淺析低溫?zé)崴孛孑椛涔┡脑O(shè)計(jì)要點(diǎn)

郎 煒

0 引言

低溫?zé)崴孛孑椛涔┡且詼囟炔桓哂?0℃的熱水為熱媒，在加熱管內(nèi)循環(huán)流動，加熱地板，通過地面以輻射和對流的傳熱方式向室內(nèi)供熱的供暖方式。以其舒適、節(jié)能等特點(diǎn)越來越得到廣泛應(yīng)用。本文闡述幾個在工程設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。

1 熱負(fù)荷計(jì)算

1)熱水供回水溫度:根據(jù)《規(guī)程》［2］規(guī)定:低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)的供、回水溫度應(yīng)由計(jì)算確定，供水溫度不應(yīng)大于60℃，供回水溫差不宜大于10℃。在施工圖設(shè)計(jì)中，一般采用供水溫度50℃，回水溫度40℃。

2)室內(nèi)溫度:在進(jìn)行地面輻射采暖熱負(fù)荷計(jì)算時，不同于傳統(tǒng)的散熱器采暖系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算，一般采用室內(nèi)計(jì)算溫度的取值比散熱器采暖系統(tǒng)的室內(nèi)計(jì)算溫度低2℃的方法。由于地面輻射采暖使人體同時感受到輻射溫度和空氣溫度的雙重效應(yīng)，在獲得相同的熱舒適度的前提下，采用輻射采暖的房間設(shè)計(jì)溫度比傳統(tǒng)的散熱器采暖有所降低，節(jié)約了采暖能耗。

3)在《規(guī)程》［2］第3.3.5 中規(guī)定:“在房間熱負(fù)荷計(jì)算時不應(yīng)計(jì)算地面的傳熱損失”。主要是考慮敷設(shè)加熱管的地面，由于加熱管內(nèi)介質(zhì)溫度高于室內(nèi)溫度，不存在通過地面向外的傳熱負(fù)荷，因此不應(yīng)計(jì)算此部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷。而《規(guī)程》［2］第3.4.6條中明確:“熱媒的供熱量，應(yīng)包括地面向上的散熱量和向下層或向土壤的傳熱損失”。熱負(fù)荷計(jì)算和熱媒的供熱量這兩者概念完全不同，數(shù)量上主要差別在熱媒的供熱量包括了一層地面層向下層或向土壤傳遞的熱損失，而此項(xiàng)不包括在熱負(fù)荷計(jì)算內(nèi)。

2 管材

在實(shí)際工程中應(yīng)用于低溫?zé)崴匕骞┡墓懿闹饕兴姆N:交聯(lián)聚乙烯管(PE-X)、聚丁烯(PB)、無規(guī)共聚聚丙烯管(PP-R)、耐熱增強(qiáng)聚乙烯管(PE-RT)。根據(jù)耐用年限、使用條件級別等選用管材及其壁厚。

2.1 交聯(lián)聚乙烯管(cross linked polyethylene pipe)

以密度不小于0.94 g/cm3的聚乙烯或乙烯共聚物，添加適量助劑，通過化學(xué)的或物理的方法，使其線形的大分子交聯(lián)成三維網(wǎng)狀的大分子結(jié)構(gòu)的加熱管，通常以PE-X標(biāo)記。

交聯(lián)聚乙烯PE-X管材具有力學(xué)性能好、耐高溫和低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，是目前歐洲在地板輻射采暖系統(tǒng)中使用量最大的一種管材。但是，PE-X管耐壓強(qiáng)度較低，沒有熱塑性能，只有鎖扣卡緊一種連接方式，不能用熱熔焊接的方法連接和修復(fù)。而且，PEX管材質(zhì)硬度高，很難通過變形與管件密封嚴(yán)密，因此，當(dāng)PE-X管經(jīng)冷熱變化多次容易破壞密封結(jié)構(gòu)而造成接頭部位漏水，增加了采暖系統(tǒng)的不安全性。同時在管道彎曲處，彎曲半徑大的管材應(yīng)力相對集中，造成強(qiáng)度加大，使用壽命衰減。在地板輻射采暖的使用條件下，0.6 MPa系統(tǒng)壓力需要設(shè)計(jì)管系列S6.3的管材，但因系統(tǒng)的連接要求與施工中劃傷損害等問題，實(shí)際工程應(yīng)用中一般選用S5系列。

2.2 聚丁烯管(polybutylene pipe)

由聚丁烯-1樹脂添加適量助劑，經(jīng)擠出成型的熱塑性加熱管，通常以PB標(biāo)記。

聚丁烯PB管是目前塑料熱水管中在相同使用條件下設(shè)計(jì)應(yīng)力最大、價格最貴和可靠性最高的一個品種。PB管耐熱強(qiáng)度高，抗蠕變性能高，化學(xué)穩(wěn)定性好和抗低溫脆性，適用于高標(biāo)準(zhǔn)的熱水和傳統(tǒng)散熱器系統(tǒng)。但由于其導(dǎo)熱系數(shù)低，熱阻大，因此在地板采暖應(yīng)用較少。PB管可采用三種連接方式:加緊、熱熔和電熔焊。在地板輻射采暖的使用條件下，0.6 MPa系統(tǒng)壓力計(jì)算管系列的值應(yīng)該選擇S8，實(shí)際工程應(yīng)用中一般選用S5系列。

2.3 無規(guī)共聚聚丙烯管(polypropylene random copolymer pipe)

