铺设前，先清理楼地面基层，清理后要达到：凹凸不平误差不得超过10mm，并用水泥沙浆将不平处找平；保温板铺设时要保证满铺，不允许架空，经检验合格后才能进入下一步工序；
2）安装管道。安装分集水器的墙面要事先进行抹灰，在墙壁与专用箱内固定分集水器，离地面不能小于300mm；根据设计要求进行地暖管道铺设，客厅地暖管间要相距200mm，东西外墙附近卧室管之间要相距250mm，其他房间都是300mm；外墙和地暖管道之间为20mm，保温板靠着外墙内进行保温；与集配器距离近的加热管密集的地方要添加隔热套管；将管道用塑料卡钉固定在保温板上，卡钉间相距为500mm，拐角处相距250mm；
3）管道试压。安装好管道后，用0.6MPa的表压进行试表，一天内不出现渗漏才能填充豆石混凝土。填充的时候不能加水，要维持管道压力大于等于0.4MPa。将管道和集分水器严密连接闭合，开始试压。使用压力为0.6MPa，如果5min内降压0.05MPa则合格；
4）填充层施工。第三i试压合格后，6小时内对管道进行带压浇注细石混凝土填充层。此步骤难度较大，因为管道的混凝土保护比较薄，容易在填充层表面出现裂缝。因此，必须依照设计比例配掺混凝土中的细石骨料；此外，还要在管道上安装一个100mm×100mm方格铁丝网，必须通过人工将混凝土抹平密实，混凝土初凝前，还要人工抹刷地面，养护混凝土的周期不能小于48小时；
5）设置伸缩缝。在地面面积大于30mm或者边长大于6m时，要按照小于等于6m间距对伸缩缝进行设置，保证缝宽小于8mm，要用高发泡聚乙烯泡沫塑料对伸缩缝进行填充；
6）供水试运行。通过两次试压保证合格后，填充层没有出现大范围的开裂情况，表明施工质量符合要求，就可以开始系统调试。供水要逐步升温，首先将水温保持在25℃~30℃范围内持续24小时，逐步提高温度，每次升温不能大于5℃，最终升到设计温度；在设计水温下持续运行24小时，同时将所有环路水温调节至正常范围。
此外，在混凝土浇灌时，要防止砂浆进入沿墙隔热材料和保温层之间的接缝处，在铺设地热管到混凝土最后形成强度之前，要保护成品，不能允许穿硬底鞋行走在盘管上面或放置设备、材料，防止损坏管材。
3.4施工中的安全生产问题
1）所有的绝热材料和管材等不能与明火接触；
2）严禁攀踏、支撑塑料管，或用作其他用途；
3）不能同时交叉进行另外的施工作业，在浇捣和养护混凝土现浇层过程中禁止踩踏；
4）管材敷设要防止相互重叠或接触；
5）要随时封堵管道系统的安装中断或结束的敞口，填充层内的盘管不能出现接头；
6）严禁用力击打施工结束后的地板辐射供暖地面，禁止在地面上开槽、打孔、或装入其他物件。
4结论
本文对低温热水地板辐射热采暖系统的主要特点进行了概述，介绍了其美观、舒适、卫生、隔音、节能等诸多优势，同时，从参数选择、设计要点、施工技术等角度，对低温热水地板辐射热采暖系统的实际技术应用进行了分析与论述。
参考文献
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