基于預制裝配化的住宅熱水地面輻射供暖系統若干技術問題分析

李 晴

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

2016 年，住房城鄉建設部印發的《住房城鄉建設事業“十三五”規劃綱要》中明確提出要持續推進工業化、信息化、城鎮化、農業現代化和綠色化的協同發展。在此背景下，住宅產業的預制裝配化不斷得到推廣應用，但研究裝配式建筑的主要落腳點仍是結構構件的預制裝配，對暖通設備的相關預制裝配化設計與施工的研究較少。

申德艷等[1]提出了雙層鋁箔薄型干式地板構造，與常規濕式地面輻射地板相比，其能降低構造層厚度、減小樓板荷載，且傳熱特性良好；齊政新[2]提出了水系統地板采暖的干式做法，在增加傳熱鋁板后，其采暖效果可滿足使用要求；費玉敏[3]提出了新型低溫熱水輻射供暖地面和墻面的構造并建立了實驗系統；閆全英等[4]提出了一種預制輕薄相變復合供暖地板；朱愛明[5]對2種預制輕薄裝配式低溫輻射供暖構造進行了實測分析；龔光彩等[6]試驗研究了預制式超薄低溫地暖板的供暖溫度特性。

上述干式地板或新型的地板構造在一定程度上能滿足供暖要求，但傳熱特性不如傳統濕法作業，且運行中噪聲明顯。本文主要研究基于預制裝配化的住宅熱水地面輻射供暖系統。供暖系統構造構件的工廠預制化、模塊化及現場干式安裝的特點，能加快施工進度并減少施工過程中對環境的污染，且傳熱性能優良。

1 工程概況

溫州市甌海區鐵路站前保障性安居工程C-08地塊項目的用地面積為66 232 m2，總建筑面積為280 708 m2，容積率為3.0。項目擬建6棟33層的高層住宅、7棟26層的高層住宅、3棟1層的配電房。在其北側的住宅底部設置2層沿街配套設施及商業裙房，并配套設置2層地下車庫，其中人防區域位于地下車庫西北側。

本文以某個實際戶型（圖1）為例，詳細說明基于預制裝配化的住宅熱水地面輻射供暖系統。該戶型是房地產市場上相對常見的戶型之一，整體格局為一廚兩衛，一餐廳一客廳，3個臥室，南北雙陽臺。以此為例，能夠說明基于預制裝配化的地面輻射供暖系統在設計及施工中的諸多共性問題，具有很好的參考意義。

2 工程難、特點

基于預制裝配化的住宅熱水地面輻射供暖系統是傳統地面輻射供暖形式與預制裝配化建筑的結合，目標是實現地暖系統構造中的各元素（保溫層、地埋管、填充層）在工廠整體模塊化預制，現場模塊化干式安裝。其主要目的是解決傳統現場濕法作業中的工期長、污染大等問題，其中涉及的關鍵技術包括合理設計地面輻射供暖系統、根據設計圖紙拆分構造構件、工廠預制以及構件運輸保護等。

3 伸縮縫的設置及地暖模塊的拆分

合理設計地面輻射供暖系統是基于預制裝配化的住宅熱水地面輻射供暖系統的核心所在，JGJ 142—2012《輻射供暖供冷技術規程》中規定：地面面積超過30 m2或邊長超過6 m時，應按不大于6 m的間距設置伸縮縫。基于這個原則設置伸縮縫（見圖1）以及在此基礎上形成拆分設計，共拆分為6個模塊（圖2），各個模塊要保證其長邊尺寸不超過6 m、面積不超過30 m2，且各個模塊的尺寸還應兼顧實際運輸要求。住宅的分集水器設計一般置于廚房或衛生間，本例中廚房相對較遠，因此分集水器放置于公共衛生間的洗手盆下。在此基礎上設計盤管的走向、管徑及管間距等，本例盤管間距及盤管距墻尺寸均設置為200 mm，具體數值跟建筑的熱負荷等相關，由設計計算確定。

圖1 某實際戶型示意

圖2 各個模塊的尺寸

4 地暖系統設計及各地暖模塊的加熱水管、預留輸配管道分布

如前所述，本例盤管間距及盤管距墻尺寸均設置為200 mm，并以分隔好的6個模塊為環路，在此基礎上設計地暖系統。分支環路的設置應符合JGJ 142—2012《輻射供暖供冷技術規程》中3.5.5條的規定。

據此，本工程實例的地暖系統設計平面如圖3所示。

根據此平面圖并結合上述地暖模塊的拆分，可確定每個模塊中加熱水管及敷設在相鄰模塊中預留輸配管道的分布。預留輸配管道途經相鄰模塊的位置要設計相應的溝槽，該溝槽要在現場干式安裝完成后作填充處理。本例中6個模塊的加熱水管及預留的溝槽位置分別如圖4所示，圖中虛線表示溝槽的設計位置。

