圖示 | 國(guó)外被動(dòng)房地板采暖技術(shù)

國(guó)外典型的舒適住宅地暖工程案例，結(jié)合前面已經(jīng)分享的案例來(lái)看，地板輻射采暖確實(shí)是低層建筑，尤其是獨(dú)棟別墅經(jīng)常采用的冬季采暖系統(tǒng)。

1.地板輻射供暖系統(tǒng)原理

隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也日益提高，尤其是近年來(lái)，建筑業(yè)逐步成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要增長(zhǎng)點(diǎn)，建筑的功能性和舒適性也有了很大的進(jìn)步，于是，在供暖方面也出現(xiàn)了各種新型方式，其中地板輻射供暖系統(tǒng)，以其室內(nèi)溫度均勻性好，無(wú)吹風(fēng)感，舒適性好，符合人體的生理要求，以及不影響室內(nèi)使用面積等優(yōu)點(diǎn)被人們廣為接受，推廣的速度非?？?，相信在不久的將來(lái)，隨著地板供暖輻射采暖輻射技術(shù)的日益完善，在多種供暖方式中，其將會(huì)成為主要的供暖方式。

目前，地板輻射供暖主要采用兩種結(jié)構(gòu)形式：水系統(tǒng)地板供暖和發(fā)熱電纜地板供暖（電熱膜）。前者將蓄熱體的構(gòu)造層進(jìn)行換交換，并經(jīng)過(guò)構(gòu)造層的熱量傳遞，由地板均勻地向室內(nèi)輻射熱量，同時(shí)在冷熱空氣的比重差作用下，產(chǎn)生了空氣的自然對(duì)流現(xiàn)象，從而創(chuàng)造出具有理想溫度分布的室內(nèi)熱空氣，使室內(nèi)環(huán)境達(dá)到人體感官最舒適的狀態(tài)，達(dá)到供暖的目的，后者將發(fā)熱電纜埋設(shè)在地面下，利用電力加熱地面墊層而實(shí)現(xiàn)供暖。此處主要針對(duì)前一種水系統(tǒng)地板供暖進(jìn)行介紹。

2.地板輻射供暖系統(tǒng)構(gòu)成

一個(gè)完整的地板供暖系統(tǒng)包括了熱源、采暖管路系統(tǒng)、分水器、集水器、水泵、補(bǔ)水/定壓裝置及閥門(mén)、溫度計(jì)、壓力表等。

地暖系統(tǒng)主要設(shè)備示意

任何置于室內(nèi)地板的輻射采暖系統(tǒng)通常要包括發(fā)熱水、保溫（防潮）層、填料層等部分。地板采暖常用的發(fā)熱體是水管。水管中通入30~60℃的熱水，依靠熱水的熱量向室內(nèi)供熱。

為了防止水管的熱量向下傳遞，一般在水管底部鋪設(shè)保溫（防潮）層。特別是在建筑物的底層，向下的熱量傳遞是純粹的熱損失，所以必須設(shè)置保溫層， 以及可能地減少這種熱損失。保溫材料應(yīng)盡量選用密度小、輕質(zhì)、有一定承載力、熱阻高、吸濕率低、難燃或不燃、不腐不朽的高效保溫材料，熱阻大可以減小使用厚度從而減少建筑層高損失，輕質(zhì)可以降低地面承重載荷，但絕熱材料又必須有一定的強(qiáng)度，能承受其上的填充層的壓力而不致有大的變形，更不能有破裂，在鋪設(shè)保溫層之前，一定要注意保持保溫層基本干燥。

防潮層應(yīng)當(dāng)做在保溫層的高溫側(cè)，這樣保溫層內(nèi)少量的水汽可依靠水蒸氣分壓力差排向低溫側(cè)，防潮層可以用各種塑料薄膜，目前也有的使用鋁箔做防潮層。所謂鋁箔一般是真空鍍鋁的聚酯膜或玻璃布基鋁箔面層。鋁箔不但強(qiáng)度高，還可以直到加強(qiáng)保溫層及輔助卡釘固定的功效。如果在保溫層底部做防潮，其本意是隔絕來(lái)自保溫層下方的潮氣，但同時(shí)也隔絕了保溫層水汽的排出，所以除了做在底層潮濕土壤上的，一般不設(shè)底部防潮層，當(dāng)保溫層使用加氣混凝土等材料時(shí)，則無(wú)需鋪設(shè)防潮層。

