提要 自2000年建設部76號令’民用建筑節能管理規定’（下稱76號令）公布后，住宅采暖形式發生了很大變化，雖然已有相關的設計規范、設計技術規程出臺，使采暖設計有了依據，但在設計中仍有許多問題需要探索。現就戶內供暖形式選擇、塑料類管材選用和采暖供、回水溫度的選擇等總是進行了分析。通過工程實例，對選用不同水溫時，對散熱器散熱量和造價的影響做了比較。
建設部76號令和北京市’新建集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規程’（下稱技術規程）公布執行后，住宅供暖設計進入了一個新的歷史階段，延用多年的上行下給單管順序式采暖系統，由于不能滿足分室控制和按戶計量的要求而退出了歷史舞臺。
一、住宅采暖設計中可供選擇的戶內系統形式
76號令和’技術規程’實施后，住宅采暖出現了多元化的系統形式，但仍以采用散熱器供暖方式為多數。在’技術規程’中規定當采用散熱器供暖方式時，應根據建筑平面和層高、裝飾標準和使用要求、管材和施工技術條件等因素，選擇采用以下戶內供暖管道布置方式：
1．布置在本層頂板下，采用上分雙管式系統。
2．布置在本層地面上或鑲嵌在踢腳板內，采用下分雙管式或水平串聯單管跨越式系統。
3．布置在本層地在下的墊層內，采用下分雙管式、水平串聯單管跨越式或放射雙管式系統。
第一種形式是最簡便的方式，除管道入戶前安裝入戶裝置外，戶內系統與傳統的上分雙管系統區別不大，采暖管可使用金屬鍍鋅鋼管，可按要求設置管道坡度。但由于采暖水平管及立管暴露在室內，影響美觀，常在方案比較時被淘汰。
第二種形式，采暖管設在地面上明裝，也不被接受。鑲嵌在踢腳板內雖可被接受，但在實施時由于受房型限制，管道過門難處理，因而此方案也很少被采用。
第三種形式，采暖管設在地面下墊層內，房間內只見散熱器及其支管，現已被多數建設單位接受。一般是在結構板上做50～60毫米墊層，并為此將房間層高提高100毫米。由于管道在墊層內埋設，在管材選用、供水溫度確定等方面與傳統采暖系統有較大差別。現就設計中遇到的一些問題進行分析。
二、管材選用
’技術規程’規定，戶內供暖埋設在墊層內的管道，應根據系統工作壓力、水質要求、材料供應條件、施工技術條件和投資等因素選用。可供選用的管材有四種：交聯鋁塑復合（XPAP）管；聚丁烯（PB）管；交聯聚乙烯（PE-X）管和無規共聚聚丙烯（PP-R）管。’技術規程’還規定，對散熱器供暖系統，塑料類管材使用條件分級，應不低于五級。此時管道壽命為：在20℃狀態，使用50年。但是當壓力、溫度升高后，上述管材壽命都有不同程度的衰減，因而在選擇管材時，必須根據系統工作狀態下的溫度、壓力計算出管道的最小壁厚，確定適合的管材。
根據’低溫熱水地板輻射供暖技術規程’，管材環應力和隨壓力之間關系如下式：
σ/P=（D-e）/2e=S (1)
式中：σ -- 環應力（MPa）；
P -- 管內應力（MPa）；
D -- 管外徑（mm）；
E -- 管壁厚（mm）；
S--管材環應力與承壓的比值。
在不同工作壓力狀態下，按（1）式可計算出S值并選出管道最小壁厚。見表1～3：
P=0.8MPa時，各種管材的S值及壁厚（mm） 表1 管材σ(MPa)σ/P=S壁厚（mm）
D16D20D25
XPAP管PE-X管3.244.051.82.32.8
PB管1.315.391.51.92.3
PP-R管1.902.383.34.15.1
P=0.6MPa時，各種管材的S值及壁厚（mm） 表2
管材σ(MPa)σ/P=S壁厚（mm）
D16D20D25
XPAP管PE-X管3.245.401.51.92.3
PB管1.317.181.31.51.9
PP-R管1.903.172.22.83.5
P=0.4MPa時，各種管材的S值及壁厚（mm） 表3
管材σ(MPa)σ/P=S壁厚（mm）
D16D20D25
XPAP管PE-X管3.248.101.31.51.9
