对低温热水地面辐射采暖系统材料选择和设计施工时的一些探讨

摘要：根据多年来所遇项目的施工运行和实践，以及对本区域内多家其他地暖施工企业、施工项目的技术了解考察，阐述一些目前住宅采暖工程中，低温热水地面辐射采暖的常见管道材质选择和设计施工中常遇到的问题。

关键词：居住建筑 地面辐射采暖管材

中图分类号：TU832.1 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: according to many years' meet the construction of the project operation and practice, and several other region construction enterprise, the construction project of floor heating technology understand investigation, this paper expounds some current residential heating engineering, low temperature hot water the radiant floor heating pipe material choose and design the common problems in construction.

Keywords: residential building radiant floor heating pipes

发展历史

地面辐射采暖实际上已经使用了很长一段时间。追忆地面辐射供暖的渊源，还应归于中国的热炕头，后来传到国外，并得到创新和发展。

罗马人使用精心制作的火沟渠和地板下的管道系统对浴室的石质地板进行加热。韩国人也在百年前在他们的房子下面使用相似的充满石头的火坑系统。1909年一个英国人为他采用嵌入在混凝土或石膏内管道的辐射采暖系统申请了专利。在上世纪40至50年代期间，热水地面辐射采暖行业开始发展起来，但由于原料生产和安装铜或黑铁管的劳动成本和管道联接的一些性能问题，导致在上世纪60年代热水地面辐射采暖行业的衰退。到了上世纪70年代后，随着建筑材料、绝缘材料以及运用在管道上的新材料的出现，如塑料和橡胶化合物。德国、瑞士和其他欧洲的一些国家出现了非常惊人的热水地面辐射采暖运用的增长率。在美国，地面辐射采暖通过太阳能工业被重新广泛使用，为太阳能收集系统作了一个完美的匹配。热水地面辐射采暖系统需要的水温远小于哪些传统管道对流式散热器。产生了舒适温暖的地面辐射采暖系统。国内的地面辐射采暖系统起源于上世纪90年代初，经过二十年左右的发展，地面辐射采暖系统已经得到了广大消费群体的认可，用户数量逐年剧增。

一、 低温热水地面辐射采暖系统的介绍

㈠无论是集中供暖还是单户独立热源供暖，都可以采用舒适、节能和运行成本较低等显著优点的低温热水地面辐射采暖。辐射采暖方式通过减少气流形成了较为合理的室内温度分布和热效应，降低了室温。而传统大多数常规加热系统使用对流方式将热传递到室内，强制空气系统使用强制对流和自然对流结合的形式达到热分布。相对于传统散热器来说，低温热水地面辐射采暖系统更加有利于室内的装修设计与家具的布置。而且低温热水地面辐射采暖系统运行费用低，使用寿命长。

㈡低温热水地面辐射系统施工工艺流程

楼面抄平放线------ 集分水器安装-------绝热层铺设-------伸缩缝的设置-------地暖管的安装------- 一次压力试验-------填充层施工-------二次压力试验------- 面层施工

二、低温热水地面辐射系统常见管道材质选择和设计施工中常遇到的问题

㈠管材的设计选择及使用：

1、管材的氧渗透问题。所有水循环加热易受氧通过许多途径进入系统的影响。系统中有过多数量的氧会由于腐蚀而导致铁类金属组件过早的失灵。所有复合管会有一定抗渗透程度。依赖于各种各样的因素可能会引起地面辐射加热系统中类铁金属的一些问题。温度作为决定性的因素必须要重点考虑。内部系统压力和流量速度也是非常重要的。水质也担当了一个重要的角色。尽管氧渗透在实验室中可测量，但已经有了许多关于在实际安装中长期影响的争论。另一方面，许多管材制造商提供了管道是带氧传播阻挡层的能够很大程度地减少指定的可测量的氧渗透数量，这不再是一个问题。目前推荐使用通过管壁的管道氧传播的标准，当系统中有类铁金属呈现时，每立方米每天不能超过0.1克。氧渗透的解决方法主要有四种。一种选择是象上述所提及的使用有氧阻挡层的复合管道，因为类铁金属是有风险的。使用热交换器可以作为第二种选择，分隔传播组件中的热转移的流量，第三种就是在系统设计和安装时可以使用哪些不腐蚀的元件。最后是把腐蚀抑制剂加在热水系统中控制腐蚀。

