導(dǎo)語：地板供暖技術(shù)研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要就目前地板供暖迅速普及發(fā)展中所遇到的幾個重要技術(shù)關(guān)鍵問題進行初步探討，提出一些解決問題的方法及建議。這些問題包括：地板表面的發(fā)熱量計算問題，房間熱負荷問題，填充層的最佳厚度問題，與散熱器不系統(tǒng)共用熱源問題，與地板供暖配套的地面裝修層定型方案以及承壓保溫地面層結(jié)構(gòu)問題。文中還對地板采暖的節(jié)能問題進行了初步分析。

關(guān)鍵詞地板供暖

一、前言

低溫熱水地板輻射供暖是一種優(yōu)良的房間加熱方式，在世界各地擁有眾多用戶。至1994年為止，韓國約有85%的住宅建筑裝設(shè)了低溫熱水地板輻射供暖系統(tǒng)，這一數(shù)字在加拿大為65%，瑞士為48%，德國為41%，法國為20%，日本把低溫熱水地板輻射供暖當成提高人們居住質(zhì)量的舉措，未設(shè)置低溫熱水地板輻射供暖的住宅較難出售地板供暖。在我國北方也已呈迅猛發(fā)展之勢。

關(guān)于地板供暖的優(yōu)越性，文獻中已有大量論述。在研究方面，國內(nèi)外都已做了大量的工作。關(guān)于設(shè)計也已有了一些地方標準、企業(yè)標準，國家標準正在修訂之中。然而，筆者在親身從事的大量工程實踐中，感到目前國內(nèi)關(guān)于這種采暖方式的研究仍然不夠深入，不夠系統(tǒng)，還有一些主要的技術(shù)環(huán)節(jié)理論上不清晰，實踐中缺少可靠依據(jù)。反映到目前的一些標準中使人感到還遠遠沒有散熱器采暖那樣成熟。目前在已有的諸多地方標準與企業(yè)標準中許多內(nèi)容是互相照搬，追根溯源，并沒有足夠的研究基礎(chǔ)作為依據(jù)。特以此文將這些問題提出來，并提出初步看法，與同行商榷。

二、地板表面的發(fā)熱量問題

地板表面的發(fā)熱量是設(shè)計中最主要的參數(shù)之一。對這一問題，國內(nèi)外都已開展過大量的研究。

然而這些研究仍然顯得不足。有些研究在進行傳熱過程的數(shù)值模擬時，反地板表面邊界條件中的對流換熱系數(shù)及當量輻射換熱系數(shù)取為了定值，而實際上它們是地板表面溫度和室溫的函數(shù)。另外許多研究只是針對某一結(jié)構(gòu)進行數(shù)值計算或?qū)嶒?，而實際上種種沒的地板結(jié)構(gòu)有著不同的傳熱性能。

目前諸多地方與企業(yè)標準中的地板發(fā)熱量計算表格大都源自文獻[1]，據(jù)筆者了解，這些表格源自于國外，國內(nèi)沿沒有人對這些表格的正確性與實用性進行校核與考查。據(jù)筆者的有限元分析與計算，認為這些表格存在如下問題：1）實際工程中填充層厚度有爭議，其值人在一個范圍內(nèi)有所變化，而且有不同管徑的交聯(lián)聚乙烯管可以選取，但發(fā)熱量卻都用一個表查取，顯然是不確切的；2）表中數(shù)據(jù)表明，發(fā)熱量隨管間距增大而減少，其趨勢是正確的，但減少的幅度不夠，這可能由于填充層選的過厚，數(shù)據(jù)過于保守造成的；3）標準中只有關(guān)于地面散熱量的表格數(shù)據(jù)，沒有計算公式，當?shù)匕褰Y(jié)構(gòu)尺寸與表中規(guī)定數(shù)據(jù)不符時，設(shè)計者將無所適從。

地板表面的發(fā)熱量q與管徑d、覆蓋層（含水量填充、找平與裝修層）材質(zhì)與厚度、水溫ts、室溫tf及管間距s等諸多因素有關(guān)，即

(1)

