低温热水地板辐射供暖技术应用

2022-09-11

低温热水地板辐射供暖除了不占房间有效面积, 便于装修、家具布置优点外, 还具有热舒适性好, 卫生环境好, 热稳定性好, 节约能量等优点, 从而正在住宅和其它公共建筑中得到越来越广泛的采用, 受到广大用户的普遍欢迎。一般低温热水地板辐射供暖系统设计使用年限约为50年, 都采用埋地安装, 为使低温热水地板辐射供暖工程做到技术先进、经济合理、安全适用和确保质量, 迫切需要从设计、材料、施工和验收等各个环节以规范化和严格控制, 因此在设计和施工环节中应执行2000年北京市建设委员会、北京市规划委员会颁布的《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》 (DBJ/T01-49-2000) , 在工程中, 通过实践, 总结经验, 使低温热水地板辐射供暖技术不断完善, 更加有利于低温热水地板辐射供暖技术的推广。

1 地板辐射供暖的优势

低温热水地板辐射供暖是通过在地面下敷设热水输送散热盘管, 利用地面自身的蓄热辐射而将热量向地面上的空间散发, 维持该空间所需的温度状态的技术。

现在越来越多的低层和高层住宅的供暖大量使用低温热水地板辐射供暖, 之所以这几年有如此的发展, 有其内在的原因, 那就是低温热水地板辐射供暖比使用钢管连接散热器的供暖有许多优点。

1.1 高效、节能

(1) 首先使用散热器的供暖温度要求高, 一般供水温度95℃, 回水温度70℃, 这样需要有产生高热源的供暖设备, 耗能较多, 而节约能源是国家未来产业政策的重要方向, 采用地板辐射供暖, 一般供水温度60℃, 回水温度50℃, 对热源的选择可以是多种多样的, 如地热、热电厂余热, 从而节省了高位能源, 起到了节能作用。

(2) 低温热水地板辐射供暖采用低温热水, 而温度较低的热水在传输过程中比散热器的方式传输时散热损失小。

(3) 散热器供暖的温度最高区域在房间上方, 温度梯度大, 在人经常停留的房间下部区域温度不是最高, 这样造成房间上部热损失, 而地板辐射供暖房间内温度沿高度方向上温度分布均匀, 温度梯度小, 热量集中在人体收益的高度, 热量被充分利用。

1.2 热稳定性好

由于填充层和地面层蓄热量大, 热稳定性好, 因此, 在间歇供热的运行工况下, 室内温度变化缓慢, 使人不会有忽冷忽热的感觉。这一点可以通过白天和夜晚的室内温度基本一致反映出来。

1.3 不占室内使用面积

由于使用地板辐射供暖, 室内没有立、支管及散暖器, 增加使用面积约为1.5m2, 而且便于室内装修和家具、电器用品的布置。

1.4 有利于分户热计量

住宅供暖必然要逐步实现分户热计量收费, 而过去的单管顺流式无法进行分户热计量, 而地板辐射供暖由于有了立管井, 在管井内可以安装热能表, 准确地进行热计量。

1.5 易调节, 运行费用低, 使用寿命长

地板辐射供暖由于主控阀门一般在地下室和管井内, 有利于整个供暖系统的调试, 使系统在最佳工况下, 这样保证了用户的采暖要求, 同时节省燃料, 电力消耗低。如采用户内燃气炉, 也可根据用户各房间温度要求, 调节集配器下的阀门。由于地板辐射供暖无腐蚀, 减少了使用散热器跑、冒、滴、漏的现象, 可节约维修费用, 运行维护费用降低, 较为经济。传统采暖设施, 焊接钢管易氧化, 造成管壁锈蚀, 承压能力下降, 一般十几年更换一次, 而采用地板辐射供暖, 加热管埋在混凝土内, 按规定的温度、压力工况下使用, 使用寿命达5 0年以上, 可与建筑寿命同步。

1.6 重量轻, 易施工

一般加热管的密度为 (0.8 9～1.0) g/c m 3, 重量仅为钢的1/9。由于重量轻, 易于搬运和施工, 劳动强度低, 施工进度比焊接钢管进度加快很多, 施工工期可以缩短。

2 地板辐射供暖设计

2.1 供暖热负荷的计算

某小区W 3区5-6#楼, 其中5#楼建筑面积25951m 2, 16层;6#楼建筑面积20522m 2, 17层, 采用低温热水地板辐射采暖的楼层的层高为2.8m, 热源为地下室锅炉房的锅炉供给, 供回水温度为60℃/50℃的低温热水, 冬季室外计算温度-9℃, 室内设计参数:卧室、起居室为18℃, 卫生间为20℃, 厨房为16℃。建筑外围护结构:外墙为200mm厚钢筋混凝土和60mm厚增强石膏聚苯复合板K=0.77W/ (m2.K) ;外窗为双玻铝合金窗K=2.9W/ (m2.K) ;阳台门为铝合金门K=2.9 W/ (m2.K)

根据Q=KA (tn-tw) α

Q为围护结构的基本耗热量 (W)

