圖示 | 國外被動房地板采暖技術(shù)

國外典型的舒適住宅地暖工程案例，結(jié)合前面已經(jīng)分享的案例來看，地板輻射采暖確實是低層建筑，尤其是獨棟別墅經(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)濟的增長，人們對于生活質(zhì)量的要求也日益提高，尤其是近年來，建筑業(yè)逐步成為國民經(jīng)濟發(fā)展的主要增長點，建筑的功能性和舒適性也有了很大的進步，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)點被人們廣為接受，推廣的速度非常快，相信在不久的將來，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)造層進行換交換，并經(jīng)過構(gòu)造層的熱量傳遞，由地板均勻地向室內(nèi)輻射熱量，同時在冷熱空氣的比重差作用下，產(chǎn)生了空氣的自然對流現(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)境達到人體感官最舒適的狀態(tài)，達到供暖的目的，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現(xiàn)供暖。此處主要針對前一種水系統(tǒng)地板供暖進行介紹。

2.地板輻射供暖系統(tǒng)構(gòu)成

一個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、補水/定壓裝置及閥門、溫度計、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。鋁箔不但強度高，還可以直到加強保溫層及輔助卡釘固定的功效。如果在保溫層底部做防潮，其本意是隔絕來自保溫層下方的潮氣，但同時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，當保溫層使用加氣混凝土等材料時，則無需鋪設(shè)防潮層。

填料層或墊層的主要作用是保護水管，同時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，此時水管和填料層構(gòu)成了一個加熱體。要起到保護水管作用，就要求填料層有一定強度和剛度，并且盡可能傳熱效率高、蓄熱性能好，當然也要廉價，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即熱，當然也不會一關(guān)就冷。蓄熱好往往與舒適性強相伴，所以填料層的選用也是很重要的。

使用混凝土做填料時，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。

盤管的鋪設(shè)形式不是唯一的，總體要求盡量簡單及溫度分布均勻、圖所示為幾種常見的鋪設(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，但同時盡量選用較為優(yōu)質(zhì)的木地板，以免日后因長期受熱而導(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，可以調(diào)節(jié)和開關(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，配用手動閥，高檔型的可配溫度高一些，有時需在系統(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40年代就有美國的J.R.Carroll對地板輻射采暖形式的自然對流進行了分析：美國的Peter Simmonds 對地板輻射采暖進行了舒適性的實驗研究和理論分析; 日本的Haruo 等人做了對地板輻射采暖的溫度控制的實驗測試研究；土耳其的Kilkis 等利用計算機模擬研究了地板采暖系統(tǒng)的傳熱過程，并提出了簡化的地板采暖系統(tǒng)設(shè)計方法，使人們對地板輻射采暖技術(shù)有了更加全面的認識；美國的戴維斯能量集團公司（Davis Energy Group Inc.）把計算機技術(shù)同地板采暖技術(shù)結(jié)合在一起，有力促進了地板采暖的發(fā)展。

1978~1980年間，Hannay及Lebrun等美國諸多學(xué)者對不同的采暖系統(tǒng)的熱舒適性及能量消耗進行了研究。這些研究表明，對于絕熱性能較差的建筑，當各種不同的采暖系統(tǒng)達到相同的熱舒適性時，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)系進行了研究，認為室外溫度同所需的供水溫度之間呈線性關(guān)系，當保持循環(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，對低溫地板輻射采暖系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬，得出如下結(jié)論：有效地利用太陽輻射以降低室內(nèi)熱負荷以及室內(nèi)設(shè)計溫度按照正弦規(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，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年美國學(xué)者P.Calvin Lindstrom 和Daniel E.Fisher 對輻射表面特征對輻射量的影響做了研究，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，輻射板表面的材料對輻射率影響并不顯著。2000年美國學(xué)者Jeanne M.Palmer和Klrby S.Chapman 比較了幾種算法的優(yōu)、缺點，指出用輻射強度對地板輻射采暖室內(nèi)的平均輻射溫度進行計算是優(yōu)化的方法，可以解決極限邊界條件。近幾年來，日本和韓國對舊有建筑傳統(tǒng)的采暖改造為地板輻射采暖進行了大量的開發(fā)研究工作，研究開發(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.國外地板輻射供暖技術(shù)特點

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)濟性等方面的優(yōu)勢而得到迅速發(fā)展，已經(jīng)成為時下采暖用戶的新寵。在國內(nèi)，很多應(yīng)用低溫地板采暖的實際工程已經(jīng)竣工使用，也得到很多用戶的贊譽，但是，與國外較為成熟的地板輻射供暖技術(shù)相比，我國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

（1）減少熱能消耗的同時，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，從人的生理角度來看這種效果不太理想。國際公認的ISO7730標準對地表溫度有明文規(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)部形成了一個大的蓄熱體，有較高的蓄熱量，這對充分利用具有周期波動性的“自由熱”十分有利，且能起到蓄熱體對室溫的調(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，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)計溫度可以比散熱器供暖時降低2~3℃.由于室內(nèi)豎向溫度分布較均勻，溫度梯度很小，無效熱損失可大大減小，低溫傳送時溫差也比較小，在輸送熱媒過程中熱量損失小，該系統(tǒng)可節(jié)省能耗15%左右。這是該系統(tǒng)對于節(jié)能的貢獻。

（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為一個等級計量，地板供暖住宅光是在樓板撞擊聲一項在噪聲的每個頻率點都比傳統(tǒng)采暖方式的住宅降低了3~4個等級，有效減少了上層住房的地面活動對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啟矮窗式落地窗，這樣只可以把陽光和自然景物引進室內(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、懸浮物含量及細菌等是衡量空氣品質(zhì)好壞的一些主要指標。對于傳統(tǒng)散熱器供暖的住宅，主要通過對流傳熱。室內(nèi)空氣在較大范圍內(nèi)流動，會產(chǎn)生揚塵和加強細菌的傳播，還會產(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、燃氣燃電爐單獨供暖、地源熱泵及太陽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，可實現(xiàn)出門“關(guān)暖”，明顯降低采暖費、解決多年來供暖系統(tǒng)無法按戶正確計量收費的難題。

（5）美觀、節(jié)省使用面積。傳統(tǒng)的對流散熱供暖、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，會影響室內(nèi)的裝飾和家具的布置，它所帶來的室內(nèi)有效使用面積的減少，遠不止散熱器、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、集水器連接的進出戶熱水管道外，沒有設(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。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，在使用過程中不產(chǎn)生銹蝕、水垢，所以長期使用內(nèi)壁仍然光滑無水垢，熱循環(huán)好，長期使用也不會降低散熱效果，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)采用盤管回路技術(shù)，暗敷管系統(tǒng)中無接頭，不易產(chǎn)生滲漏。

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