2、管材的耐温、膨胀的问题及管接头的问题。复合管道在过去二十年中安装的大多数地面热水辐射采暖系统中得到最广泛的使用。它的重量较轻，具柔韧性好，耐腐蚀的特点，对热胀冷缩有很好适应能力不容易变形、起皱、弯曲变形。并且管道内部相对平滑的结构使用水流的阻力远比金属管道小得多。还很容易实现在相对长的盘绕中没有接头的管道布置方式。此类管材日前市场的有聚丁烯管PB、交联聚乙烯管PE-、耐热聚乙烯管PE一RT.、无规共聚聚丙烯管PP--R和镶嵌共聚聚丙烯PP-等。

3、可从以下几个方面对日前市场上各类管材进行比较：

①按许用环应力排序。.各种管材的许用环应力是个重要指标，按其值从大至小，依次为聚丁烯管PB、交联聚乙烯管PE一X、耐热聚乙烯管PE-RT、无规共聚聚丙烯管PP-R和镶嵌共聚聚丙烯PP-B管。

②按市场价格的高低排列.大体上也是上述顺序。并非是一定要选择许用应力高的管材，例如:实际使用寿命不需要50年或使用温度较低工作压力较低的场所，就可以选择许用设计应力较小的管材。

③环保问题、.聚丁烯管PB、无规共聚聚丙烯管PP一R是可以再生的材料，对环保较为有利，有条件应优先采用，这两种管材可用热熔连接.节省昂贵的连接配件。

④管材的氧渗透问题。.与其他供暖系统共用同一集中热源水系统、且其它供暖系统采用钢制散热器等腐蚀构件时，聚丁烯管、交联聚乙烯管和无规共聚聚丙烯管，宜有阻氧层，以有效防止渗入氧对系统的氧化腐蚀。

⑤管材的纵向线膨胀问题。对于热管道应予以注意，塑料类管线膨胀.系数的概略值，按从小到大排列如下:聚丁烯管PB、无规共聚聚丙烯管PP一R、交联聚乙烯管PE一X。由于较大的纵向线膨胀，管道受热后严重变形，因此不适合明装。而埋设于混凝土垫层内的管道纵向膨胀受限制，会转化为内应力，故在强度计算时需有适量安全系数。

⑥耐低温性能问题。无规共聚聚丙烯管PP--R在一10℃环境条件下，会发生低温脆化，易在运输过程中损坏，而其

它管材的脆化温度可低达一70℃。

⑦连接形式.，各种材料中PB、PP一R和PE一RT管可用热熔连接，PBX管材必须采用专用接头机械连接，连接件宜为铜质，这其中例外的是PP一R、PP一B管，由于PP树脂对铜离子非常敏感，铜离子会使PP的老化速度成百倍的增加，温度越高，越为严重，所以铜质连接件与PP--R或Pp-B管直接接触的表面必须镀镍，这一点很容易被忽视，造成严重隐患

4、所以综合以上各因素，目前国内常用的低温热水辐射采暖系统安装管材基本是PE-RT 和 PEX两种为主。

①PE-RT

耐高温聚乙烯管，PE 聚乙烯塑料。代表性管材： 沈阳金德，南京菲斯特，上海天安等，生产原料大多数采用美国 DOW化学公司及德国巴斯夫公司生产。

②PEX 交联聚乙烯管材， PE ―聚乙烯塑料，X―交联；

代表性管材： 韩国LG，韩国东明，吉林新元，秦皇岛日泰等；生产原料大多数采用韩国 LG化学公司生产的 HDPE XL-1800 地热管专用原料。 PEX分为 A ，B，C，三级， PEX-A ，PEX-B， PEX-C 。 PEX-A ：过氧化物交联 交联度：大于 70% ，PEX-B ：硅烷水交联 交联度：大于 65% ， PEX-C：辐射交联及偶氮交联 交联度：大于 60% 。交联度低或无交联度：塑料管较软，韧性大； 交联度过高：塑料管较硬；无韧性； 因此交联度要适中80%-90%之间较理想。 热蠕动性较低为好，受热变形率低，热膨涨小，管材在使用中拉伸与挤压受力较小。

