裝配式建筑地面輻射供暖系統設計

郝 奇，馬坤茹

(1.河北科技大學 建筑工程學院，河北 石家莊 050018; 2.河北省數據中心相變熱管理技術創新中心，河北 滄州 061001)

1 概述

不斷加快的城市化進程，對建筑領域提出了更高要求。裝配式建筑憑借建設期短、污染小、結構質量有保證等優勢展現了新的發展生機。本文對地面輻射供暖系統在裝配式建筑中的設計要點進行探討。

2 裝配式建筑優勢及相關政策

裝配式建筑是由預制部品、部件(本文統稱為預制構件)在建筑施工現場裝配而成的建筑，可實現建筑施工現場和預制構件制作的同步進行。預制構件由多條流水線同時生產，可保證供貨，縮短施工期。更重要的是預制構件在構件廠中進行統一生產，既可保障施工質量又可減少噪聲、粉塵等環境問題[1-2]。

目前，我國的裝配式建筑仍處于起步階段。2017年，住房和城鄉建設部印發的《“十三五”裝配式建筑行動方案》提出：到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達到15%以上，其中重點推進地區達到20%以上，積極推進地區達到15%以上，鼓勵推進地區達到10%以上。

除中央相關政策，各地方也制定了相應的發展計劃和支持性政策。以河北為例：預計2020年全省裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到20%以上。到2025年，全省裝配式建筑面積占新建建筑面積比例達到30%以上。對于裝配式建筑項目，給予優先保障用地、容積率獎勵、退還墻改基金和散裝水泥基金、增值稅即征即退50%等優惠政策。

3 暖通專業在裝配式建筑的重要性

GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標準》給出的裝配率定義為：單體建筑室外地坪以上的主體結構、圍護墻和內隔墻、裝修和設備管線等采用預制構件的綜合比例。GB/T 51129—2017的式(4.0.1)給出的裝配率P的計算式為：

式中P——裝配率

Q1——主體結構指標實際得分

Q2——圍護墻和內隔墻指標實際得分

Q3——裝修和設備管線指標實際得分

Q4——評價項目中缺少的評價項分值總和

設備專業對裝配率的把控主要在于管線分離比例(歸屬于裝修和設備管線指標實際得分，管線分離比例越高，裝修和設備管線指標實際得分越高)的控制，GB/T 51129—2017的式(4.0.13)給出的管線分離比例q3d的計算式為：

(1)

式中q3d——管線分離比例，%

L3d——各樓層管線分離的長度(包括裸露于室內空間以及敷設在地面架空層、非承重墻體空腔和吊頂內的電氣、給水排水和供暖管線長度之和)，m

L——各樓層電氣、給水排水和供暖管線的總長度，m

在設備專業中，與暖通專業相比，給排水、電氣專業對提高管線分離比例的貢獻十分有限，因此提高管線分離比例的任務主要落在暖通專業上。對于暖通專業，若采用集中式空調系統、散熱器供暖來保證室內熱濕環境，那么管線分離比例基本可以滿足要求。

若室內供暖系統采用傳統地面輻射供暖系統(見圖1)，由于埋地盤管長度很大，導致管線分離比例過低，無法達到GB/T 51129—2017表4.0.1對管線分離比例的要求。因此，控制地面輻射供暖系統的管線分離比例就顯得尤為重要。

圖1 傳統地面輻射供暖系統結構

4 干式工法地面輻射供暖系統

4.1 結構

為了解決傳統地面輻射供暖系統的管線分離比例過低問題，干式工法地面輻射供暖系統應運而生。目前，市場上的干式工法地面輻射供暖系統大致分為兩種形式：架空形式、預制溝槽形式。

① 架空形式

架空地面輻射供暖系統通過設置架空層敷設供暖通風及其他專業的室內管線，架空地面輻射供暖系統結構見圖2。優點是可以大幅提高管線分離比例，地腳螺栓可針對不平整樓板進行二次調平。當然也存在缺陷，由于架空層的存在，會降低室內的凈高。

托盤、保溫層在工廠預制完成。保溫層上有用于安裝盤管的溝槽，保溫層與托盤之間用環保膠固定后在溝槽內布置好盤管，然后覆蓋一層硅酸蓋板(圖2中未表示)，最后用螺栓將安裝保溫層及盤管后的托盤(邊緣有用于固定的龍骨)固定在架空地板下表面。

