浅谈地暖工程

地暖工程
一、低温地面辐射采暖的市场前景：
近年来，随着人们生活水平的不断提高，对住所舒适度的要求也越来越高，地暖以其舒适、节能、环保等众多优点，和较强的灵活性、适应性和先进性，正迎合了这一市场的需求。
地暖俗称低温热水地面辐射供暖，自上个世纪的八十年代初由欧洲传入中国、日本和韩国，已有二十余年的历史。但地暖真正在我国得以发展，是最近几年的事情，随着人们认知度的不断增加，地面辐射采暖这种新型的供暖方式逐渐得到了房产开发商和用户的普遍认可，并被建设部列为建设事业“十一五”第一批新型高效采暖推广应用技术。建设部颁发的《居住建筑节能设计标准》（征求意见稿）中明文规定“户内建筑面积大于或等于80平方米时，宜采用低温地面辐射供暖方式”。
需求引导市场，国民的地暖热使房地产开发商形成了趋于普遍采用地面供暖以追求商品房的热销和可观利润的市场理念。当前我国的地暖产业已经形成，产业链日趋完善，地暖管材应用也日趋广泛。以河北省为例，2002年前历年累计地暖工程面积不足200万平方米，2004年就达到了近500万平方米，2005、2006年都在近1000万平方米，估计2007年将达到1500万平方米，占今年住宅竣工面积的60%以上。而河北省也已成为了全国地暖材料生产大省，地暖材料生产厂家众多，其中河北日泰、唐山道诚、秦皇岛宏岳都已成为颇具规模的地暖管材生产企业。地暖界人士普遍认为2008年的地暖形势比往年会更好，而且今后几年会越来越好。
二、地暖工程存在的问题：
1、盘管间距的设计问题
　　随着地暖市场的扩大，安装单位也是鱼目混珠。一些小的安装单位盲目迎合用户意见，一些工程中，间距随意加密，如此既造成能源的浪费，又严重影响了采暖效果。在正常情况下，盘管的间距是由房间热负荷、供回水温度及温差、保温层及厚度、填充层及厚度、装饰面层及厚度等一系列的因素所决定的，设计时必须综合考虑。盘管的布置应与房间的热负荷分布相适应，即外墙等热负荷大的地方盘管应相对加密，而对于房间内区中心，负荷很小，盘管间距应大一些。如此，才能使室内温度均匀，减少空气对流，提高空气品质，发挥地暖效果。
2、盘管各环路的长度问题
　 《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2004　3.5.2对盘管的长度作了规定：连接在同一分水器、集水器上的同一管径的各环路，其加热管的长度宜接近，并不宜超过120m。
　　对此应正确理解：盘管各环路长度与地暖的自控系统有关。对于安装了压差平衡装置的系统，盘管各环路长度可以差距大一些，只要阻力损失不超过水泵所提供压头，就可以完全做到分室控制。对于没有安装压差平衡装置的系统，就必须使各环路长度接近。事实上，这里有一个接近程度的问题，也就是说同一分集水器的两个环路最多可以相差多少米？对此，可参考《供热通风与空气调节设计规范》规定：同一系统并联环路的不平衡率应控制在15%以内。例如：
　　假定L最长=90m,那么L最短=90-90*15%=76.5m
　　通过大量工程实践，“把不平衡率应控制在15%以内”，在设计中既能做到相对阻力平衡，又有利于分室控制。
三、地暖工程盘管长度及盘管间距的计算：
1、建筑热负荷的计算方法
（1）、热负荷按冷负荷的50%—60%计算（冷负荷计算复杂）；
冷热负荷的影响因素：室外温度，建筑物的朝向，围护结构的材料，照明设备，通过外窗进入的太阳辐射热量，人体散热，渗透空气带入的热量，围护结构高度，围护结构处于面风还是背风侧等等。
（2）、热负荷的简约计算（窗墙比法）；

q = 1.163α(6β+1.5)(tNd-tWd)A/F
q——空调热负荷指标；
α——新风系数，α=1.3-1.5；
β——外窗面积与外墙面积之比；
A——外墙总面积（包括窗）；
F——总建筑面积。
（3）、热负荷的概算指标；

