某别墅地板采暖设计简介

摘要:本文主要介绍了某别墅的地板采暖设计。该别墅以一台商用容积型电热水器为热源，末端采用低温热水地面辐射供暖系统，满足了在没有集中热源地区的采暖需求。
关键词:别墅采暖；电热水器；低温热水地面辐射供暖
1 引言
这几年各地利用地理优势新建的别墅层出不穷，比如石家庄平山温塘利用温泉优势新建了大批别墅，但由于这些别墅都远离市区，无集中供热管网提供热源，所以别墅就出现了多种多样的采暖方式。
2 工程概况
本工程为石家庄灵寿县某别墅，地上三层，建筑面积为374.906m2，建筑高度为12.75m。下面对户内采暖系统的设计进行简单介绍。
该别墅热源采用一台史密斯商用容积型电热水器为热源，热水器型号为DRE-52-36，储水容量为200L，额定功率为36kW。系统配置一台循环水泵，型号为UPS25-80，流量为2.5t/h，扬程为8m，功率1-3档功率分别为140W，210W，245W，为热水器自带。本系统由三层卫生间内配置的一台开式膨胀水箱负责定压，水箱尺寸为30cm×30cm×30cm，有效容积为18L，为热水器自带。供热末端应甲方要求采用低温热水地面辐射供暖系统，供回水温度为50℃/40℃，户内埋地加热管采用耐热聚乙烯（PE-RT）管，使用条件级别为4，S5系列，承压0.60MPa，管材外径为20mm，壁厚2.0mm。
3 设计中应用的相关规范
1）《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）；
2）《住宅设计规范》（GB50096-1999（2003年版））；
3）《住宅建筑规范》（GB50368-2005）；
4）《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）；
5）《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004）；
6）《汽车库建筑设计规范》（JGJ100-98）；
7）《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）（2006年修订版）。
4 设计参数
1）室外设计参数：采暖室外计算干球温度：-8℃，冬季室外最多风向的平均风速：2.3m/s。
2）房间室内设计温度：厨房：17℃；车库：5℃；其余房间：20℃。
3）热媒参数：供水温度50℃，回水温度40℃。
5 需要注意的几点问题
1）热源的选择：
面积较大的小区，可以考虑小区内建锅炉房解决采暖热源。也有采用电暖器采暖的，曾经接触过石家庄平山的几个别墅，甲方要求室内采用电暖器采暖，电暖器由厂家配置。由于本别墅附近无供热管网，且附近无燃气源，所以采用集中供热及燃气壁挂炉采暖就不现实，经过比较，本工程采用电热水器作为热源，热水器位于一层一单独小室内。


2）系统的定压及补水：
热水系统的定压设施有以下几种方式：高位开式膨胀水箱定压、补给水泵定压、氮气加压装置、补给水泵加压装置。热水系统的恒压装置和加压方式，应根据系统规模、供水温度和使用条件等具体情况确定。通常≤95℃的热水系统可采用高位开式膨胀水箱定压或补给水泵定压；高温热水系统可采用氮气加压装置或补给水泵加压装置定压。本热水器自带膨胀水箱有开式和闭式两种，开式膨胀水箱的设置需要一定的上部空间，由于高位膨胀水箱的最低水位，应高于热水系统最高点1m以上，并应保证循环水泵停止运行时系统不汽化。由于本系统热水系统最高点也就是三层卫生间内的分水器，分水器位置距该层地面550mm，卫生间可利用高度能够满足高于热水系统最高点1m的要求，考虑到开式系统较闭式系统简单，所以本工程采用开式水箱作为定压及容纳膨胀水量。经过计算选用有效容积为18L的水箱，为热水器自带的成品。
为给系统补水，在回水管上预留补水管，这个工作需要和给排水专业设计人员共同协商。
3）车库采暖方式的选取:
本别墅配备一间20m2的车库，考虑到车库外围护结构较多，耗热量较大，而供回水温度较低且只有10℃温差，如果选用散热器采暖,效果不是很好，所以仍采用低温热水地面辐射供暖，不过应注意由于和车轮接触的区域有较大的集中荷载，所以地面的做法与一般房间内的做法有所不同。按照《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004）3.2.6条的规定，加热管的填充层厚度不宜小于50mm，本工程在其他房间采用50mm的垫层，做法可详见河北省工程建设标准设计《05N1采暖工程》图集。考虑到车库地面的荷载问题，和结构专业共同协商计算，确定出本车库的地面做法，采用100mm厚垫层，标号为C20，聚苯乙烯泡沫塑料板同时采用一定加密措施，并在垫层内加入钢丝网片。
4）热负荷的计算：