圖2 架空地面輻射供暖系統結構

② 預制溝槽形式

預制溝槽地面輻射供暖系統的結構見圖3。采用木龍骨作為支撐，盤管安裝在預制溝槽保溫板內。優點是對房間凈高影響小，加熱效率高。缺點是預制溝槽保溫板強度低，導致地面整體承重能力比較弱。加之對木龍骨的結構、木材有一定要求，因此成本比傳統結構高。

圖3 預制溝槽地面輻射供暖系統結構

③ 造價及特點

不同形式地面輻射供暖系統單位面積平均造價及特點見表1。

表1 不同形式地面輻射供暖系統單位面積平均造價及特點

4.2 輻射面供熱量測試

我們委托國家空調設備質量監督檢驗中心，按照GB/T 13754—2017《供暖散熱器散熱量測定方法》的規定，以木地板、瓷磚分別作為飾面層，對單位面積平均造價適中的預制溝槽地面輻射供暖系統進行輻射面供熱量測試。樣品長度3.6 m，寬度2.4 m。預制溝槽保溫板厚度為30 mm，盤管材質為PE-RT，盤管規格為D16×2，盤管中心間距為150 mm。

① 木地板飾面層

木地板飾面層樣品散熱量測試結果見表2。根據表2，通過最小二乘法擬合得到木地板飾面層樣品散熱量擬合公式：

ΦW=21.797 7ΔT1.091 2

(2)

式中ΦW——木地板飾面層樣品散熱量，W

ΔT——過余溫度，K

表2 木地板飾面層預制溝槽地暖實驗工況供熱量

② 瓷磚飾面層

瓷磚飾面層樣品散熱量測試結果見表3。根據表3，通過最小二乘法擬合得到瓷磚飾面層樣品散熱量擬合公式：

Φt=38.460 7ΔT1.071 6

(3)

式中Φt——瓷磚飾面層樣品散熱量，W

表3 瓷磚飾面層預制溝槽地暖實驗工況供熱量

③ 性能對比

過余溫度取19.5 K，分別代入式(2)、(3)，可計算得到以木地板、瓷磚分別作為飾面層的樣品的散熱量分別為557.3、927.7 W。由計算結果可知，當輻射面積一定時，以瓷磚作為飾面層的預制溝槽地面輻射供暖系統供暖能力強。

5 裝配式建筑中暖通專業的設計要點

① 無論是架空地面輻射供暖系統，還是預制溝槽地面輻射供暖系統都存在管線交叉問題。這無疑增加了地面厚度，減小了房間凈高，并使成本增加。在實際項目中，應根據建筑結構合理規劃各專業管線布局，減少管線交叉，有條件的可以采取局部吊頂方式。此外，開發應用新技術(如無線開關、智能家居等)，以減少設備管線，從而減少管線交叉。

② 干式工法地面無法像傳統地面一樣實施防水處理[3]。若在廚房、衛生間采用干式工法地面輻射供暖系統，易導致架空地面、預制溝槽保溫板的損壞。因此，廚房、衛生間地面宜采用傳統地面輻射供暖系統以確保地面防水效果。考慮到廚房、衛生間的管線分離比例有所減小，可采用集成廚房、集成衛生間以提升裝配率。

③ 干式工法地面與傳統地面連接處的高差，可以采取結構降板予以解決[4]。

④ 預制構件中的預埋管線以及預留溝、槽、孔、洞的位置應遵守結構設計模數網格，保證構件的整體性與安全性，不應在預制構件安裝后鑿剔新的溝、槽、孔、洞。

⑤ 裝配式建筑設計各專業應緊密聯系[5]。項目前期暖通專業與水、電專業確認管線分布方案，協調管線布置，與建筑結構專業確認預留墻洞板洞位置，確保項目的順利進行。

6 結語

在裝配式建筑的設計過程中，設計人員、施工人員及預制構件制造廠家需要密切配合，從而確保整個項目的順利進行。此外，積極研究新技術、新產品，并靈活運用到裝配式建筑中，促進裝配式建筑的不斷發展。