以丙烯和適量乙烯的無規(guī)共聚物，添加適量助劑，經(jīng)擠出成型的熱塑性加熱管，通常以PP-R標(biāo)記。

無規(guī)共聚聚丙烯PP-R管耐熱及耐壓性好，衛(wèi)生性好，而耐低溫沖擊性能和柔性較差。PP-R管壁較厚且熱膨脹系數(shù)較大，在混凝土地板中暗埋時，需預(yù)留安裝槽且不使用管件，管道安裝完畢后混凝土的填充層可吸收管道的線形膨脹。管道連接采用熱熔連接。在地板輻射采暖的使用條件下，0.6 MPa系統(tǒng)壓力計(jì)算管系列的值應(yīng)該選擇S5。PP-R是現(xiàn)狀生活熱水與散熱器系統(tǒng)中可供選擇的理想產(chǎn)品。但由于其耐低溫沖擊性能和柔性等方面的缺陷，在地板輻射采暖工程中應(yīng)用較少。

2.4 耐熱增強(qiáng)聚乙烯管(polyethylene of raised temperature resistance pipe)

以乙烯和辛稀共聚制成的特殊的線形中密度乙烯共聚物，添加適量助劑，經(jīng)擠出成型的塑性加熱管，通常以PE-RT標(biāo)記。

耐熱增強(qiáng)聚乙烯PE-RT管具有柔韌性好、耐化學(xué)腐蝕性好、不生銹、使用壽命長、散熱性能好、導(dǎo)熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，原料不但具有合格的蠕變破壞曲線，而且其管材價格適中，連接形式屬于現(xiàn)階段最可靠的相同材質(zhì)的管材與管件本體互熔的熱熔連接方式，管件部位的孔徑大于相同規(guī)格管材的內(nèi)徑。但其加工范圍較窄，質(zhì)量控制較難。在地板輻射采暖的使用條件下，0.6 MPa設(shè)計(jì)壓力下使用時選擇管系列S5。PE-RT管其綜合的優(yōu)良特性使之在地板輻射采暖領(lǐng)域中具有一定的競爭力。

3 管道敷設(shè)

1)最小流速?！兑?guī)程》［2］第3.5.6 條規(guī)定:“加熱管內(nèi)的流速不宜小于0.25 m/s”。主要考慮地埋管是無坡度敷設(shè)，為了使水流能把空氣裹攜帶走。而地暖盤管一般選用的管徑為20，為保證足夠的流速，管道敷設(shè)長度不應(yīng)太短，對于供回水溫差為10℃的系統(tǒng)，管道所負(fù)擔(dān)的熱負(fù)荷應(yīng)不小于2 100 W，否則容易造成氣塞和水循環(huán)中斷。

2)為防止加熱管機(jī)械損傷和彎處“死折”，在規(guī)程［2］第5.3.3中規(guī)定:“塑料及鋁塑復(fù)合管的彎曲半徑不宜小于6倍管外徑”。需要注意的是，對于管徑為20的地暖盤管，當(dāng)采用平行型布置時，管間距不宜小于250 mm。當(dāng)采用回折型布置時，管間距不受此限制，而且回折型布置不易形成“死折”，所以在實(shí)際工程中應(yīng)盡量將加熱盤管布置為回折型。

3)針對規(guī)程［2］第4.3.11條中的規(guī)定:“在有凍結(jié)危險的樓梯間或其他有凍結(jié)危險的場所，應(yīng)由單獨(dú)的立支管供暖。散熱器前不得設(shè)置調(diào)節(jié)閥”，在有凍結(jié)危險的地方(如一層大堂、門廳等)敷設(shè)加熱盤管時，應(yīng)與外門有一定的距離，一般不小于1.0 m。

4 其他

1)單位地面散熱量應(yīng)通過計(jì)算確定，詳見《規(guī)程》［2］中 3.4.1條計(jì)算公式。而確定地面所需的散熱量時，應(yīng)將房間的熱負(fù)荷扣除來自上層地板向下的傳熱損失。當(dāng)確定了地面散熱量、室內(nèi)計(jì)算溫度、平均水溫及地面?zhèn)鳠釤嶙璧葪l件時，加熱盤管的敷設(shè)間距應(yīng)通過計(jì)算公式確定，也可按《規(guī)程》［2］附錄A確定。附錄A是用計(jì)算程序計(jì)算出的一部分常用的數(shù)據(jù)。這點(diǎn)與傳統(tǒng)的散熱器系統(tǒng)根據(jù)熱負(fù)荷等因素選型是不同的。傳統(tǒng)散熱器系統(tǒng)只是根據(jù)房間熱負(fù)荷確定散熱器片數(shù)，不考慮上層地板向下這部分傳熱損失。

2)校核地面平均溫度:在確定地面散熱量時，同時需要校核地表面平均溫度。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度越高或建筑的熱工性能差等其他原因，致使房間所需的散熱量越大，則需要的地表面平均溫度越高，但是地表面平均溫度過高是不允許的。

3)地面熱阻:在《規(guī)程》［2］中要求面層材料的熱阻宜小于0.05 m2·℃/W。實(shí)際工程中常用的面層材料有陶瓷磚和木地板，木地板材料遠(yuǎn)大于陶瓷磚材料的熱阻。在相同供熱條件和地板構(gòu)造的情況下，陶瓷磚等作為面層的散熱量要比木地板高30%～60%。而在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時，不能預(yù)測業(yè)主入住后采用何種地面材料，因此，設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量按熱阻大的木地板考慮或者明確設(shè)計(jì)時采用的面層材料及其熱阻。

［1］陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］JGJ 142-2004，地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］李果萍.低溫?zé)崴匕遢椛涔┡こ淌┕ぃ跩］.山西建筑，2010，36(7):152-153.