5、管材的优劣如何区分：

1．外观：内外壁光滑，管壁均匀，无气泡，折弯现象；

2．交联度一致，塑料原料与交联剂在挤出机生产过程中充分混合；

3．管材壁厚不均原因：内外壁的模具未经仔细调整,不同心

4. 管材内外壁不光滑的原因：A. 未按要求定期清理模具上的残留物B. 模具头的温度掌握的不好

5. 气泡：因为现在机器密封较好，且有检测指示，不易有空气混入，产生气泡的可能较小；

6. 包装前进行注水压力试验, 管材内有水珠（例：吉林新元管）

7. 50年寿命试验: 地热管材在国家化学建材测试中心检验测试, 测试条件: 110度, 2.8Mpa（兆帕）水压试验,通过8760小时（365×24,一年）为合格,在密封条件不见光进行.根据暖通行业的管材寿命曲线表,由表查得，70度水温，0.4Mpa(4个大气压) 的正常供暖条件下，使用寿命约为500000小时(50年以上) 。一个前提不能阳光照射, 阳光照射将加速老化，缩短使用寿命，避光可使塑料制品减缓老化，使寿命延长，这也是分水器前地热管加避光护套的原因之一。另一方面原因是避免夏季供暖停止时光线照射产生水藻,绿苔,造成管路栓塞或堵塞。

㈡绝缘保温板选择和使用：

1、绝缘好的建筑物是一个成功热水地面辐射系统最好的保证。绝缘越是差的，热损失就越高。高热损失需要较高的地面表面温度。绝缘差的建筑物能产生超过人类舒适等级的地面温度，并且容易因地面的过热引起地板材料的变形。

2、目前，市场上常用绝缘保温材料有两种：聚苯乙烯保温板(EPS) 、挤塑聚苯乙烯保温板(XPS) 。国家标准要求(容重)20KG/立方米以上，厚度20MM，导热系数较低,吸水率小，通常在市场上都达不到这种密度，17-18KG/立方米，厚度15-17MM算是好的，（每公斤增加成本40元左右一立方米）。从一些厂家经销商处了解得到的反映是，质量太好的，反而销量不好；密度太低时，如果豆石混凝土覆盖太薄，时间长了局部载荷过大，易造成塌陷现象(大连已经有此类事件报道)，因为地热采暖要求带腿卧具，家具，才不影响散热效果。第二种是挤塑聚苯乙烯保温板(XPS) 容重大于42KG/立方米，挤压成型，较脆，适宜地面平整的地热铺装，造价较高。以上两者都应选择阻燃材料。 3、保温板的铺设 1)整板放在四周，切割板放在中间 2)平整度，高差不允许超过正负5MM)缝隙不大于5MM 4、保温板反射膜的选择和铺设

1)基材为无纺布的为好，纸质的差一些，作豆石混凝土地面时易受潮湿损坏；纯铝箔的好，化学真空镀层的差一些。

2)反射膜铺设一定平整，不得有褶皱遮盖严密，不得有漏保温板或地面现象 3)反射膜方格对称整齐,不得有错格现象发生，(方便计算管道间距，反射膜方格间距为5公分) 4)反射膜之间必须用透明胶带或铝箔胶带粘贴

㈢采暖用的地板选择和使用：

由于地热采暖的特殊性，是以整个地面的均匀热辐射作为散热系统，当在地面上加上更厚的地面覆盖物时，在地面覆盖物下面的热质必须增加温度以保持适当的地面温度。如果使用绝缘地板覆盖物，象地毯和垫子将会逆向地影响反应时间。更好的绝缘的地板覆盖物，对于热水地面辐射采暖系统来说，就需要更高的温度。在大的落地窗或出入门口部位硬表面的瓷砖地面是非常适用的，硬表面有更多的热输出量并能较快的使周围环境的冷空气温度升高，达到一个比较舒适的感知温度。

因而在地热采暖环境下，对地热地板要求较高，首先具备很好的散热性；其次具有良好的耐热性，长期耐高温不变形，尺寸稳定，含水率低；最后是绿色环保，确保使用健康安全。建议使用窄条较薄的地板，一是散热较好，二是受热变形不明显．

㈣地板间隔运用：

1、在施工中，不必为护壁板或地板留有余量，所有地板间隔是可以被使用的。家具或器具可以设置到墙上。在窗下和玻璃门前是不需要地板。安装在地板上的家具或对象将从地板上吸收热，依次，他们表面温度将被提升。热累积的过多会引起食物快速变质，因此在壁橱下使用热水地面辐射系统是不合理的，而在卫生间浴室或淋浴下面运用热水地面辐射系统，甚至在四周瓷砖使用的话也是非常令人满意的。

