低温地板辐射采暖常见问题浅谈

低温地板辐射采暖常见问题浅谈

王阳王晓丹

低温地板辐射采暖常见问题浅谈

王阳王晓丹

（辽宁屹立设计有限公司，辽宁沈阳110004）

摘要：分析了低温地板辐射采暖工程中的常见问题，并提出了相关建议。

关键词：低温地板辐射采暖；供暖；问题

引言

低温热水地板辐射采暖以低温热水作为热源、以地板为发热体、以辐射传热为主，对流换热为辅，是一种对房间热微气候进行调节的节能采暖系统。散热均匀使人热感舒适，而且具有管理方便、不占用使用面积、卫生条件好、无噪声、节能、维修量小等优点，缺点是要占用50~70mm的建筑物高度，不仅造成楼板或地面每平方米要至少增加20kg的静荷载，而且土建初投资也有所增加；由于盘管是埋在结构层里，所以系统维修很难。近几年我国很多地区已广泛采用这种采暖方式，特别是各种新型保温材料和塑料管材的出现，管材价格的下降，都加速了低温热水地板辐射采暖在我国的发展。该系统特别适用于大开间、矮式窗、热媒温度低、装修要求高的建筑物，因系统可以进行局部调节和分户控制、分户计量的功能，如今在住宅中也得到广泛的应用，已成为目前我国常用的供暖形式之一。

地板辐射采暖与传统散热器或空调送风采暖在传热原理上有所不同，前者辐射所占比例大，而后者则以对流方式为主，因此两种方式房间得热有所不同，系统设计也有诸多不同之处。

通过调研一些低温地板辐射采暖工程，发现存在许多问题，以下几种情况比较普遍：

（1）室内偏热；（2）地面温度偏高；（3）地面温度分布不均匀等。经过了解发现设计中存在一些问题，下面对这些情况做一简单分析。

1室内温感偏高

出现这种情况主要由以下原因引起：

一是负荷确定时未考虑辐射采暖与对流采暖的区别，直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算。相同条件下，辐射采暖时壁面温度比对流采暖时高，减少了墙壁对人体的冷辐射，而人对室内热环境的感受常以实感温度来衡量，地板辐射采暖在加热周围空气的同时，还与周围的围护结构进行辐射换热，提高了内墙内表面的温度，使室内平均辐射温度升高，高于室内平均气温，减少了四周结构表面对人体的冷辐射。研究表明，当人体感觉温度相同时，地板辐射采暖房间的室内平均气温要低于对流采暖房间的室内平均气温，而地板辐射采暖房间的热损失也相对小一些。所以计算低温热水地板辐射采暖热负荷时，可以在不影响人体的热舒适感的情况下，将室内计算温度降低2℃，或将计算热负荷乘以0．9～0．95的修正系数，（对于全面辐射供暖来说）。这样既可以满足使用要求，又提高了节能效果、降低了造价。

在计算采暖热负荷时没有考虑上层地板向下的传热量，也是造成室内温度升高室内环境偏热的原因。

二是有的设计人员按参考资料提供的地板散热量直接查取管间距，甚至根据经验确定管间距，而忽略了其适用条件。如文献[1]中给出了加热管为铝塑复合管或塑料管，公称外径为20mm，填充层厚度为60mm，供回水温差为10℃时，不同加热管间距和不同平均水温时的地板散热量。当填充层厚度改变时，如改为55mm，地面层热阻减小，地板散热量加大，从而使室内温度升高，室内偏热。同理，供回水温差的改变，管间距的增减，管内平均水温的变化，也将影响地板散热量的大小。如某工程设计时供回水温度为50℃/40℃，室内温度为18℃，管间距为250mm，地面层为木地板，地板散热量约89w/m2。由于某种原因供回水温度改为55℃/45℃,供回水温差没有变，施工时未做变更，结果实际运行时，室内温度却高达23~24℃，温升约5~6℃，地表温度也升高了5℃左右。