PB管1.314.3110.781.31.3
PP-R管1.904.752.22.83.5
廠家生產的管材一般外徑×壁厚為：D16×2、D20×2、D25×2.5。由上表可比較出，在相同壓力下，PP-R管管壁最厚，PB管管壁最薄。PP-R管即使在P=0.40MPa狀態，D20管壁厚也需2.88mm，由于不好彎曲，施工困難，工程中不宜采用。PB管上由于環應力高，性能最好，可按標準厚度選用。XPAP及PE-X管在P=0.80MPa時，管壁超出標準厚度，選用時應認真核對，否則會減少使用壽命。當P=0.60MPa以下時，可按標準厚度選用。
三、供、回水溫度選用
1．采暖系統供、回水溫度
在傳統的采暖系統中，使用金屬管材，供、回水溫度95～70℃。對于埋在墊層內的塑料類管材，在設計中使用條件選用五級時，其含義為：在50年總使用周期中，正常操作溫度在20℃時共歷時14年；60℃時共歷時25年；80℃時共歷時10年；90℃時共歷時1年；100℃意外運行條件不超過100小時。由此可見，不宜使用95～70℃水溫。如果使用，只能認為系統在運行中，水溫達到95℃時間很少，有些勉強。這上種設計不夠嚴瑾，也降低了管材使用壽命。由于目前各種規程、規范沒有對水溫做出規定，在設計中就出現多種選擇95～70℃，85～60℃，80～60、甚至70～50℃也有使用。
2．供、回水溫度對散熱器散熱量的影響
以鑄鐵四柱760型散熱器為例，其傳熱系數K和每片散熱器散熱量q的計算式為：
K=2.503Δt0.293 q=f·k·Δt Δt=(t1+t2)/2 -tn
式中：f--每片散熱器散熱面積f=0.235m2
t1--供水溫度（℃ ）
t2--回水溫度（℃ ）
tn--室內溫度（℃ ），取tn =18℃
水溫變化后散熱器散熱量變化 表4
供、回水溫度（℃ ）Δt（℃ ）K（W/m2·K）q(W/ 片)
95～7064.58.49128.0
85～6054.58.07103.0
80～6052.57.9797.4
70～5042.07.4873.8
由表4比較得出，當水溫85～60℃時，散熱器散熱量為95～70℃時80%；當水溫98～70℃時，散熱器散熱量為95～70℃時76%，當水溫70～50℃時，散熱器散熱量為95～70℃時57%
3．以具體工程為例，比較不同供、回水溫度對散熱器片數及造價的影響
北京市郊區某九層住宅樓，建筑面積11286m2，采暖熱負荷583360W，采暖熱指標51.7W/m2。按’技術規程’規定，計算戶間傳熱負荷后，每戶平均增加熱負荷35%。設計中選用鑄鐵四柱760內腔無砂型散熱器，供熱管設在地面下墊層內，下分雙管采暖系統。
不同水溫所需散熱器片數和造價比較 表5
供、回水溫度
（℃ ）散熱器散熱量
（W/片）需散熱器
（片）散熱器單價
（片）總價
（萬元）造價比較
95～70128615322.013.541
85～60103764622.016.821.24
80～6097.4808622.017.791.31
70～5073.81067122.023.481.73
根據表5數據，當水溫為70～50℃時，散熱器的投資比90～70℃時增加73%，凈增投資9.94萬元。另外，散熱器過多，占用較多建筑面積，設計中很難布置。95～70℃雖然是最經濟的，但其運行溫度與塑料類管材使用條件不匹配。選用85～60℃和80～60℃雖然也增加24%和31%的投資，但考慮塑料管的使用壽命，還是比較恰當的。
四、管道與散熱器連接形式的比較
對布置在本層地面下墊層內的管道與散熱器的連接。北京市試用圖’新建集中供暖住宅分戶熱計量設計和施工試用圖集’中給出了雙管系統、水平串聯單管跨越式系統和放射雙管系統的標準做法。
1．水平串聯單管跨越式系統安裝后比較簡潔，管道不需另件連接，安裝恒溫三通閥或三通調節閥后有分室調節功能。但有計算繁瑣、系統末端水溫較低，散熱器片數較多的問題。
