摘要：自2000年建設(shè)部76號(hào)令'民用建筑節(jié)能管理規(guī)定'（下稱76號(hào)令）公布后，住宅采暖形式發(fā)生了很大變化，雖然已有相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程出臺(tái)，使采暖設(shè)計(jì)有了依據(jù)，但在設(shè)計(jì)中仍有許多問題需要探索。現(xiàn)就戶內(nèi)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(jìn)行了分析。通過工程實(shí)例，對(duì)選用不同水溫時(shí)，對(duì)散熱器散熱量和造價(jià)的影響做了比較。
建設(shè)部76號(hào)令和北京市'新建集中供暖住宅分戶熱計(jì)量設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程'（下稱技術(shù)規(guī)程）公布執(zhí)行后，住宅供暖設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段，延用多年的上行下給單管順序式采暖系統(tǒng)，由于不能滿足分室控制和按戶計(jì)量的要求而退出了歷史舞臺(tái)。
一、住宅采暖設(shè)計(jì)中可供選擇的戶內(nèi)系統(tǒng)形式
76號(hào)令和'技術(shù)規(guī)程'實(shí)施后，住宅采暖出現(xiàn)了多元化的系統(tǒng)形式，但仍以采用散熱器供暖方式為多數(shù)。在'技術(shù)規(guī)程'中規(guī)定當(dāng)采用散熱器供暖方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑平面和層高、裝飾標(biāo)準(zhǔn)和使用要求、管材和施工技術(shù)條件等因素，選擇采用以下戶內(nèi)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(tǒng)。
2．布置在本層地面上或鑲嵌在踢腳板內(nèi)，采用下分雙管式或水平串聯(lián)單管跨越式系統(tǒng)。
3．布置在本層地在下的墊層內(nèi)，采用下分雙管式、水平串聯(lián)單管跨越式或放射雙管式系統(tǒng)。
第一種形式是最簡(jiǎn)便的方式，除管道入戶前安裝入戶裝置外，戶內(nèi)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的上分雙管系統(tǒng)區(qū)別不大，采暖管可使用金屬鍍鋅鋼管，可按要求設(shè)置管道坡度。但由于采暖水平管及立管暴露在室內(nèi)，影響美觀，常在方案比較時(shí)被淘汰。
第二種形式，采暖管設(shè)在地面上明裝，也不被接受。鑲嵌在踢腳板內(nèi)雖可被接受，但在實(shí)施時(shí)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(shè)在地面下墊層內(nèi)，房間內(nèi)只見散熱器及其支管，現(xiàn)已被多數(shù)建設(shè)單位接受。一般是在結(jié)構(gòu)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(nèi)埋設(shè)，在管材選用、供水溫度確定等方面與傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)有較大差別。現(xiàn)就設(shè)計(jì)中遇到的一些問題進(jìn)行分析。
二、管材選用
'技術(shù)規(guī)程'規(guī)定，戶內(nèi)供暖埋設(shè)在墊層內(nèi)的管道，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工作壓力、水質(zhì)要求、材料供應(yīng)條件、施工技術(shù)條件和投資等因素選用。可供選用的管材有四種：交聯(lián)鋁塑復(fù)合（XPAP）管；聚丁烯（PB）管；交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管和無規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）管。'技術(shù)規(guī)程'還規(guī)定，對(duì)散熱器供暖系統(tǒng)，塑料類管材使用條件分級(jí)，應(yīng)不低于五級(jí)。此時(shí)管道壽命為：在20℃狀態(tài)，使用50年。但是當(dāng)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(shí)，必須根據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)下的溫度、壓力計(jì)算出管道的最小壁厚，確定適合的管材。
根據(jù)'低溫?zé)崴匕遢椛涔┡夹g(shù)規(guī)程'，管材環(huán)應(yīng)力和隨壓力之間關(guān)系如下式：