式中：δi--地面結(jié)構(gòu)中各層的厚度，λi--地面結(jié)構(gòu)中各層的導(dǎo)熱系數(shù)。

筆者已從上式出發(fā)，對地板發(fā)熱過程中的導(dǎo)熱、對流與輻射問題已經(jīng)進行了大量的有限元分析與計算，對上式中諸多變量的種種可能組合，計算并得到了大量新的關(guān)于地板板體地面散熱量的計算表格以及總結(jié)出當量導(dǎo)熱熱阻方面的簡易實驗公式，這些成果容另文介紹。

三、地板加熱負荷的確定問題

一般而言，地板供暖的設(shè)計加熱負荷應(yīng)該根據(jù)房間熱負荷得出，后者是根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)散熱損失計算得出的。然而在設(shè)計實踐中仍然遇到一些值得研究解決的問題。

1家具的覆蓋率問題

被貼地家具（如實底床、實底柜等）覆蓋的地板表面，其上部熱阻近乎無窮大，該面積基本上可視為不散熱，設(shè)覆蓋率為A，則

（2）

式中：q′--房間熱負荷，

q--地板的設(shè)計加熱負荷。

問題是在進行住宅地板供暖設(shè)計時無法預(yù)知各家各戶覆蓋率為多少，覆蓋的位置在哪里，當不可預(yù)知的家具覆蓋率有較大差別時，勢必引起室溫不一致。

地板供暖的一個優(yōu)點為，可方便的進行單戶、甚至單室調(diào)節(jié)，同時還可以進行中央調(diào)節(jié)。若實現(xiàn)了單戶計量按用熱量收費，那么我們可以給地板設(shè)計一個大的加熱能力，實際運行時用戶可自行調(diào)節(jié)，但若仍是按面積收費，則問題就會很大。假如對水溫進行嚴的中央控制，則在照顧大覆蓋率的房間用戶，保證其可達到18℃時，會給覆蓋率小的用戶以超標準用熱的方便條件：若按小覆蓋率的情況控制供水溫度，大覆蓋率房間就達不到規(guī)定的室內(nèi)設(shè)計溫度。這個問題，筆者認為應(yīng)該取下述措施解決。1）應(yīng)大力推廣單戶按用熱量收費，采用地板供暖時，水系統(tǒng)的平衡條件比散熱器系統(tǒng)好得多；。2）不能單戶計量時，應(yīng)在發(fā)給用戶的地板供暖的使用說明中，對地板面積的覆蓋率加以限定。

2可能的房間過熱或超標準用熱問題

與散熱器采暖不同，較大的地板加熱面積對房間個有巨大的加熱能力。根據(jù)對流與輻射的計算，當采暖單位面積熱指標為60w/m2，若地面為大理石，管間距s=300mm，管徑d=16mm，填充層厚δ3=50mm時供回水平均為40℃，室內(nèi)溫度18℃,單位面積熱指標就可達到84w/m2，超過采暖單位面積熱指標。而且實際上絕大多數(shù)采暖熱源，供應(yīng)更高水溫的水都毫無困難。而且目前在地板供暖的推廣時期，各廠家很少有將管間距安排為300mm的，多為200mm。這樣，地板的發(fā)熱能力就遠遠地大于房間熱負荷。水溫高于設(shè)計值，房間過熱或超標準用熱的情況屢屢發(fā)生。為解決這一問題筆者建議：1）盡量實行單戶計量；2）在運行中加強對水溫的中央控制環(huán)節(jié)，避免超標準用熱。

四填充層及找平層的厚度問題

由于我國的國家標準還沒有出臺，各地方標準因參考的國外標準不同而對地板板體的結(jié)構(gòu)要求不統(tǒng)一。文獻[1]規(guī)定加熱管以上的填充層厚度不應(yīng)小于30mm，其附表中選取的模型結(jié)構(gòu)為填充層厚度為60mm，而文獻[2]中指出填充層厚度應(yīng)為30～40mm。從填充層的功能來看，其主要目的是保護加熱盤管、使地板表面溫度均勻、增加熱穩(wěn)定性等，它的厚度不僅與地板的散熱量有關(guān)，而且還直接影響到建筑層高、設(shè)計荷載和初投資。其取值應(yīng)取決于所選管材、管徑及對該問題的經(jīng)濟分析、技術(shù)分析及優(yōu)化。