填料層或墊層的主要作用是保護(hù)水管，同時(shí)起到傳熱與蓄熱的作用，使得地面形成溫度較為均勻的輻射加熱面，此時(shí)水管和填料層構(gòu)成了一個(gè)加熱體。要起到保護(hù)水管作用，就要求填料層有一定強(qiáng)度和剛度，并且盡可能傳熱效率高、蓄熱性能好，當(dāng)然也要廉價(jià)，易施工。目前填料一般使用水泥砂漿或碎（卵）石混凝土。蓄熱性能好的材料往往熱惰性也大，所以地暖不可能即開(kāi)即熱，當(dāng)然也不會(huì)一關(guān)就冷。蓄熱好往往與舒適性強(qiáng)相伴，所以填料層的選用也是很重要的。

使用混凝土做填料時(shí)，上面壓光找平之后已可以做地面，或在上面直接鋪設(shè)地板革、塑料地氈、也可以做實(shí)木地板、復(fù)合木地板或鋪各種材質(zhì)的面磚等，但盡量不要使用熱阻很大的純毛地氈，以免影響地暖效果。

盤(pán)管的鋪設(shè)形式不是唯一的，總體要求盡量簡(jiǎn)單及溫度分布均勻、圖所示為幾種常見(jiàn)的鋪設(shè)形式，可以根據(jù)建筑形式靈活使用。由于回字形鋪設(shè)較簡(jiǎn)單，供回水管路相間使得溫度較為均勻，所以成為常用的鋪設(shè)方式。地面層可用各種地板，但有研究證明了使用木地板傳熱效果較佳，但同時(shí)盡量選用較為優(yōu)質(zhì)的木地板，以免日后因長(zhǎng)期受熱而導(dǎo)致的變形。

地板輻射供暖系統(tǒng)一般要設(shè)分水器、集水器。它們是連接熱源和分支環(huán)路水管的集管，分水器將來(lái)自熱源的供水按需要分為多路；集水將多路回水集中，便于輸送回?zé)嵩丛偌訜?。分、集水器上設(shè)有閥門(mén)，可以調(diào)節(jié)和開(kāi)關(guān)不同的水環(huán)路，是采暖系統(tǒng)的樞紐和中轉(zhuǎn)站。為防止銹蝕，分、集水器一般要求是銅質(zhì)的，且需做保溫處理。普通型的，配用手動(dòng)閥，高檔型的可配溫度高一些，有時(shí)需在系統(tǒng)中加裝散熱器，在上述兩種情況下，更要注意滿足水溫和水量的要求。

3.地板輻射采暖技術(shù)研究現(xiàn)狀

隨著地板輻射采暖系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的研究工作也日漸增多和日益完善。早在20世紀(jì)40年代就有美國(guó)的J.R.Carroll對(duì)地板輻射采暖形式的自然對(duì)流進(jìn)行了分析：美國(guó)的Peter Simmonds 對(duì)地板輻射采暖進(jìn)行了舒適性的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析; 日本的Haruo 等人做了對(duì)地板輻射采暖的溫度控制的實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究；土耳其的Kilkis 等利用計(jì)算機(jī)模擬研究了地板采暖系統(tǒng)的傳熱過(guò)程，并提出了簡(jiǎn)化的地板采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，使人們對(duì)地板輻射采暖技術(shù)有了更加全面的認(rèn)識(shí)；美國(guó)的戴維斯能量集團(tuán)公司（Davis Energy Group Inc.）把計(jì)算機(jī)技術(shù)同地板采暖技術(shù)結(jié)合在一起，有力促進(jìn)了地板采暖的發(fā)展。

