浅析地板辐射采暖发展趋势

　　一、地板辐射供暖应用情况

　　1、国外住宅

　　韩国占80％以上。

　　加拿大西部65％

　　瑞士48％

　　德国41％

　　奥地利25％

　　法国20％

　　2、我国应用情况

　　早期主要作为辅助供暖手段，应用于不大适合单一散热器供暖的高大建筑空间，以及有特殊需要的场合，例如：侯车大厅、公共建筑大堂和游泳池等。

　　随着住宅建设标准和居住者对热舒适度要求的提高，在住宅中的应用逐年增加，尤其是在东北和西北地区。

　　3、目前状况和制定规程的迫切性

　　基本上停留于照搬国外样本或资料模式。

　　对原理的研究上并未取得明显的进步，性质上有所认识，但量的概念仍不足。

　　材料上有较大的选择余地，对材料的性质加深了认识，但受商业因素影响和误导较多。

　　设计上存在一定的随意性和盲目性，对一些构造的作用， 停留在“想当然”的阶段。

　　各施工承包企业在实践中得到许多经验和教训，各有一套自己的章法。

　　二、地板辐射供暖的利弊得失

　　地板辐射供暖，无疑是热舒适度最好的一种供暖方式。但不一定能成为住宅供暖方式的首先选择，更不是唯一选择。这是因为任何一种供暖方式，都会有其特定的优势和弊病，应根据具体工程条件，将所采用供暖方式的优势充分加以发挥，尽可能减少其弊病。

　　地板辐射供暖大致有以下的主要优点：

　　1、与其它供暖方式相比有较高的舒适度

　　（1）垂直温度场分布比较均匀。

　　（距地0.1m与1.7m的温差，即t1.7－t0.1）

　　地暖 －0.1——0.1℃ （平均 0 ℃）

　　顶暖 0.2——2.1℃ （平均 1.1℃）

　　散热器 0——1.8℃ （平均 0.5℃）

　　热风 0.2——2.7℃ （平均 1.1℃）

　　（2）在室温相同的条件下，距地面0.05-0.15m（人体对冷暖的敏感部位）高度的温度，较对流供暖方式约高8-10℃，对人体生理有益。

　　（3）与对流供暖方式相比，空气对流减弱，有较好的空气洁净度。

　　空气尘埃中的70％（按重量计），为粒径小于10μ的固态或液态的微粒，以气溶胶的形态存在，称为大气尘， 或称为飘尘，可吸入肺内危及人体健康。《公共场所卫生标准》（GB9663-9673-83）称之为“可吸入颗粒物”（IP）。

　　（4）房间热惰性较好。

　　（5）平均辐射温度适当，可减少人体辐射散热。

　　（各表面平均温度与空气温度差，即tB－tN）

　　地暖 0.3-1.6℃ （平均 0.6℃）

　　电热膜顶暖 0.5-4.3℃ （平均 1.9℃）

　　散热器 －0.8-0.6℃ （平均－0.2℃）

　　热风 0-－1.4℃（平均－0.5℃）

　　2、与其它供暖方式相比较为节能和可使用低品位热媒

　　（1）由于垂直温度分布的差别，有效区域内相同温度时，平均温度最低。

　　（2）由于可减少人体辐射散热，与对流供暖方式相比，可取得2-3℃的等效舒适温度。

　　（2）以上两项因素综合， 节能幅度约为10-20％。对于住宅，主要是等效舒适温度，节能幅度约为10％。

　　3、有利于建筑装饰。

　　4、有利于实施分户热计量。

　　5、有利于隔声和降低楼板撞击声。

　　《住宅设计规范》规定：空气计权隔声量，应≥ 40dB；楼板的计权标准化撞击声压级，宜≤75dB.