K为围护结构的传热系数 (W/m 2.K)

A为围护结构的计算面积 (m 2)

tn为室内计算温度 (℃)

tw为室外计算温度 (℃)

α为围护结构的温差修正系数

如一扇双玻铝合金窗的Q:

可以按上述公式和数据同样计算出外墙、内墙、门的Q, 然后进行朝向修正, 得出各个房间的附加耗热量, 再计算门窗的冷风渗透耗热量。累加后得出各个房间的供暖热负荷, 本楼为集中供暖住宅, 考虑户间传热等因素, 在计算热负荷的基础上, 增加一定的附加量, 得到最后的房间热负荷。最后分别得出每户的热负荷, 每层的热负荷, 每个楼门的热负荷。

2.2 系统设计

2.2.1 立管管材、管径及系统形式

为了保证供暖管材的使用寿命, 立管选择镀锌钢管, 比使用焊接钢管减少了腐蚀, 并应做外保温。由于本工程檐高较高, 因此把供暖系统进行垂直分区, 分为高区和低区, 这样使低区底层的管道不至于承受较大的压力, 维持系统正常的运行。

根据计算出的各户的热负荷 (不考虑户间传热的附加量) , 通过水力计算, 得出各层立管管径。

如小区W 3区5#楼, 每个单元门供暖系统分为高区和低区。考虑今后分户热计量的要求, 供、回水主立管设置在管井内, 在供水支管上安装除污器, 在回水支管上安装平衡阀, 可对供暖系统运行进行调试, 使整个系统在合理经济的最佳状态下运行, 保证节能效果。

2.2.2 加热管管材的选择

加热管是低温热水地板辐射供暖系统使用材料之中最主要的材料。一般采用以下4种管材。

交联铝塑复合 (X P A P) 管。

聚丁烯 (PB) 管。

交联聚乙烯 (P E-X) 管。

无规共聚丙烯 (P P-R) 管。

这些管材应符合有关国家标准, 在国家标准未制定之前, 各生产企业标准应等同采用国际标准。

各类管材的等应变蠕变特性曲线, 应符合附录A的要求。

管材的选择应根据耐用年限要求、使用条件等级、热媒温度和工作压力、系统水质要求、材料供应条件和投资费用等因素进行, 小区W 3区5-6#楼针对具体情况, 设计选用了P B管。

因为卫生间埋地管线较多, 在卫生间选用明装钢制镶嵌翅片管型散热器, 由于钢制散热器易腐蚀, P B管应有阻氧层, 以有效防止渗入氧而对采暖系统的氧化腐蚀。

2.2.3 布管间距的计算

辐射供暖地板的散热量, 包括地板向房间的有效散热量Q1和向下层传热的热损失量Q 2垂直相邻各房间均采用地板辐射供暖时, 除顶层以外的各层, 向下层的散热量, 可视做与来自上层的得热量相互抵消。

因此, Q 1=Q

即房间所需有效散热量等于房间供暖热负荷。

考虑家具和其它地面覆盖的遮挡因素, 按房间地面的总面积F, 乘以适当的修正系数, 确定地板有效散热面积F1。但用户在选择家具时, 还应选择带腿的家具, 减少对供暖的影响。

再计算出单位地板面积所需有效散热量q 1。

公式为q1=Q1/F1

式中:Q 1-房间所需有效散热量

F1为房间地板有效散热面积

通过计算出的q1按下列近似公式可计算出t EP

式中:t EP为辐射加热管道的地板表面平均温度

tn为室内温度

辐射加热管道地板的表面温度t EP应根据环境条件在人员长期停留区域适宜范围为24℃～2 6℃, 最高限值为2 8℃。

当加热管为P E-X管, 公称外径为20mm, 填充层厚度为60mm, 填充层下部设有绝热层, 供回水温差为10℃时, 可选用《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》中的附录E。

设计中发现, 采用《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》选管径为16/20mm的管子, 在某些房间, 即便最大布管间距300mm, 其散热量仍大于需热量。因此改用12/16管材, 其散热负荷按照16/20mm的85%考虑 (该数据由厂家提供) 。

厨房由于有集配器和大量的埋管, 散热量能满足温度要求, 不需单独配管, 卫生间散热量较小, 可和起居室使用一条管线。在实际计算中, 每一环路长度一般在57m～67m之间, 布管时各支路管道长度基本保持一致, 使各支路平衡。目前采用的排管方式很多, 本工程选用了较为常用的旋转式排管方式, 旋转式排管可保持供回水管间隔排布, 使室温分布均匀。起居室进深大于6m, 以距外墙6m处为界分区, 单独布置一条分支管路, 确保采暖效果。

3 施工过程

3.1 塑料膜和绝热层的铺设

首先参照墙面上标有的50线, 用尺量确定墙边距50线的尺寸是否一致, 再按50线检测房间内部各处。当确认地面水平后, 铺上塑料膜, 再铺设绝热层。绝热层的铺设应根据房间的开间和进深, 绘制出草图, 保证铺设平整、铺满、搭接严密。