2．雙管系統采用XPAP管和PE-X管時，在墊層內不能有管件接頭，需將管道翻至地面上做接頭，要求散熱器有一定高度，安裝后效果不好。但在安裝恒溫二通閥或手動調節閥后，有較好的分室調節功能。
3．放射雙管系統和單管系統一樣，連接不需管件，安裝后效果較好。由于裝有分、集水器，散熱器支管加溫控閥或手動調節閥，使系統具有集中調節和分室調節功能。這種系統的缺點是當戶內房間較多時墊層內管道太多，會使地面溫度升高，另外室內裝修時有扎壞管道的可能。解決的辦法是在管道外加保護套管，防止地面溫升，并在施工結束時應有竣工圖備案，使裝修時能避開管道位置。放射雙管式和水平串聯單管跨越式系統相結合，例如把熱負荷小的房間與其相鄰的房間串聯在一起，有助于這兩種形式揚長避短，是可行的方案。石景山楊莊某小區住宅樓采用了這種形式，已投入運行，取得滿意效果。
五．結論
1．戶內供暖管布置在本層頂板正氣雙管系統最簡單，施工、檢修方便。
這種系統因管道外露不被各方看好，但目前對埋地塑料管在供暖系統中的使用壽命還有待證實。使用50只是理論推算的結果，國內還沒有使用50年的工程實例。至于管道外露，完全可以在裝修中解決。現在住宅層高已提高了100毫米，水平管只需局部吊頂住戶在房間高度上可得到實惠。
2．塑料類管材更適合用于低溫水地板輻射采暖系統
如選用供暖管埋于墊層方案，宜首選地板輻射采暖系統，因其供水溫度不超過60℃，運行溫度與管道特性匹配。輻射采暖還可降低熱負荷，節約能源，又利于樓層間隔音，使住宅更舒適，提高了住宅檔次。
3．PP-R管只適用于溫度、壓力較低的采暖系統
四種塑料管中PB管性能最好，PP-R管性能最差。PB管還有再生性，但價格高，是XPAP管價格的1.5～1.8倍，選用時應做技術經濟比較。XPAP、PE-X管在P=0.8Mpa時應加厚管壁，更適合在P=0.6Mpa以下狀態使用。
4．供暖管埋在墊層內的散熱器系統，放射雙管式與水平串聯單管跨越式相結合的系統更適用。
參考文獻：
1．北京市標準’新建集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規程’ （DBJ 01-605-2000）
2．北京市標準’低溫熱水地析輻射供暖應用技術規程’ （DBJ 01-49-2000）
建設部76號令和北京市’新建集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規程’（下稱技術規程）公布執行后，住宅供暖設計進入了一個新的歷史階段，延用多年的上行下給單管順序式采暖系統，由于不能滿足分室控制和按戶計量的要求而退出了歷史舞臺。
一、住宅采暖設計中可供選擇的戶內系統形式
76號令和’技術規程’實施后，住宅采暖出現了多元化的系統形式，但仍以采用散熱器供暖方式為多數。在’技術規程’中規定當采用散熱器供暖方式時，應根據建筑平面和層高、裝飾標準和使用要求、管材和施工技術條件等因素，選擇采用以下戶內供暖管道布置方式：
1．布置在本層頂板下，采用上分雙管式系統。
2．布置在本層地面上或鑲嵌在踢腳板內，采用下分雙管式或水平串聯單管跨越式系統。
3．布置在本層地在下的墊層內，采用下分雙管式、水平串聯單管跨越式或放射雙管式系統。
第一種形式是最簡便的方式，除管道入戶前安裝入戶裝置外，戶內系統與傳統的上分雙管系統區別不大，采暖管可使用金屬鍍鋅鋼管，可按要求設置管道坡度。但由于采暖水平管及立管暴露在室內，影響美觀，常在方案比較時被淘汰。
第二種形式，采暖管設在地面上明裝，也不被接受。鑲嵌在踢腳板內雖可被接受，但在實施時由于受房型限制，管道過門難處理，因而此方案也很少被采用。
第三種形式，采暖管設在地面下墊層內，房間內只見散熱器及其支管，現已被多數建設單位接受。一般是在結構板上做50～60毫米墊層，并為此將房間層高提高100毫米。由于管道在墊層內埋設，在管材選用、供水溫度確定等方面與傳統采暖系統有較大差別。現就設計中遇到的一些問題進行分析。
二、管材選用