　　6、有利于扩大应用塑料类管材。

　　塑料类管材与金属管道相比，由于其生产过程的低能耗和低污染、便于施工安装、价格有较大下降空间，以及在质量能确保和应用得当的条件下有较长使用寿命等优点，将会作为一个发展方向，得到广泛的应用。1999年十二月，建设部、国家经贸委、质量技监局和建材局，联合下达了《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》，其中就要求逐步以塑料类管材替代金属管材。

　　7、经济比较并不占劣势

　　由于塑料类管材生产的发展和市场竞争，地暖的造价已呈大幅度降的趋势，已从按建筑面积计的100元/m²，下降到60-70元/m²左右。

　　目前，以森德为代表的一批钢制散热器的价格约为0.8-1元/W，按分户热计量后考虑户间传热因素，设计耗热量指标70-80W/m²计算，约折合60-80元/m²，加上调节阀门、配件和管道，按建筑面积计的造价，已经不低于地暖了。

　　地板辐射供暖大致有以下的主要弊病：

　　1、仅适合于建筑热工条件较佳的节能住宅。不节能住宅地面温度超标，降低舒适度。

　　2、需占用空间高度至少80mm，与不设置辐射供暖的室内其它空间形成一定高差，需增加地面荷载约120kg/m².

　　3、地面二次装修时，易被损坏。装修宜一次到位。

　　4、因对热媒温度和流量的要求不同，需设置单独热源系统。

　　5、因热媒温差较小，相应流量较大，热媒输送管道断面和输送能耗较散热器供暖系统，约增大一倍。

　　6 材料和施工市场状况堪忧，施工、调试和验收程序方面困难较多。不要片面追求低价位。近期审批施工资质。长远应向由正规施工企业统一施工方向发展。材料的随机抽样送检。

　　7、技术原理和设计基础资料环节，仍处在认识过程中，滞后于应用。

　　三、塑料类管材及其正确应用

　　1、建筑用塑料类管材、适合于地板辐射供暖的塑料类管材及其正确命名

　　PVC 聚氯乙烯管

　　PVC-C 聚氯乙烯耐热管

　　PE 聚乙烯管

　　LDPE 低密度聚乙烯管

　　MDPE 中密度聚乙烯管

　　HDPE 高密度聚乙烯管

　　PP 聚丙烯管

　　PP-H 均聚聚丙烯管（耐压较高，但易低温脆化）

　　4级σ＝2.90 Mpa，20℃/50年σ＝6.25Mpa.

　　PP-B 嵌段共聚聚丙烯管（耐压低于PP-H）

　　4级σ＝1.67 MPa，20℃/50年σ＝6.21Mpa.

　　PP-R 无规共聚聚丙烯管

　　4级σ＝3.3MPa，20℃/50年σ＝6.93Mpa.

　　（PP-C管，接近并略优于PP-B管）

　　PE-X 交联聚乙烯管

　　PERT 非交联热塑性聚乙烯管

　　PB 聚丁烯管

　　PAP 铝塑复合管

　　XPAP 交联铝塑复合管

　　适合于地板辐射供暖的塑料类管材

　　（1）交联铝塑复合（XPAP）管

　　（2）聚丁烯（PB）管

　　（3）交联聚乙烯（PE-X）管

　　（4）无规共聚聚丙烯（PP-R）管

　　2、管道强度计算各要素的函数关系及设计计算

　　管道在内压作用下，管壁任意一点将产生三个方向的应力，即：轴向应力、径向应力和环向应力，其中环向应力为最大。故以最不利条件即按环向应力加以分析。

　　管材的力学特性，即管壁厚、管径、可承受压力和许用应力之间的关系，无论是金属管材还是塑料类管材，都可用下式表示：

　　σ＝P×D/2e （1）

　　上式中：

　　σ－管材环向应力（MPa）

　　P－管内压力（MPa）

　　D－管径（mm）

　　e－管壁厚（mm）

　　管材的许用设计应力σD应不小于管材环向应力， 即：

　　σD ≥σ

　　上式说明：

　　1、许用应力与管内压力成正比，即许用应力越大可承压越大；反之，管内压力越大要求许用应力越大。

　　2、许用应力与管径成成正比，即许用应力越大可对应的管径越大；反之，管径越大要求许用应力越大。

　　3、许用应力与管壁厚成反比，即许用环向应力越大可对应的管壁厚越小；反之，管壁厚越小要求许用应力越大。

　　用以确定管壁厚度，可转换成以下形式：

　　e＝P×D/2σ （2）

　　钢管等金属管道的使用寿命主要取决于腐蚀速度，使用温度对许用应力影响不大，例如：10号钢的钢管许用应力， 在较大的温度幅度范围内变化不大，温度≤100℃时为110.85MPa；温度＝150℃时为109.87MPa；温度＝200℃时为103.99MPa.但钢管等金属管道计算时，要考虑焊缝因素和腐蚀裕量，故公式成为：