1978~1980年間，Hannay及Lebrun等美國(guó)諸多學(xué)者對(duì)不同的采暖系統(tǒng)的熱舒適性及能量消耗進(jìn)行了研究。這些研究表明，對(duì)于絕熱性能較差的建筑，當(dāng)各種不同的采暖系統(tǒng)達(dá)到相同的熱舒適性時(shí)，其各自的能量消耗有明顯的不同；且研究結(jié)果表明，地板加熱采暖系統(tǒng)可節(jié)能10%~40%。1987年ASHERAE HANDBOOK對(duì)低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的供水溫度同室外空氣溫度的關(guān)系進(jìn)行了研究，認(rèn)為室外溫度同所需的供水溫度之間呈線性關(guān)系，當(dāng)保持循環(huán)水量不變的條件下，供水溫度隨室外溫度的降低而升高；反之，則降低供水溫度。1994年回拿大學(xué)者A.K.Athienitics ，利用有限差分法，對(duì)低溫地板輻射采暖系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出如下結(jié)論：有效地利用太陽(yáng)輻射以降低室內(nèi)熱負(fù)荷以及室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度按照正弦規(guī)律變化都可以有效降低地板表面最高溫度，減少熱流量。同時(shí)，若室內(nèi)溫度按照正弦規(guī)律變化而系統(tǒng)節(jié)約的能耗同時(shí)在夜間降低室內(nèi)最高溫度和平板最高輻射溫度所節(jié)約的能耗相同。1998年美國(guó)學(xué)者P.Calvin Lindstrom 和Daniel E.Fisher 對(duì)輻射表面特征對(duì)輻射量的影響做了研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輻射板表面的材料對(duì)輻射率影響并不顯著。2000年美國(guó)學(xué)者Jeanne M.Palmer和Klrby S.Chapman 比較了幾種算法的優(yōu)、缺點(diǎn)，指出用輻射強(qiáng)度對(duì)地板輻射采暖室內(nèi)的平均輻射溫度進(jìn)行計(jì)算是優(yōu)化的方法，可以解決極限邊界條件。近幾年來(lái)，日本和韓國(guó)對(duì)舊有建筑傳統(tǒng)的采暖改造為地板輻射采暖進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)研究工作，研究開(kāi)發(fā)了不同形式的地板輻射采暖，使地板輻射采暖得到了新的發(fā)展。

4.國(guó)外地板輻射供暖技術(shù)特點(diǎn)

眾所周知，低溫地板輻射供暖因其在舒適性、節(jié)能性、潔凈性、經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)勢(shì)而得到迅速發(fā)展，已經(jīng)成為時(shí)下采暖用戶的新寵。在國(guó)內(nèi)，很多應(yīng)用低溫地板采暖的實(shí)際工程已經(jīng)竣工使用，也得到很多用戶的贊譽(yù)，但是，與國(guó)外較為成熟的地板輻射供暖技術(shù)相比，我國(guó)的地板輻射供暖技術(shù)尚處于初步發(fā)展階段。

5.地板輻射采暖的特點(diǎn)

（1）減少熱能消耗的同時(shí)，熱舒適程度得到提高。傳統(tǒng)的散熱器供暖方式，室溫在豎向形成梯度，房間中上部溫度高，下部溫度較低，容易造成人在室內(nèi)產(chǎn)生頭熱腳冷的感覺(jué)，從人的生理角度來(lái)看這種效果不太理想。國(guó)際公認(rèn)的ISO7730標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地表溫度有明文規(guī)定：不得低于19℃，而散熱器供暖方式很難達(dá)到這一要求，這是散熱器供暖方式所固有的弊端。另外，地板供暖近10cm的地暖層，在建筑物內(nèi)部形成了一個(gè)大的蓄熱體，有較高的蓄熱量，這對(duì)充分利用具有周期波動(dòng)性的“自由熱”十分有利，且能起到蓄熱體對(duì)室溫的調(diào)節(jié)作用，保持較好的熱穩(wěn)定性，從而在熱能消耗減少的同時(shí)，熱舒適程度得到提高。地板輻射供暖室內(nèi)地表溫度均勻，室溫由下而上遞減，比較理論上的理想采暖方式，即“溫足而涼頂”的理想供暖概念，實(shí)現(xiàn)“暖從足下起”。因此，在建立同樣舒適條件的前提下，地板輻射采暖房間的設(shè)計(jì)溫度可以比散熱器供暖時(shí)降低2~3℃.由于室內(nèi)豎向溫度分布較均勻，溫度梯度很小，無(wú)效熱損失可大大減小，低溫傳送時(shí)溫差也比較小，在輸送熱媒過(guò)程中熱量損失小，該系統(tǒng)可節(jié)省能耗15%左右。這是該系統(tǒng)對(duì)于節(jié)能的貢獻(xiàn)。