五與散熱器采暖水系統(tǒng)共用熱源問題

目前在地板供暖技術(shù)的推廣應(yīng)用中，這是最常遇到的問題，因為地板供暖作為我國一種新興的采暖方式，它常常處于周圍全是散熱器采暖的包圍之中。通常散熱器供水溫度在最冷天需80℃以上，且水系統(tǒng)阻力損失很小，而地板供暖需供水溫低于60℃，有些情況下30～40℃就夠，而其末端阻力可高達3米水柱左右。因此，兩種采暖方式簡單地共用一個水系統(tǒng)是有問題的。

而實際上卻常常提出共用水系統(tǒng)的要求。一方面，房屋開發(fā)商希望在散熱器采暖的樓群中劃出一或幾棟樓安裝地板供暖，更有甚者，有的開發(fā)商要求在一棟散熱器采暖的樓中，某幾層、甚至幾個房間安裝地板供暖。這種情況有時是由于建筑物補建、擴建造成的，也有時是開發(fā)商對較新的事物有個認識過程，非要親自看到效果才肯大面積推廣。另一方面，很少能夠為地板供暖單獨安排低溫熱源，而只能用散熱器采暖的高溫（相對而言）水熱源，例如城市熱網(wǎng)，區(qū)域鍋爐房等。面對這種情況，作為工程技術(shù)人員，簡單說"不"是不利于新技術(shù)推廣的。

應(yīng)該研究出一系列可靠的辦法解決各種各樣情況下的共用熱源問題?？晒┛紤]的采用單一熱源多參數(shù)供熱的辦法有：1）使用換熱器，這是最成熟穩(wěn)定的辦法，但投資較高；2）使用引射泵混水，這是前蘇聯(lián)文獻中介紹的方法，需要有較大的資用壓頭，但地板供暖與散熱器采暖系統(tǒng)并聯(lián)時，這一條件常常難以滿足；3）使用附加泵混水，獲得所需的要的水溫與水量；4）串聯(lián)法，即散熱器系統(tǒng)回水作地板供暖供水的方法。這是一個很有吸引力的想法，一般散熱器水系統(tǒng)循環(huán)泵的壓頭都遠大于循環(huán)阻力，在回水干管上加設(shè)一個旁通管，即可將回水經(jīng)旁路引至地板盤管供地板供暖使用，水的溫度及溫降區(qū)間采暖高峰期和非高峰期隨著散熱體來看，節(jié)省了泵的功率消耗。此種方法需要在兩種系統(tǒng)連接處增設(shè)水處理系統(tǒng)，保證整個系統(tǒng)的水質(zhì)無污染；5）并聯(lián)法，當?shù)孛嫜b修材料允許水溫高于60%時，此時可考慮與散熱器采暖水系統(tǒng)簡單并聯(lián)。地板盤管當然應(yīng)將管徑選大一些，單程管長選短一些，使一人環(huán)路的水流阻力與散熱器采暖的水流阻力基本相同，達到水力平衡，雖然如此，由于末端阻力仍大于散熱器，地板供暖系統(tǒng)仍將是高水溫、低水量、大溫降運行，與正常設(shè)計參數(shù)相比，供水溫度高許多，水量小許多，但基本能達到采暖功能。當然，這樣做塑料管材的壽命會受到一定的影響。而且對系統(tǒng)的水質(zhì)要求同樣較高。

上述方法中，除第2種以外，筆者均已在設(shè)計實踐中嘗試使用，并已付諸工程實施。理論上應(yīng)該是可行的，實際效果方面，有的將在今年的采暖實踐中得到驗證。但筆者認為，地板供暖屬新技術(shù)，上述方法無論從理論上還是從實踐角度看都還不夠規(guī)范、成熟。有必要組織開發(fā)系統(tǒng)、詳細的研究。