　　e＝（P×D N/2σ×Φ）＋C （3）

　　上式中：D N 管内径（mm）

　　3、塑料类管道与金属管道强度计算的主要区别是热媒的热作用和管材的蠕变特性

　　塑料类管材，同钢管等金属管道力学特性的区别，主要是应力的变化规律不同。在常用温度范围内，金属管的许用应力σ变化不大，温度对塑料类管材的许用应力σ则影响极大，冷态下的承压能力不能用以判断在长期使用条件下的耐久性。其使用寿命主要取决于不同使用温度对管材的累积破坏作用，概略地说，温度每提高10℃，使用寿命约缩短2.5倍，热作用使环应力逐步下降即发生管材的“蠕变”，以至不能满足使用压力而破坏。

　　塑料类管材在不同温度下的等应变蠕变特性曲线，可见北京市标准《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》的附录。

　　从环应力特性曲线图可见，每一种塑料管材的许用应力，都会随时间的推移而下降，特别是随作用温度的升高而急剧下降。显然，应按使用温度确定许用应力，据以计算所需壁厚。同时，不能沿用钢管以公称直径标记设计管径的方法，应以“外径×壁厚”标记，并且考虑壁厚的显著差异选择管径。

　　塑料类管道不需考虑焊缝因素和腐蚀裕量，故仍采用式（1）和式（2）。

　　塑料类管道强度计算式形式常用：

　　σ/P＝DZ/2e＝（D－e）/2e＝S（4）

　　从式（4）可见，S值是管材环应力与承压的比值，同时，它又只与管道尺寸有关。因此，在许用设计应力和系统工作压力既定的条件下，可以通过计算S值，便捷地确定不同管径对应的壁厚。附录中，给出了不同管材的SCALC.MAX值，根据S值应小于SCALC.MAX 的原则，选择所选管材S系列。

　　塑料类管道的S值，是直径对壁厚的比值，由此可见：在管材许`用应力确定后，S值越小承压越高。

　　塑料类管道划分为2，2.5， 3.2， 4.0， 5.0， 6.3， 8.0和10共8个系列。每一种材质的塑料管一般只有中间的几个系列产品，S2和S10系列一般不生产。

　　用于冷介质的管道，一般可直接选S6.3系列。

　　铝塑复合管只有对应于管径的一种壁厚。如：1014，1216，1620，2025，2632，3240，4150，5163，6075.可根据其壁厚，判断其能否满足工程要求。

　　还有一种塑料类管道划分系列的方法，即所谓标准尺寸比SDR.

　　SDR ＝2S＋ 1 ≌ （D－e）／e

　　4、塑料类管材的使用条件分级

　　由于管材在其全部使用期内，不可能始终是处在同一温度作用条件下，必然存在不同温度的时间分布。例如：供暖系统管材在非供暖期内的温度会近似于室温，即使在供暖期内也会因进行质调节而受不同温度作用。因此，上述各种塑料类管材对应于不同温度的等应变蠕变特性曲线，显然不能直接作为设计选用的依据，需要先按不同使用条件的温度作用频率，确定使用条件分级。

　注: 1—5级是根据国际标准ISO/10508:1995推荐的方法，按欧洲奥、德、法地区典型使用条件的分级, 3级已一般不被采用。5A级为北京市建筑设计研究院根据北京地区气象资料，针对热媒设计供水温度95℃的系统，提出的一组数据,

　　根据上表各使用条件分级不同温度的综合热作用，可按 ISO13760推荐的 Miner^,s规则，计算出各种塑料类管材确保50年使用寿命的许用应力，其数值如下表。