σ/P=（D-e）/2e=S (1)
式中：σ -- 環(huán)應(yīng)力（MPa）；
P -- 管內(nèi)應(yīng)力（MPa）；
D -- 管外徑（mm）；
E -- 管壁厚（mm）；
S--管材環(huán)應(yīng)力與承壓的比值。
在不同工作壓力狀態(tài)下，按（1）式可計(jì)算出S值并選出管道最小壁厚。見表1～3：
P=0.8MPa時(shí)，各種管材的S值及壁厚（mm） 表1
管材
σ(MPa)
σ/P=S
壁厚（mm）
D16
D20
D25
XPAP管PE-X管
3.24
4.05
1.8
2.3
2.8
PB管
1.31
5.39
1.5
1.9
2.3
PP-R管
1.90
2.38
3.3
4.1
5.1
P=0.6MPa時(shí)，各種管材的S值及壁厚（mm） 表2
管材 σ(MPa) σ/P=S 壁厚（mm） D16 D20 D25 XPAP管PE-X管 3.24 5.40 1.5 1.9 2.3 PB管 1.31 7.18 1.3 1.5 1.9 PP-R管 1.90 3.17 2.2 2.8 3.5
P=0.4MPa時(shí)，各種管材的S值及壁厚（mm） 表3
管材 σ(MPa) σ/P=S 壁厚（mm） D16 D20 D25 XPAP管PE-X管 3.24 8.10 1.3 1.5 1.9 PB管 1.31 4.31 10.78 1.3 1.3 PP-R管 1.90 4.75 2.2 2.8 3.5
廠家生產(chǎn)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(tài)，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(huán)應(yīng)力高，性能最好，可按標(biāo)準(zhǔn)厚度選用。XPAP及PE-X管在P=0.80MPa時(shí)，管壁超出標(biāo)準(zhǔn)厚度，選用時(shí)應(yīng)認(rèn)真核對(duì)，否則會(huì)減少使用壽命。當(dāng)P=0.60MPa以下時(shí)，可按標(biāo)準(zhǔn)厚度選用。
三、供、回水溫度選用
1．采暖系統(tǒng)供、回水溫度
在傳統(tǒng)的采暖系統(tǒng)中，使用金屬管材，供、回水溫度95～70℃。對(duì)于埋在墊層內(nèi)的塑料類管材，在設(shè)計(jì)中使用條件選用五級(jí)時(shí)，其含義為：在50年總使用周期中，正常操作溫度在20℃時(shí)共歷時(shí)14年；60℃時(shí)共歷時(shí)25年；80℃時(shí)共歷時(shí)10年；90℃時(shí)共歷時(shí)1年；100℃意外運(yùn)行條件不超過100小時(shí)。由此可見，不宜使用95～70℃水溫。如果使用，只能認(rèn)為系統(tǒng)在運(yùn)行中，水溫達(dá)到95℃時(shí)間很少，有些勉強(qiáng)。這上種設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)瑾，也降低了管材使用壽命。由于目前各種規(guī)程、規(guī)范沒有對(duì)水溫做出規(guī)定，在設(shè)計(jì)中就出現(xiàn)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(duì)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(shù)K和每片散熱器散熱量q的計(jì)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(nèi)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) 95～70 64.5 8.49 128.0 85～60 54.5 8.07 103.0 80～60 52.5 7.97 97.4 70～50 42.0 7.48 73.8
由表4比較得出，當(dāng)水溫85～60℃時(shí)，散熱器散熱量為95～70℃時(shí)80%；當(dāng)水溫98～70℃時(shí)，散熱器散熱量為95～70℃時(shí)76%，當(dāng)水溫70～50℃時(shí)，散熱器散熱量為95～70℃時(shí)57%
3．以具體工程為例，比較不同供、回水溫度對(duì)散熱器片數(shù)及造價(jià)的影響
北京市郊區(qū)某九層住宅樓，建筑面積11286m2，采暖熱負(fù)荷583360W，采暖熱指標(biāo)51.7W/m2。按'技術(shù)規(guī)程'規(guī)定，計(jì)算戶間傳熱負(fù)荷后，每戶平均增加熱負(fù)荷35%。設(shè)計(jì)中選用鑄鐵四柱760內(nèi)腔無砂型散熱器，供熱管設(shè)在地面下墊層內(nèi)，下分雙管采暖系統(tǒng)。
不同水溫所需散熱器片數(shù)和造價(jià)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(jià)
（片）
總價(jià)
（萬元）