（2）聲環(huán)境、光環(huán)境及室內(nèi)空氣質(zhì)量都有很大的改善。

   1）聲環(huán)境：如果按每降低5dB為一個(gè)等級(jí)計(jì)量，地板供暖住宅光是在樓板撞擊聲一項(xiàng)在噪聲的每個(gè)頻率點(diǎn)都比傳統(tǒng)采暖方式的住宅降低了3~4個(gè)等級(jí)，有效減少了上層住房的地面活動(dòng)對(duì)下層住房的噪聲干擾。

   2）光環(huán)境：地板供熱有條件讓住宅開(kāi)啟矮窗式落地窗，這樣只可以把陽(yáng)光和自然景物引進(jìn)室內(nèi)，比傳統(tǒng)散熱器供暖住宅有著更好的室內(nèi)光環(huán)境。

   3）室內(nèi)的空氣品質(zhì)得以改善。空氣中塵埃含量、懸浮物含量及細(xì)菌等是衡量空氣品質(zhì)好壞的一些主要指標(biāo)。對(duì)于傳統(tǒng)散熱器供暖的住宅，主要通過(guò)對(duì)流傳熱。室內(nèi)空氣在較大范圍內(nèi)流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵和加強(qiáng)細(xì)菌的傳播，還會(huì)產(chǎn)生異味影響空氣清新；而低溫地板供暖主要是低溫輻射傳熱，室內(nèi)空氣不產(chǎn)生明顯的對(duì)流，因此可以有效減少這種不利影響。

（4）熱源選擇范圍廣，可實(shí)現(xiàn)分室控溫，地板輻射供暖系統(tǒng)熱源選擇范圍較廣，鍋爐房集中供暖、燃?xì)馊茧姞t單獨(dú)供暖、地源熱泵及太陽(yáng)能等均可作為該系統(tǒng)的熱源。由于系統(tǒng)中設(shè)置了集、分水器，用戶可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，滿足不同居住環(huán)境的要求。如在分水器前設(shè)置電磁閥，可實(shí)現(xiàn)出門(mén)“關(guān)暖”，明顯降低采暖費(fèi)、解決多年來(lái)供暖系統(tǒng)無(wú)法按戶正確計(jì)量收費(fèi)的難題。

（5）美觀、節(jié)省使用面積。傳統(tǒng)的對(duì)流散熱供暖、室內(nèi)需設(shè)置散熱器及與連接的管道，有的為使室內(nèi)美觀，還需加設(shè)散熱器裝飾罩。散熱器、裝飾罩及管道不僅占用室內(nèi)一定的空間和面積，且要考慮散熱空間的預(yù)留，會(huì)影響室內(nèi)的裝飾和家具的布置，它所帶來(lái)的室內(nèi)有效使用面積的減少，遠(yuǎn)不止散熱器、裝飾罩和管道本身所占的面積。而地板輻射供暖，其加熱器均埋設(shè)于地板下，地面以上除與分、集水器連接的進(jìn)出戶熱水管道外，沒(méi)有設(shè)置任何散熱設(shè)備和支管，節(jié)省了使用面積。

（6）使用面積長(zhǎng)。傳統(tǒng)散熱器使用壽命一般在15~20年，而地板輻射供暖的散熱管為PP-R管或PPX管，此兩種管材具有耐酸堿性、而且耐久性、耐熱性也特別好，在使用過(guò)程中不產(chǎn)生銹蝕、水垢，所以長(zhǎng)期使用內(nèi)壁仍然光滑無(wú)水垢，熱循環(huán)好，長(zhǎng)期使用也不會(huì)降低散熱效果，可連續(xù)使用50年以上，基本與一般建筑物壽命相同，并且系統(tǒng)采用盤(pán)管回路技術(shù)，暗敷管系統(tǒng)中無(wú)接頭，不易產(chǎn)生滲漏。

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