’技術規程’規定，戶內供暖埋設在墊層內的管道，應根據系統工作壓力、水質要求、材料供應條件、施工技術條件和投資等因素選用。可供選用的管材有四種：交聯鋁塑復合（XPAP）管；聚丁烯（PB）管；交聯聚乙烯（PE-X）管和無規共聚聚丙烯（PP-R）管。’技術規程’還規定，對散熱器供暖系統，塑料類管材使用條件分級，應不低于五級。此時管道壽命為：在20℃狀態，使用50年。但是當壓力、溫度升高后，上述管材壽命都有不同程度的衰減，因而在選擇管材時，必須根據系統工作狀態下的溫度、壓力計算出管道的最小壁厚，確定適合的管材。
根據’低溫熱水地板輻射供暖技術規程’，管材環應力和隨壓力之間關系如下式：
σ/P=（D-e）/2e=S (1)
式中：σ -- 環應力（MPa）；
P -- 管內應力（MPa）；
D -- 管外徑（mm）；
E -- 管壁厚（mm）；
S--管材環應力與承壓的比值。
在不同工作壓力狀態下，按（1）式可計算出S值并選出管道最小壁厚。見表1～3：
P=0.8MPa時，各種管材的S值及壁厚（mm） 表1 管材σ(MPa)σ/P=S壁厚（mm）
D16D20D25
XPAP管PE-X管3.244.051.82.32.8
PB管1.315.391.51.92.3
PP-R管1.902.383.34.15.1
P=0.6MPa時，各種管材的S值及壁厚（mm） 表2
管材σ(MPa)σ/P=S壁厚（mm）
D16D20D25
XPAP管PE-X管3.245.401.51.92.3
PB管1.317.181.31.51.9
PP-R管1.903.172.22.83.5
P=0.4MPa時，各種管材的S值及壁厚（mm） 表3
管材σ(MPa)σ/P=S壁厚（mm）
D16D20D25
XPAP管PE-X管3.248.101.31.51.9
PB管1.314.3110.781.31.3
PP-R管1.904.752.22.83.5
廠家生產的管材一般外徑×壁厚為：D16×2、D20×2、D25×2.5。由上表可比較出，在相同壓力下，PP-R管管壁最厚，PB管管壁最薄。PP-R管即使在P=0.40MPa狀態，D20管壁厚也需2.88mm，由于不好彎曲，施工困難，工程中不宜采用。PB管上由于環應力高，性能最好，可按標準厚度選用。XPAP及PE-X管在P=0.80MPa時，管壁超出標準厚度，選用時應認真核對，否則會減少使用壽命。當P=0.60MPa以下時，可按標準厚度選用。
三、供、回水溫度選用
1．采暖系統供、回水溫度
在傳統的采暖系統中，使用金屬管材，供、回水溫度95～70℃。對于埋在墊層內的塑料類管材，在設計中使用條件選用五級時，其含義為：在50年總使用周期中，正常操作溫度在20℃時共歷時14年；60℃時共歷時25年；80℃時共歷時10年；90℃時共歷時1年；100℃意外運行條件不超過100小時。由此可見，不宜使用95～70℃水溫。如果使用，只能認為系統在運行中，水溫達到95℃時間很少，有些勉強。這上種設計不夠嚴瑾，也降低了管材使用壽命。由于目前各種規程、規范沒有對水溫做出規定，在設計中就出現多種選擇95～70℃，85～60℃，80～60、甚至70～50℃也有使用。
2．供、回水溫度對散熱器散熱量的影響
以鑄鐵四柱760型散熱器為例，其傳熱系數K和每片散熱器散熱量q的計算式為：
K=2.503Δt0.293 q=f·k·Δt Δt=(t1+t2)/2 -tn
式中：f--每片散熱器散熱面積f=0.235m2
t1--供水溫度（℃ ）
t2--回水溫度（℃ ）
tn--室內溫度（℃ ），取tn =18℃
水溫變化后散熱器散熱量變化 表4
供、回水溫度（℃ ）Δt（℃ ）K（W/m2·K）q(W/ 片)
95～7064.58.49128.0
85～6054.58.07103.0
80～6052.57.9797.4
70～5042.07.4873.8