建筑类型
热负荷(W/m2)
建筑类型
热负荷(W/m2)
建筑类型
热负荷(W/m2)
单层住宅
80
浴室
140
餐厅，食堂
130
多层住宅
60
办公楼，医院
70
学校，幼儿园
70

2、地暖盘管长度的计算
（1）、建筑物热负荷由空调热负荷概算指标查表得出；

Φ0=βΦ

Φ0——管材的散热量； β——向下传热的热损失系数；
Φ——查表得出的空调热负荷。
（2）、地暖管散热量的计算属于多维计算，应先将其转化为二维问题，再行计算；
（3）、利用形状因子法将二维转化成三维问题；

（4）、地暖管的安装示意图恰如所示：假设管长L相对于PE-RT管直径为无限长，当示意图中H>2d时，每米管长的导热形状因子为：
S/l=2∏/㏑(4H/d)
（5）、根据此形状因子，确定管道的散热量：

Φ0=λS（t1-t2）
Φ0——管材的散热量；
λ——PE-RT管的导热系数；
t1——管道的供回水平均温度；
t2——设计房间的地表温度。
（6）、将（4）中的公式代入（5）中，并化简得：

L=1.11Φ0㏑(4H/d)/ 2∏λ(t1-t2) （a）
3、盘管间距的计算：

S=L(d+X) （b）
S——地暖铺设面积；
L——所需盘管的长度；
d——盘管的直径；
X——盘管间距。
整理得盘管间距计算公式：

X=S/L-d
四、实例说明：
例：假设某居民房要求铺地暖面积为100m2，已知:所铺管道类型及规格为PE-RT20管，PE-RT管的导热系数为λ=0.4W/m2.K,供暖房间地板表面设计温度为t2=25℃，供水温度为t1=45℃，管表面至地板表面的距离为H=80mm。试计算所需PE-RT盘管的长度及盘管间距的计算。
解：（1）、根据空调热负荷概算指标确定其房间热负荷：
取居民房热负荷概算指标为80 W/m2，则该房间所需热量为：