3.2 钢丝网铺设

钢丝网铺设于绝热层表面, 使用水泥钢钉用铅丝绑扎, 固定在楼板上。

3.3 热媒集配器安装

一般采用的是水平安装, 分水器安装在上, 集水器安装在下, 现在住宅建筑面积较大, 一般有4～6个分路, 在加热管始末端出地面至连接件的管段, 设置硬质套管, 防止局部温度过高。热媒集配器应使用4个膨胀螺栓固定于墙面上, 保证垂直度和水平度。不应埋设于地面内, 造成以后维修困难。加热管与集配装置分路阀门的连接, 是加热管仅有的外露接头, 一般采用卡套式连接件, 保证了加热管无渗漏点。在安装热媒集配器时, 应注意使手动防风在集水器、分水器的末端, 这样可以放出集配器内的空气。

3.4 加热管的铺设

按设计图纸的要求, 根据加热管的间距、总长度, 进行放线与配管。钢丝网现已达到水平, 需解决的是管材以盘管方式供货, 管材本身的螺旋高差, 在钢丝网上设置时, 要调整顺直, 从供水方向顺序铺设, 用轧带将加热管绑轧在铺设于绝热层表面的钢丝网上。加热管固定的间距, 直管段保证在700mm以内, 弯曲管段保证在3 5 0 m m以内。

加热管施工过程中应注意两点。

第一点, 管材本身是以盘管形式供货, 铺设成型时有较长的直线管段, 因此需要大量调直弯管, 此时需克服管材形成的弯曲力, 调直时用力合理, 确保在此过程中局部不反弯曲和局部凸起, 在平面上直顺, 在立面上保持水平, 防止高点存气, 影响供暖效果。

第二点, 一根整管在从始至终存在许多弯曲部分, 根据图纸统计大致每根管上有30处弯曲, 所以做好弯曲处十分重要, 本身盘管供货的弯曲半径与设计施工图的弯曲半径是不一样的, 需要调整, 如PB管, 当管外径DN为20mm时, 弯曲半径最小为100mm。可根据图纸实设计布置直接计算出弯曲半径, 一般均比最小弯曲半径大。在弯曲过程中存在管材趋于原弯曲半径的倾向, 因此调整起来比较困难, 可根据实际的弯曲半径, 加工制成成品模具, 在施工中配套使用, 确实能够做到弯曲一致, 不存在随意性。

3.5 水压试验

安装完成后, 进行水压试验是有效的质量保证手段。由于使用的管材与钢管的物理性能存在着差异, 因此水压试验的方法具有特殊性, 具体做法应为:经分水器缓慢注水, 同时将管道内空气排出, 充满水后, 进行水密性检查。采用手动泵缓慢升压, 升压时间不得少于15分钟, 升压至规定试验压力后, 停止加压, 稳压1小时, 观察有无漏水现象, 稳压1小时, 补压至规定试验压力值, 15分钟内的压力降不超过0.05MPa, 无渗漏为合格。

3.6 混凝土填充层的浇捣和养护

在低温热水地板辐射供暖系统水压试验完成后, 进行细石混凝土填充层的施工。在混凝土浇捣时, 严禁踩踏、碾轧和碰撞加热管。加强成品保护。混凝土填充层和养护过程中, 供暖系统保持不低于0.4MPa的压力, 随时查看压力表上的数值, 确保系统无渗漏现象。

3.7 二次水压

方法同一次试压一样, 确保在混凝土浇筑过程中管材未损坏。

3.8 冲洗

应对加热管每一通路逐一进行冲洗, 至出水口的水清净为止。

3.9 调试

调试时初次通暖应缓慢升温, 先将水温控制在25℃～30℃范围内运行24h, 以后再每隔24h升温不超过5℃直至达设计水温。调试过程保证在设计水温条件下连续通暖24h, 分别调节立管、户内阀门, 使每一环路水温达到正常范围。

3.10 竣工验收

竣工验收包括实物质量, 还应保证技术资料齐全、完整、真实。

4 采暖效果

由于低温底板辐射供暖系统和散热器的供暖机理不同, 低温地板辐射供暖必将会产生沿水平面和沿室内高度空气温度分布的特性。由于采用了旋转型布管方式, 在水平面上的地板加热管散热量是一样的, 使辐射热量在室内均匀, 因此水平方向的温度是均匀的。由于低温热水地板辐射采暖系统辐射强度的作用, 室内沿高度方向上温度分布均匀, 温度梯度小, 地板辐射供暖的这种特有现象使散热更加均匀高效, 不会使室内顶部温度过高, 减少了围护结构的无效耗热量注3, 同时室内温差小, 气流的自然对流换热减弱, 室内空气流动缓慢, 使室内的卫生条件得以改善, 形成了真正符合人体散热要求的热状态, 因此具有最佳的舒适性。

在供暖期间, 对小区W3区5#楼的室内温度实际测量, 温度均在22℃～24℃范围之内, 达到室内计算温度的要求, 采暖效果良好。