根据以上两点，可以得出设计时应进行细致的计算，否则不仅偏离设计要求，而且也将造成能源浪费。但实际在作图过程中却发现计算出的热负荷值并未发挥真正效用，为了保证地面温度分布均匀性，工程中一般限定管间距不宜大于300mm。当地面散热量大时，即使管间距为300mm也显得过密，此时可通过调整加热管水流量，水温等来适应要求。温度最低值不在两管中间处，而是偏向温度较低的一侧。因此设计时应注意这一点。

2地面温度偏高

地面温度过高，长久之后人体也会感到不适，而且对地面覆盖物也有一定影响，地面特别容易积尘。因此根据卫生要求、人体热舒适性条件和房间用途，对地面温度做了一些规定。地板辐射采暖时地板表面平均温度tb与加热管的管径d、管间距s、加热管埋深h、地板导热系数λ、供回水平均温度ｔｐ和室内温度ｔｎ有关，即

ｔｂ＝ｆｄ，ｓ，ｈ，λｔｐｔｎ

由于地板单位面积散热量ｑ与单位面积埋管的散热量有关，即与ｄ、ｓ、ｈ、λ、ｔｐ有关，则有

ｑ＝ｇｄｓｈλｔｐ

因此得出近似公式

ｔｂ＝ｔｎ＋９（ｑ/１００）０．９０９

由上述公式可以知道影响地面温度的因素。在工程中引起地面温度偏高的直接原因主要有以下几个方面。

（1）负荷偏大

如１中所述，由于多种原因，造成设计热负荷偏大。由于室内热负荷偏大，将使地板单位面积散热量ｑ增加，根据式（３）可知，地板表面平均温度ｔｂ也增大。

（2）供回水平均温度偏大

由１中的例子可知，当供回水平均温度ｔｐ升高时，室内温度升高，地表温度也升高。

（3）埋管深度不够

有些房地产开发商为了降低房屋造价，将层高减小，用户为了保证室内足够的净高，有的采用减小加热管埋深的做法。由于埋深ｈ减小，使地板热阻减小，而且单位面积地板散热量ｑ增加了，从而使得地面温度ｔｐ偏高。如图1所示，图中实线为等温线，虚线为热流线。由图可知，埋深h越小，地面温度tb越接近加热管温度。

3地面温度分布不均匀

地面温度分布均匀程度主要受埋管深度h、管间距s大小、布管方式等影响。

3.1埋管深度与管间距

如图1所示，沿热流线方向填充层的热阻是变化的，这样使得辐射板表面是不等温面，管顶所对应的地面温度tb最高，当相邻两加热管中的热水温度相等（t1=t2）时，两管中间处的地面温度tS/2最低。埋深h越小，tb-tS/2越大，地面温度分布越不均匀。因此埋深减小不仅导致地面温度偏高，而且使地面温度分布也不均匀。

在图1中，当管间距s增大时，两管间叠加强度减小，tS/2减小，tb-tS/2将增大，地面温度分布更加不均匀。为了保证地面温度分布均匀性，工程中一般限定管间距不宜大于300mm。当地面散热量大时，即使管间距为300mm也显得过密，此时可通过调整加热管水流量，水温等来适应要求。

图1（t1=t2）图2（t1＞t2）

两面放热的采暖辐射板温度场和板表面温度的变化示意图

1-混凝土辐射板2-加热管

总之，管间距越小，埋深越大，地板表面温度越均匀，因此设计时应注意这一点。

3.2布管方式

沿加热管水流方向，水温逐渐降低。图1表示了两管内水温相等的情况，当两管内水温不等时，如t1>t2，则等温线和热流线分布如图2所示。

温度最低值不在s/2处，而是偏向温度较低的一侧。地板辐射采暖常用的布管方式有平行排管式，蛇形排管式及回字形盘管式，如图3所示。图中表示了各种布管方式地板表面温度变化情况。第一种方式地板表面平均温度沿水的流程方向逐步均匀降低；第二种方式地板表面温度在小面积上波动大，但平均温度分布较均匀。第三种方式辐射板表面平均温度也是沿水的流程波动，如果布置合理，辐射板表面平均温度波动将很小，温度分布更均匀。

