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住宅采暖设计

　　编者按：本文主要从住宅采暖设计中可供选择的户内系统形式；管材选用；供、回水温度选用；管道与散热器连接形式的比较；结论，对住宅采暖设计进行讲述。其中，主要包括：布置在本层顶板下，采用上分双管式系统、布置在本层地面上或镶嵌在踢脚板内，采用下分双管式或水平串联单管跨越式系统、布置在本层地在下的垫层内，采用下分双管式、水平串联单管跨越式或放射双管式系统、采暖系统供、回水温度、供、回水温度对散热器散热量的影响、以具体工程为例，比较不同供、回水温度对散热器片数及造价的影响、水平串联单管跨越式系统安装后比较简洁，管道不需另件连接，安装恒温三通阀或三通调节阀后有分室调节功能、双管系统采用XPAP管和PE-X管时，在垫层内不能有管件接头，需将管道翻至地面上做接头，要求散热器有一定高度，安装后效果不好、放射双管系统和单管系统一样，连接不需管件，安装后效果较好、户内供暖管布置在本层顶板正气双管系统最简单，施工、检修方便、塑料类管材更适合用于低温水地板辐射采暖系统、PP-R管只适用于温度、压力较低的采暖系统、供暖管埋在垫层内的散热器系统，放射双管式与水平串联单管跨越式相结合的系统更适用，具体材料请详见：
　　提要自2000年建设部76号令''''民用建筑节能管理规定''''公布后，住宅采暖形式发生了很大变化，虽然已有相关的设计规范、设计技术规程出台，使采暖设计有了依据，但在设计中仍有许多问题需要探索。现就户内供暖形式选择、塑料类管材选用和采暖供、回水温度的选择等总是进行了分析。通过工程实例，对选用不同水温时，对散热器散热量和造价的影响做了比较。
　　建设部76号令和北京市''''新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程''''公布执行后，住宅供暖设计进入了一个新的历史阶段，延用多年的上行下给单管顺序式采暖系统，由于不能满足分室控制和按户计量的要求而退出了历史舞台。
　　一、住宅采暖设计中可供选择的户内系统形式
　　76号令和''''技术规程''''实施后，住宅采暖出现了多元化的系统形式，但仍以采用散热器供暖方式为多数。在''''技术规程''''中规定当采用散热器供暖方式时，应根据建筑平面和层高、装饰标准和使用要求、管材和施工技术条件等因素，选择采用以下户内供暖管道布置方式：
　　1．布置在本层顶板下，采用上分双管式系统。
　　2．布置在本层地面上或镶嵌在踢脚板内，采用下分双管式或水平串联单管跨越式系统。
　　3．布置在本层地在下的垫层内，采用下分双管式、水平串联单管跨越式或放射双管式系统。
　　第一种形式是最简便的方式，除管道入户前安装入户装置外，户内系统与传统的上分双管系统区别不大，采暖管可使用金属镀锌钢管，可按要求设置管道坡度。但由于采暖水平管及立管暴露在室内，影响美观，常在方案比较时被淘汰。
　　第二种形式，采暖管设在地面上明装，也不被接受。镶嵌在踢脚板内虽可被接受，但在实施时由于受房型限制，管道过门难处理，因而此方案也很少被采用。
　　第三种形式，采暖管设在地面下垫层内，房间内只见散热器及其支管，现已被多数建设单位接受。一般是在结构板上做50～60毫米垫层，并为此将房间层高提高100毫米。由于管道在垫层内埋设，在管材选用、供水温度确定等方面与传统采暖系统有较大差别。现就设计中遇到的一些问题进行分析。
　　二、管材选用
　　''''技术规程''''规定，户内供暖埋设在垫层内的管道，应根据系统工作压力、水质要求、材料供应条件、施工技术条件和投资等因素选用。可供选用的管材有四种：交联铝塑复合管；聚丁烯管；交联聚乙烯管和无规共聚聚丙烯管。''''技术规程''''还规定，对散热器供暖系统，塑料类管材使用条件分级，应不低于五级。此时管道寿命为：在20℃状态，使用50年。但是当压力、温度升高后，上述管材寿命都有不同程度的衰减，因而在选择管材时，必须根据系统工作状态下的温度、压力计算出管道的最小壁厚，确定适合的管材。
　　根据''''低温热水地板辐射供暖技术规程''''，管材环应力和随压力之间关系如下式：
　　σ/P=/2e=S
　　式中：σ--环应力；
　　P--管内应力；
　　D--管外径；
　　E--管壁厚；
　　S--管材环应力与承压的比值。
　　在不同工作压力状态下，按式可计算出S值并选出管道最小壁厚。见表1～3：
　　P=时，各种管材的S值及壁厚表1
　　管材σσ/P=S壁厚D16D20D25XPAP管PE-X管管管=时，各种管材的S值及壁厚表2
　　管材σσ/P=S壁厚D16D20D25XPAP管PE-X管管管=时，各种管材的S值及壁厚表3
　　管材σσ/P=S壁厚D16D20D25XPAP管PE-X管管管厂家生产的管材一般外径×壁厚为：D16×2、D20×2、D25×。由上表可比较出，在相同压力下，PP-R管管壁最厚，PB管管壁最薄。PP-R管即使在P=状态，D20管壁厚也需，由于不好弯曲，施工困难，工程中不宜采用。PB管上由于环应力高，性能最好，可按标准厚度选用。XPAP及PE-X管在P=时，管壁超出标准厚度，选用时应认真核对，否则会减少使用寿命。当P=以下时，可按标准厚度选用。