由于别墅一般多建于空旷地带，风力较大，所以在计算耗热量时应适当加5%-10%的风力附加，在采暖室外计算干球温度时也应适当调整。为了提高舒适性，室内设计温度应按《住宅设计规范》及《住宅建筑规范》中规定的最小室内温度提高两度，但是在计算热负荷时应比计算对流采暖系统的设计室内温度低2℃，比如卧室室内设计温度为20℃，计算时应按照18℃计算。同时在计算时应注意采用低温热水地面辐射供暖，在计算热负荷时不应计算地面的传热损失。
5）管材的选取：
低温热水地面辐射供暖加热管可采用的管材有：交联铝塑复合（XPAP）管；聚丁烯（PB）管；交联聚乙烯（PE-X）管；无规共聚聚丙烯（PP-R）管；耐热聚乙烯（PE-RT）管等。管材的材质和壁厚应根据工程的耐久年限、管材的性能、管材的累计使用时间以及系统的运行水温、工作压力等条件确定。目前低温热水地面辐射供暖系统多采用交联聚乙烯（PE-X）管作为加热管，但考虑到交联聚乙烯（PE-X）管不能热熔，必须采用专用接头机械连接。耐热聚乙烯（PE-RT）管、聚丁烯（PB）管和无规共聚聚丙烯（PP-R）管都能采用热熔连接，但是无规共聚聚丙烯（PP-R）管一般不生产盘管，而聚丁烯（PB）管价格相对过高，开发商在价格上可能不能接受。所以经过比较，本工程选用耐热聚乙烯（PE-RT）管为加热管。耐热聚乙烯（PE-RT）管是以乙烯和辛烯共聚制成的特殊的线型中密度乙烯共聚物，添加适量助剂，经挤出成型的热塑性加热管。
下面对耐热聚乙烯（PE-RT）管和交联聚乙烯（PE-X）管在壁厚方面作以比较。例如在系统工作压力为0.6MPa下，De20的交联聚乙烯（PE-X）管和耐热聚乙烯（PE-RT）管的壁厚分别为1.9mm和2.0mm，但规范规定对于管径大于等于15mm的管材壁厚不应小于2.0mm，因此管材外径为De20时交联聚乙烯（PE-X）管和耐热聚乙烯（PE-RT）管的壁厚是相同的，因此在相同流量下二者的流速是相同的。
6）加热管的布置形式:
加热管的布置形式通常有回字形、往复形、平行形、S字形，一般房间多采用回字形，考虑到卫生间的实际情况采用平行形。由于房间的热损失主要发生在与室外空气邻接的部位，如外墙、外窗、外门等处。为了使室内温度分布尽可能均匀，在邻近这些部位的区域如靠近外窗、外墙处，管间距可以适当的缩小，而在其他区域则可以将管间距适当的放大。还应注意的问题是，厨房内布置盘管不应布置在橱柜下，卫生间不应布置在卫生器具下。
7）加热管长度的选取：
考虑到水力平衡的问题，所以《地面辐射供暖技术规程》（JGJ 142-2004）3.5.2条要求连接在同一分水器、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。但前提是应达到分室调节，有的开发单位要求设计人员各环路间管长差距不超过10m，单纯强调环路长度一致，会出现一个房间有多个环路和其他房间的环路共用，无法实现分室调节，这种做法是不正确的。
8）加热管敷设间距的选取：
加热管敷设间距应按照附录中单位地面面积散热量及向下传热损失选取，但是附录A只列出两种管材，即交联聚乙烯（PE-X）管（导热系数为0.38W/m·k）和聚丁烯（PB）管（导热系数为0.23W/m·k）的计算数据，其他管材可根据其实际导热系数参照选用。耐热聚乙烯（PE-RT）管导热系数为0.40W/m·k，和交联聚乙烯（PE-X）管的导热性差不多，甚至比其导热性要好，所以可以参照交联聚乙烯（PE-X）管选用。
同时在计算地面散热量时应考虑家具及其他地面覆盖物的影响。家具和其他地面覆盖物的遮挡对地面散热量影响很大，应予以考虑，但地面遮挡因素随机性很大，情况非常复杂，设计人可根据具体情况附加一定的安全系数。遮挡系数可参照2004年12月1日出版的，由北京市建筑设计标准化办公室编的《建筑设计技术细则设备专业》一书中的数据参照选用。
9）分集水器位置的设置:
由于一层存在750mm高的错层，所以每个错层各设一个分集水器，二层及三层不存在错层，所以每层各设一个分集水器。分集水器位置除了一层一个分集水器由于条件考虑布置在餐厅，其余均位于卫生间内，在墙允许留槽时预留150mm厚的槽，以实现分集水器暗装。在工作中也接触到分集水器有布置在管道井的，这样可以节省一定的面积。在未实施的河北省地方标准《低温热水地面辐射供暖施工与验收规程》中规定“当分集水器设置在管道井内时，各分集水器间应水平布置，应尽量靠近检修口，安装高度应比布置在居室内时稍高一些。”其实分集水器占用墙体的面积是很小的，以4环路的分集水器为例，长只有280mm，高也只有600mm，故如果暗装，基本不占用室内面积。而布置在管道井内，由于管道井温度较低，只有5℃左右，所以必须考虑分集水器的保温。另外分集水器布置在管道井内，管道井一般情况要上锁或用墙封堵，这样住户无法方便地对室温进行调节，失去了分室调节的功能。
6 结束语
本文从热源及管材的选择等多方面介绍了某别墅的采暖设计，使低温热水地面辐射采暖的优势在别墅中得以充分体现。