六承壓保溫地面結(jié)構(gòu)層的研制問題

地板供暖方式特別適用于博覽會展廳、廠房等大寬度房間。這類房間一般位于底層，地板盤管下部是必須保溫的。但在這種發(fā)問下的包括保溫材料在內(nèi)的地板板體必須有大的承壓能力，能承受汽車、設(shè)備等的壓力。這類保溫材料國外已有成熟產(chǎn)品，國內(nèi)則還沒有研制或引進生產(chǎn)技術(shù)。這就需要進行高強度無機非金屬膠凝材料的實驗開發(fā)研究，使其技術(shù)性能達到干燥收縮度小，無開裂，具有良好的密實性與導(dǎo)熱性能的要求。

七與地板供暖配套的地面裝修層定型方案與產(chǎn)品的研制

地面裝修是受到居民極大關(guān)注的重要問題。能否找到可靠的，居民滿意后來居上地板供暖配合的地面裝修方案與產(chǎn)品是地板供暖技術(shù)能否大面積推廣的關(guān)鍵。不言而喻，地板供暖對地面裝修是有一定的要求的，即能夠承受特定的溫度與濕度狀況下而長時間不變形。目前國外已有專門用于地板供暖的木質(zhì)地板產(chǎn)品，國內(nèi)則還沒有，應(yīng)研究開發(fā)與地板供暖配套的地面裝修的若干種定型方案，使居民能夠放心、方便地選擇。這就需要進行在干、濕，急熱、爭冷循環(huán)條件下地面裝修材料（木材與石材等）變形與抗熱老化的實驗研究，開發(fā)與地板供暖相配套的地面裝修定型方案。

八關(guān)于地板供暖的節(jié)能問題

文獻中有說地板供暖可比散熱器采暖節(jié)能30%，筆者認為這是不確切的。在確定的室內(nèi)外溫度條件下，采暖耗能主要是由圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能決定的，通過圍護結(jié)構(gòu)傳到室外的熱量，無論采用哪種房間加熱方式，這部分能耗都必須被如數(shù)補充。

因此可以說，采用哪種房間加熱方式與采暖耗能關(guān)系不大。但仔細分析起來，地板供暖與散熱器采暖相比，是可以少量節(jié)能的，原因為：1）文獻[3]指出，當室內(nèi)風速小于0.05m/s時，平均輻射溫度變化1℃與空氣溫度變化1℃對人體熱感覺的影響基本相同，由于地板供暖所產(chǎn)生的平均輻射溫度較高[4]，而且室內(nèi)沿高度方向上溫度分均勻，溫度梯度小，人處于加熱區(qū)內(nèi)，而散熱器溫度最高區(qū)在房間上方，溫度梯度大，當人的感覺溫度相同時，地板輻射供暖房間的室內(nèi)空氣平均溫度要低于對流采暖房間的空氣溫度，降低房間熱負荷。2）地板輻射供暖采用低溫熱水，而溫度較低的熱水在傳輸過程中比散熱器傳輸時散熱損失小。3）可利用低位能源，如余熱，太陽能等，節(jié)約高位能源。4）散熱器置于窗下靠墻，會有一小部分熱量短路至室外，而地板供暖沒有這一弊端。5）當冬季進行通風時，由于室內(nèi)外溫差較對流系統(tǒng)的溫差小而節(jié)約能量。

但需說明的是，地板的加熱能力通常會比房間熱負荷大，若不對房間溫度的嚴格控制措施，則有些用戶可能會超標準用熱而造成額外能耗。

究竟地板供暖比散熱器采暖節(jié)能多少，需對上述各項逐項進行仔細的分析。這將涉及房間熱過程的許多方面問題，諸如空氣溫度分布，墻體導(dǎo)熱，散熱器散熱過程等，這方面的研究還不系統(tǒng)完善。

上述問題都是筆者在地板供暖技術(shù)推廣實踐中所遇到的實際問題，而且都還沒有真正解決好。筆者希望以此文引發(fā)廣大同行進一步的討論與研究，促進地板供暖技術(shù)推廣事業(yè)健康發(fā)展。

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[4]AthienitisAK,TYChen,Experimentalandtheoreticalinvestigationoffloorheatingwiththermalstorage.In:ASHRAETrans,1993,99(1).1049～1057