Φ=1.11×80W/m2×100m2=8880W
（2）、将所给已知数据及房间所需热量代入公式（a）得盘管长度为：

L=8880×㏑（4×80/20）/2×3.14×0.4×(50-30)
L=489m
（3）、将面积、管长、管径代入公式（b）得管间距为：

X=（100/489-0.02）m
X=0.184m
取X=200mm，或X=180mm。
五、分、集水器及其附件的安装技术要求：
1、每个环路加热管的进、出水口，应分别与分水器、集水器相连接。分水器、集水器内径不应小于总供水管内径，且分水器、集水器最大断面流速不宜大于0.8m/s，每个分水器、集水器分支环路不宜多于8路，每个分支路供回水管上均应设置可关断阀门。
2、在分水器之前连接的供水管道上，顺水流方向应安装阀门，过滤器及泄水管。在集水器之后的回水连接管上，应安装泄水阀并加装平衡阀或其他可关断调节阀。
3、在分水器的总进水管和集水器的总出水管之间应设置旁通管，旁通管上应设阀门。
4、分水器、集水器上均应设置手动或自动排气阀。
附Ⅰ：空调行业目前可以用到塑料管到的主要是空调水系统中的冷凝水系统。因为冷凝水管总是处于非满流状态，，内部经常接触水和空气，不应采用无防锈功能的焊接钢管；其次，冷凝水是采用无压自流排放，不能采用软塑料管（若采用软塑料管会形成中间下垂，影响冷凝水的排放），因此空调冷凝水管材应采用强度较大且不生锈的排水PVC塑料管，铝塑复合管等等。（注:冷凝水管必须采取防冻措施，以防止水管结露漏水）
附Ⅱ：塑料管道目前还不适合用于空调行业的供回水管道及城市热网热水供应等。因为空调供回水，热网供回水的温度参数通常有以下三种：
（1）130℃/90℃；（2）110℃/70℃；（3）95℃/70℃。而我们的塑料管道中允许的最高温度才95℃，况且还是瞬时温度，因此塑料管材目前在空调行业还无法大量使用。
附Ⅲ：地暖工程的整体经济性分析：
一、整体经济性分析：
地板采暖可以节省暖气片所占的3%左右的使用面积，按北京2004年平均房价约为5000元/平米算，使用面积按70%算，5000*70%*3%=105元/平米。此处还省略了为暖气片进行的装修。
二、地板采暖初投资：
地板采暖造价由：1、地暖系统;2混凝土回填等两大部分组成。地暖系统造价根据所选材料的不同50—120元/平米不等;混凝土回填根据厚度不同20—30元/平米不等。综合下来约70—150元/平米。散热器系统初投资与暖气片的选择有很大的关系。质量较好的钢制散热器造价在70—100元/平米之间。艺术选型散热器造价更高。估算约为50—160元/建筑平米。空调系统初投资最高约为150—260元/平米。
三、使用寿命：
暖气片8—15年，空调10—15年，地板采暖50年。
四、地板采暖年平均造价：
暖气片3.3—20元/平米.年，空调10—26元/平米.年，地板采暖1—2.4元/平米.年
装地暖后舒适的感觉，室内实用面积的增加和室内空气的改善则是无法用金钱来衡量的。
五、地板采暖运行费用：
与暖气片相比，地板采暖的节能效果明显，根据情况不同为20%—40%：
1、地板辐射采暖，可使人们同时感受到辐射温度和空气温度的双重效应，其室内温度梯度比对流采暖时小，因而可以大大减少屋内上部的热损失，热压减少，冷风渗透量也减小。地板辐射采暖的实感温度比室内温度高出2--4℃，住宅室内温度每降低1℃，可节约燃料10%。18℃的设计温度可达到一般采暖22℃的采暖效果。
2、地暖的热损失少。有地板采暖的房间，热量相对集中在人体高度以下，靠近天花板处的无效热量较少。暖气片采暖则相反。
3、地面层和混凝土层蓄热量大，地板辐射采暖热稳定性好，间歇供暖时室温变化不大。在20℃温度时停电停水，室内温度在24小时内仍可保持18℃。无须频繁开关热源。
研究表明，在同等条件下，地板采暖比暖气片采暖节能30%。对用单户燃气锅炉作采暖热源的用户来说，节约的采暖费很可观。一般地，一个采暖季的采暖燃气费约30元/建筑平米（非节能住宅），100平米的住宅就要3000元，用地板采暖每年可省900元。地暖的使用寿命在50年以上，可省出一部夏利车。
地板采暖还很容易实现各房间独立控制温度（分室温控），可进一步提高舒适性和节能效果。
如果增加分室控温系统，用户可以根据需要随时自行调节，使采暖系统节能性进一步提高。斯图加特大学所做的类似实验的结果相一致，他的实验结果表明节能效果为20%-40%.如果以一用户一年的燃气采暖费用为3000元（按100平米，每平米30元采暖费）计算，每年用户可节约800元左右，投资回报期约为2－4年。
实践经验：汇总客户在上两个采暖季的燃气费用进行分析发现平均消耗6.86立方燃气/每平米，即6.86立方*1.9元/立方=13元/平米.年。
六、维护费用：
地板采暖系统采用材料防腐蚀、不生锈管道不会因为生锈而堵塞或流量变化，经混凝土回填后已做入建筑结构层，如果无人为损坏50年内不需维护，可以忽略不计。
散热器采暖，暖气片、镀锌管等材料由于存在腐蚀，使用其内会出现跑、滴、漏、堵塞、不热等故障。在使用期内要做不定期维修。以散热器采暖系统同样使用50年，散热器、管材等至少更换四次，暂不考虑修理及定期维护费用，单更换四次的费用就要超过150元/平米。
结论：综上所述地板采暖系统初期投资在各种采暖方式中居于中等水平，但因其具有很好的节能性和与建筑寿命相当的服役期限，是一项回报很高的投资（该投资在家人健康，生活质量上的效益因无法精确化而不在此进行分析）。