三种布管方式地面温度分布与波动情况是不一样的，房间内具体采用何种方式应根据房间用途，房间热工热性，遵循温度均匀分布原则而定。

（a）平行排管式（b）蛇形排管式（c）回字形盘管式

3.3其他情况

由于沿外窗或外墙侧热损失较大，一般将高温管段优先布置在该处，或在沿外窗外墙一定范围内布管密些，即缩小管间距。这一点工程设计中基本注意了，但个别工程在这些地方布管过密，沿外窗外墙侧地面温度偏高，加大了热损失。

对于局部区域温度过高的情况（如加热管出口处温度较高，而且布管较密），当对该处地面温度有要求时，应在加热管上方加装隔热板。这是工程中常出现的问题，由于布水器有多个分支管，且出口间距一般为80~100mm，因此出口处地面温度往往偏高，有的甚至超过规定温度，对地面材料产生了一定破坏，这时应在加热管处设置柔性套管，降低地面温度，防止地面过热，因此设计中应注意。

另外对单位地面面积的散热量也要考虑。设计者在进行加热管布置（确定加热管直径、长度和敷设间距）时，先由公式计算出单位地面面积所需的散热量，再根据加热管种类、水温、室温及面层材料的热阻，然后根据文献资料确定管间距并由此计算总长度，以满足房间所需的散热量。但由于住宅建筑已形成业主个性化装修的市场模式，施工图设计时不能预测业主入住后采用何种面层材料，而热阻不同的面层材料构成的地面辐射供暖散热面的散热量差别是很大的，如以陶瓷砖等为面层的地面比以木板为面层的地面的散热量高30%~60%，因此，对实际运行的效果很难预料，面层材料是随机的，地面散热量和实际效果也是随机的。针对这种情况，要求面层材料的热阻宜小于0.05m2·℃/W，以使房间冷热比较均匀。

4建议

综合以上诸多问题，多是由于设计中没考虑辐射采暖的特点而造成的。地板辐射采暖设计看似简单，实际设计中需综合考虑室内温度、地面温度高低、地面温度分布均匀性等的要求，以及相互之间的关系。室内温度与地面温度以及地板散热量有很强的耦合性，某一者的变化将引起其他量的连锁变化。

假设：已知地板做法；加热管选用铝塑复合管（XPAP）、交联聚乙烯管（PEX）或三型聚丙烯管（PP-C）。

设计中可遵循以下步骤:

（1）计算热负荷，根据辐射采暖特点，确定出房间实际需热量；

（2）根据已知条件，如建筑面积、地面结构及材料、室内温度要求以及房间要求的地面温度范围，确定地板散热量q。

（3）根据散热量q、室内温度tn、供回水温度tg/th、地板热阻R，并假定加热管管径d，初步确定管间距s。

（4）若管间距s≤300mm，则进行下一步；若不满足，首先调整供回水温度（在温差不变的前提下），重新计算管间距s，直至合适为止。

（5）根据房间布置情况，并在保证单管长L≤120m的条件下，确定支管数，根据房间用途及热工特性，遵循温度均匀分布的原则进行布管。布管时应注意尽量使各并联管路平衡。

（6）计算各支管水量G，校核系统阻力是否平衡，注意管内的流速V不应低于0.25m/s。

5结论

（1）低温地板辐射采暖是以辐射传热为主的采暖方式，因此热负荷计算时应与对流采暖方式加以区别。

（2）室内温度、地面温度及地表面散热量有很强的耦合关系，注意某个量的变化将引起其他量的相应变化。

（3）管路布置时应注意保证地面温度分布均匀。

总之，低温地板辐射采暖系统设计应认真计算，不应简单按经验套用，否则一方面将造成室内不舒适，另一方面造成能源的浪费。

参考文献

[1]JGJ142-2004，地面辐射供暖技术规程[S].

[2]陆亚俊，马最良，邹严华.暖通空调[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.