圖3 地暖系統的設計平面

圖4 地暖模塊的加熱水管和預留輸配管道分布

5 地暖模塊的構成

地暖模塊由保溫層、加熱盤管和填充層組成。保溫層可有效阻止熱量向其背部散發；加熱盤管包括加熱水管和預留輸配管道，加熱水管固定在保溫層上面，預留輸配管道用于與分集水器的連接，地暖模塊運輸時，該輸配管道應作卷制保護；填充層位于保溫層之上，其厚度要能覆蓋加熱水管，并且填充層遠離保溫層的表面上要開設溝槽，該溝槽的設置由預留輸配管道的路由確定，即現場施工時某模塊預留的輸配管道敷設在相鄰模塊開設的溝槽中。

6 地暖模塊工廠預制方法

在模具底部形成保溫層，所述模具具有通孔；將加熱水管固定在保溫層上進行敷設，加熱水管兩端之外部分的水管作為預留輸配管道，該管道要做好保護；在保溫層上方澆筑形成填充層，填充層的厚度要能覆蓋加熱水管；在填充層遠離保溫層的表面上開設溝槽，該溝槽的寬度及深度要能埋入設計的預留輸配管道；將上述組件從模具中脫離即形成了地暖模塊（圖5、圖6）。

圖5 模塊平面示意

圖6 模塊剖面示意

需要說明的是，地暖模塊的尺寸是根據各個項目的平面圖拆分而定的，拆分時需要考慮相關國家規范及運輸安裝等因素。保溫層是在一定比例的硅酸鹽水泥凈漿中加入水泥發泡劑，經攪拌發泡后形成。硅酸鹽水泥和水泥發泡劑的參數及保溫層的厚度要滿足該保溫層成型后應具備的強度和導熱系數的要求。溝槽側壁上方周邊預留毛邊，防止后期干濕結合開裂。

7 地暖輻射系統現場施工步驟

多個地暖模塊在工廠一次性預制完成后，再運抵現場進行模塊化干式組裝。將地暖模塊按照圖紙進行敷設，某地暖模塊的預留輸配管道通過相鄰地暖模塊之間的伸縮縫并敷設在相鄰地暖模塊的溝槽內，預留輸配管道途經溝槽與分集水器連接后，即完成現場干式安裝。

需要說明的是，如果某房間的地面與土壤相鄰，則需要在地面上先敷設1層防潮層，再將地暖模塊置于防潮層以上，以防止地暖模塊中的保溫層失效。在干式安裝完成以后，溝槽區域要現澆水泥砂漿填充，使溝槽的開口與填充層的表面齊平。現澆前，應先將溝槽內的上部區域用水濕潤，以保證現澆水泥砂漿與地暖模塊連接緊密[7]。

8 效益分析

8.1 社會效益

住宅熱水地面輻射供暖系統的預制裝配化可有效提高住宅建筑的預制裝配率，提升建筑工程工業化設計與施工的建造水平，推動社會可持續發展，引領傳統產業的升級，促進相關行業產品制造向標準化、模塊化方向發展。同時，隨著綠色建筑與建筑節能技術的發展以及低品位能源的利用，低溫熱水輻射供暖系統作為節能、舒適、適合低品位熱能、便于分戶熱計量的供暖方式，具有十分廣闊的應用前景。研究基于預制裝配化的住宅熱水供暖系統的設計與施工，能夠為傳統建筑行業走工業化建造之路起到很好的示范作用。

8.2 經濟效益

住宅熱水地面輻射供暖系統的預制裝配化可有效滿足住宅建筑建設及裝備開發等科技需求，同時滿足國家關于綠色環保方面的要求。裝配化施工可減少地暖安裝中污染及廢棄物的排放，降低對環境的不良影響，實現建筑業“四節一環保”要求，經濟效益顯著，較傳統的濕法工藝可節省約20%的費用。

9 結語

本文所述的基于預制裝配化的住宅熱水地面輻射供暖系統，可實現住宅建筑熱水輻射供暖系統專項工程的設計、預制、現場施工等預制裝配化技術的集成，能加快地面輻射供暖系統的施工進度并降低施工過程中對環境的污染，從而提高建筑工業化施工建造水平。結合工程實踐，總結出的技術思路主要如下：

1）根據不同項目的實際情況，結合規范、現場運輸條件等，合理地做好地暖模塊的拆分設計，在此基礎上設計盤管的走向、管徑、間距等。

2）地暖模塊拆分設計做好后，由工廠按照拆分好的模塊尺寸進行模塊的預制。

3）地暖模塊在施工現場進行模塊化干式組裝，除預留溝槽處需要局部濕式作業外，該種方式可以實現熱水地面輻射供暖系統預制裝配率達90%以上，且避免了傳統濕法作業工期長、污染大的問題。

4）各個地暖模塊的預留輸配管道通過溝槽與分集水器連接，從而保證所有環路在地面下無接頭，從源頭上避免了漏水的可能性。