　　三、供、回水温度选用
　　1．采暖系统供、回水温度
　　在传统的采暖系统中，使用金属管材，供、回水温度95～70℃。对于埋在垫层内的塑料类管材，在设计中使用条件选用五级时，其含义为：在50年总使用周期中，正常操作温度在20℃时共历时14年；60℃时共历时25年；80℃时共历时10年；90℃时共历时1年；100℃意外运行条件不超过100小时。由此可见，不宜使用95～70℃水温。如果使用，只能认为系统在运行中，水温达到95℃时间很少，有些勉强。这上种设计不够严瑾，也降低了管材使用寿命。由于目前各种规程、规范没有对水温做出规定，在设计中就出现多种选择95～70℃，85～60℃，80～60、甚至70～50℃也有使用。
　　2．供、回水温度对散热器散热量的影响
　　以铸铁四柱760型散热器为例，其传热系数K和每片散热器散热量q的计算式为：
　　K=Δ=f·k·ΔtΔt=/2-tn
　　式中：f--每片散热器散热面积f=
　　t1--供水温度
　　t2--回水温度
　　tn--室内温度，取tn=18℃
　　水温变化后散热器散热量变化表4
　　供、回水温度ΔtKq95～～～～
　　由表4比较得出，当水温85～60℃时，散热器散热量为95～70℃时80%当水温98～70℃时，散热器散热量为95～70℃时76%，当水温70～50℃时，散热器散热量为95～70℃时57%
　　3．以具体工程为例，比较不同供、回水温度对散热器片数及造价的影响
　　北京市郊区某九层住宅楼，建筑面积11286m2，采暖热负荷583360W，采暖热指标/m2。按''''技术规程''''规定，计算户间传热负荷后，每户平均增加热负荷35%。设计中选用铸铁四柱760内腔无砂型散热器，供热管设在地面下垫层内，下分双管采暖系统。
　　不同水温所需散热器片数和造价比较表5
　　供、回水温度
　　散热器散热量
　　需散热器
　　散热器单价
　　总价
　　造价比较95～～～～
　　根据表5数据，当水温为70～50℃时，散热器的投资比90～70℃时增加73%，净增投资万元。另外，散热器过多，占用较多建筑面积，设计中很难布置。95～70℃虽然是最经济的，但其运行温度与塑料类管材使用条件不匹配。选用85～60℃和80～60℃虽然也增加24%和31%的投资，但考虑塑料管的使用寿命，还是比较恰当的。
　　四、管道与散热器连接形式的比较
　　对布置在本层地面下垫层内的管道与散热器的连接。北京市试用图''''新建集中供暖住宅分户热计量设计和施工试用图集''''中给出了双管系统、水平串联单管跨越式系统和放射双管系统的标准做法。
　　1．水平串联单管跨越式系统安装后比较简洁，管道不需另件连接，安装恒温三通阀或三通调节阀后有分室调节功能。但有计算繁琐、系统末端水温较低，散热器片数较多的问题。
　　2．双管系统采用XPAP管和PE-X管时，在垫层内不能有管件接头，需将管道翻至地面上做接头，要求散热器有一定高度，安装后效果不好。但在安装恒温二通阀或手动调节阀后，有较好的分室调节功能。
　　3．放射双管系统和单管系统一样，连接不需管件，安装后效果较好。由于装有分、集水器，散热器支管加温控阀或手动调节阀，使系统具有集中调节和分室调节功能。这种系统的缺点是当户内房间较多时垫层内管道太多，会使地面温度升高，另外室内装修时有扎坏管道的可能。解决的办法是在管道外加保护套管，防止地面温升，并在施工结束时应有竣工图备案，使装修时能避开管道位置。放射双管式和水平串联单管跨越式系统相结合，例如把热负荷小的房间与其相邻的房间串联在一起，有助于这两种形式扬长避短，是可行的方案。石景山杨庄某小区住宅楼采用了这种形式，已投入运行，取得满意效果。
　　五．结论
　　1．户内供暖管布置在本层顶板正气双管系统最简单，施工、检修方便。
　　这种系统因管道外露不被各方看好，但目前对埋地塑料管在供暖系统中的使用寿命还有待证实。使用50只是理论推算的结果，国内还没有使用50年的工程实例。至于管道外露，完全可以在装修中解决。现在住宅层高已提高了100毫米，水平管只需局部吊顶住户在房间高度上可得到实惠。
　　2．塑料类管材更适合用于低温水地板辐射采暖系统
　　如选用供暖管埋于垫层方案，宜首选地板辐射采暖系统，因其供水温度不超过60℃，运行温度与管道特性匹配。辐射采暖还可降低热负荷，节约能源，又利于楼层间隔音，使住宅更舒适，提高了住宅档次。
　　3．PP-R管只适用于温度、压力较低的采暖系统
　　四种塑料管中PB管性能最好，PP-R管性能最差。PB管还有再生性，但价格高，是XPAP管价格的～倍，选用时应做技术经济比较。XPAP、PE-X管在P=时应加厚管壁，更适合在P=以下状态使用。
　　4．供暖管埋在垫层内的散热器系统，放射双管式与水平串联单管跨越式相结合的系统更适用。
　　参考文献：
　　1．北京市标准''''新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程''''
　　2．北京市标准''''低温热水地析辐射供暖应用技术规程''''新晨范文网住宅采暖设计