造價(jià)比較
95～70
128
6153
22.0
13.54
1
85～60
103
7646
22.0
16.82
1.24
80～60
97.4
8086
22.0
17.79
1.31
70～50
73.8
10671
22.0
23.48
1.73
根據(jù)表5數(shù)據(jù)，當(dāng)水溫為70～50℃時(shí)，散熱器的投資比90～70℃時(shí)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(shè)計(jì)中很難布置。95～70℃雖然是最經(jīng)濟(jì)的，但其運(yùn)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(dāng)?shù)摹?BR>
四、管道與散熱器連接形式的比較
對(duì)布置在本層地面下墊層內(nèi)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(jì)量設(shè)計(jì)和施工試用圖集'中給出了雙管系統(tǒng)、水平串聯(lián)單管跨越式系統(tǒng)和放射雙管系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)做法。
1．水平串聯(lián)單管跨越式系統(tǒng)安裝后比較簡(jiǎn)潔，管道不需另件連接，安裝恒溫三通閥或三通調(diào)節(jié)閥后有分室調(diào)節(jié)功能。但有計(jì)算繁瑣、系統(tǒng)末端水溫較低，散熱器片數(shù)較多的問題。
2．雙管系統(tǒng)采用XPAP管和PE-X管時(shí)，在墊層內(nèi)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(dòng)調(diào)節(jié)閥后，有較好的分室調(diào)節(jié)功能。
3．放射雙管系統(tǒng)和單管系統(tǒng)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(dòng)調(diào)節(jié)閥，使系統(tǒng)具有集中調(diào)節(jié)和分室調(diào)節(jié)功能。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是當(dāng)戶內(nèi)房間較多時(shí)墊層內(nèi)管道太多，會(huì)使地面溫度升高，另外室內(nèi)裝修時(shí)有扎壞管道的可能。解決的辦法是在管道外加保護(hù)套管，防止地面溫升，并在施工結(jié)束時(shí)應(yīng)有竣工圖備案，使裝修時(shí)能避開管道位置。放射雙管式和水平串聯(lián)單管跨越式系統(tǒng)相結(jié)合，例如把熱負(fù)荷小的房間與其相鄰的房間串聯(lián)在一起，有助于這兩種形式揚(yáng)長(zhǎng)避短，是可行的方案。石景山楊莊某小區(qū)住宅樓采用了這種形式，已投入運(yùn)行，取得滿意效果。
五．結(jié)論
1．戶內(nèi)供暖管布置在本層頂板正氣雙管系統(tǒng)最簡(jiǎn)單，施工、檢修方便。
這種系統(tǒng)因管道外露不被各方看好，但目前對(duì)埋地塑料管在供暖系統(tǒng)中的使用壽命還有待證實(shí)。使用50只是理論推算的結(jié)果，國(guó)內(nèi)還沒有使用50年的工程實(shí)例。至于管道外露，完全可以在裝修中解決。現(xiàn)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(shí)惠。
2．塑料類管材更適合用于低溫水地板輻射采暖系統(tǒng)
如選用供暖管埋于墊層方案，宜首選地板輻射采暖系統(tǒng)，因其供水溫度不超過60℃，運(yùn)行溫度與管道特性匹配。輻射采暖還可降低熱負(fù)荷，節(jié)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(tǒng)
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(jià)格高，是XPAP管價(jià)格的1.5～1.8倍，選用時(shí)應(yīng)做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。XPAP、PE-X管在P=0.8Mpa時(shí)應(yīng)加厚管壁，更適合在P=0.6Mpa以下狀態(tài)使用。
4．供暖管埋在墊層內(nèi)的散熱器系統(tǒng)，放射雙管式與水平串聯(lián)單管跨越式相結(jié)合的系統(tǒng)更適用。
參考文獻(xiàn)：
1．北京市標(biāo)準(zhǔn)'新建集中供暖住宅分戶熱計(jì)量設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程' （DBJ 01-605-2000）
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