由表4比較得出，當水溫85～60℃時，散熱器散熱量為95～70℃時80%；當水溫98～70℃時，散熱器散熱量為95～70℃時76%，當水溫70～50℃時，散熱器散熱量為95～70℃時57%
3．以具體工程為例，比較不同供、回水溫度對散熱器片數及造價的影響
北京市郊區某九層住宅樓，建筑面積11286m2，采暖熱負荷583360W，采暖熱指標51.7W/m2。按’技術規程’規定，計算戶間傳熱負荷后，每戶平均增加熱負荷35%。設計中選用鑄鐵四柱760內腔無砂型散熱器，供熱管設在地面下墊層內，下分雙管采暖系統。
不同水溫所需散熱器片數和造價比較 表5
供、回水溫度
（℃ ）散熱器散熱量
（W/片）需散熱器
（片）散熱器單價
（片）總價
（萬元）造價比較
95～70128615322.013.541
85～60103764622.016.821.24
80～6097.4808622.017.791.31
70～5073.81067122.023.481.73
根據表5數據，當水溫為70～50℃時，散熱器的投資比90～70℃時增加73%，凈增投資9.94萬元。另外，散熱器過多，占用較多建筑面積，設計中很難布置。95～70℃雖然是最經濟的，但其運行溫度與塑料類管材使用條件不匹配。選用85～60℃和80～60℃雖然也增加24%和31%的投資，但考慮塑料管的使用壽命，還是比較恰當的。
四、管道與散熱器連接形式的比較
對布置在本層地面下墊層內的管道與散熱器的連接。北京市試用圖’新建集中供暖住宅分戶熱計量設計和施工試用圖集’中給出了雙管系統、水平串聯單管跨越式系統和放射雙管系統的標準做法。
1．水平串聯單管跨越式系統安裝后比較簡潔，管道不需另件連接，安裝恒溫三通閥或三通調節閥后有分室調節功能。但有計算繁瑣、系統末端水溫較低，散熱器片數較多的問題。
2．雙管系統采用XPAP管和PE-X管時，在墊層內不能有管件接頭，需將管道翻至地面上做接頭，要求散熱器有一定高度，安裝后效果不好。但在安裝恒溫二通閥或手動調節閥后，有較好的分室調節功能。
3．放射雙管系統和單管系統一樣，連接不需管件，安裝后效果較好。由于裝有分、集水器，散熱器支管加溫控閥或手動調節閥，使系統具有集中調節和分室調節功能。這種系統的缺點是當戶內房間較多時墊層內管道太多，會使地面溫度升高，另外室內裝修時有扎壞管道的可能。解決的辦法是在管道外加保護套管，防止地面溫升，并在施工結束時應有竣工圖備案，使裝修時能避開管道位置。放射雙管式和水平串聯單管跨越式系統相結合，例如把熱負荷小的房間與其相鄰的房間串聯在一起，有助于這兩種形式揚長避短，是可行的方案。石景山楊莊某小區住宅樓采用了這種形式，已投入運行，取得滿意效果。
五．結論
1．戶內供暖管布置在本層頂板正氣雙管系統最簡單，施工、檢修方便。
這種系統因管道外露不被各方看好，但目前對埋地塑料管在供暖系統中的使用壽命還有待證實。使用50只是理論推算的結果，國內還沒有使用50年的工程實例。至于管道外露，完全可以在裝修中解決。現在住宅層高已提高了100毫米，水平管只需局部吊頂住戶在房間高度上可得到實惠。
2．塑料類管材更適合用于低溫水地板輻射采暖系統
如選用供暖管埋于墊層方案，宜首選地板輻射采暖系統，因其供水溫度不超過60℃，運行溫度與管道特性匹配。輻射采暖還可降低熱負荷，節約能源，又利于樓層間隔音，使住宅更舒適，提高了住宅檔次。
3．PP-R管只適用于溫度、壓力較低的采暖系統
四種塑料管中PB管性能最好，PP-R管性能最差。PB管還有再生性，但價格高，是XPAP管價格的1.5～1.8倍，選用時應做技術經濟比較。XPAP、PE-X管在P=0.8Mpa時應加厚管壁，更適合在P=0.6Mpa以下狀態使用。
4．供暖管埋在墊層內的散熱器系統，放射雙管式與水平串聯單管跨越式相結合的系統更適用。
參考文獻：
1．北京市標準’新建集中供暖住宅分戶熱計量設計技術規程’ （DBJ 01-605-2000）
2．北京市標準’低溫熱水地析輻射供暖應用技術規程’ （DBJ 01-49-2000）