2、分区制：热水地面辐射采暖系统独特的优势是分区制的灵活性。每个管道线路可以设计成各个加热分区或设计成由单一的温控器操作的整体系统。但实际上不必要这样做。热水地面辐射采暖系统在自然地自控热输出能力上非常独特，热输出量的比率是由地板表面温度与周围环境平均辐射温度的差异决定的。即使地板表面温度是相同的，结果就是在落地窗附近的热水地面辐射采暖系统输出量比内部房间内的热水地面辐射采暖系统输出量要多得多。对设计的考验就是要为每一个位置确定适合的水温和流量。

㈤钢丝网选择和使用：

1、 市场上的铁网规格为1M×2M 铁网铁丝直径分为1.5MM，1.6MM，1.7MM，1.8MM. 2.0MM，2.3MM，2.8MM等等

2、铁网的作用：

A. 便于管材固定,使管距更均匀.更平直

B.使回填豆石混凝土变型应力得以分散,使地面减少产生裂纹,保护保温层不塌陷,起混凝土的骨架作用，铁丝粗一些的铁网较好.

3、钢丝网铺设的注意事项： 1)钢丝网(100*100mm)用扎带固定 2)钢丝网四周连接处需用扎带固定，每片钢丝网扎代数数量不得少于12个。 3)不得出现钢丝网翘起现象 4、墙体隔热层要用胶粘贴牢固不得脱落

㈥、集分水器、主管路阀门、过滤器及其他铜配件的选择和使用：

1、目前市场上主要有可自动控制温度的温控型, 普通铜质，不锈钢， PPR 等等，常用的是普通铜质分水器。应通过鉴定： 密封性试验：1.6兆帕，30秒钟不泄漏；耐压性试验：95度，2.5兆帕，1小时，不渗漏变形，主管铜体无沙眼，壁厚一些，并均匀，每个支路间隔大一些，便于今后维护；

2、集分水器上的支路阀门，阀芯为铜质镀镍的好，不易腐蚀；另外地热管与分水器的卡套连接处，胶圈密封的胶圈易老化，寿命短，直接铜件连结的寿命长。分集水器安装时往往忽略旁通管的安装，一般来说主要原因是设计只给出分集水器有几个环路以及管径，并末

强调旁通管，而施工买来的分集水器自身又不一定自带旁通装置。旁通管的连接位置，应在总进水管的始端(阀门之前)和总出水管的末端(阀门之后)之间，以保证对供暖管路冲洗时水不流进加热管。

3、主管路阀门、过滤器及其他铜配件：模锻的铜体，无沙眼，内部的过滤网不锈钢的为好，铁质过滤网的易锈蚀，烂掉。 锻制的好，型材加工的差一点儿。

㈧、回填层的铺设

硬表面的地板构造，比如混凝土，瓷砖都是与热水地面辐射系统相匹配的。 1、细石混凝土保护层铺设，铺设前先检查压力表，如压力表压力低于4MPA,则禁止施工。 2、混泥土搅拌：严禁直接在地暖管上进行混泥土搅拌。可在地暖管上铺垫木板或者是塑料板。施工时不得出现地暖盘管外露现象，如墙边保温条脱落，需将边界保温条复位。 3、混凝土找平后地面高差不得大于5mm。 4、铺设混凝土时，在门口、过道、地漏等位置必须做好记号，防止后期施工中不当行为破坏地暖管道。

结束语

综上所述，低温热水地面辐射采暖进一步的发展和应用，还需要有更多的业内人士参与。应根据工程的使用年限、热介质参数、使用条件等级。以及投资费用、运行成本等多方面因素，经综合比较合理选用。需对上述各项进行仔细的分析，这将涉及房间热过程的许多方面问题，诸如空气温度分布、墙体导热等。需要不断总结设计的合理性和安装方法的可靠性，并积累相关经验。

参考文献：

1、《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002

2、《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》JGJ142-2004

3、商都采暖网 www.省略

4、> 03SS408中国建筑标准设计研究院出版

5、四季春地暖说明

6、金德 PE-RT地热管 www.省略

7、

8、 机械工业出版社 2004年1月 史新华

作者简介：周晓科，1979年生男，汉族，河北石家庄人， 主要从事房屋建筑机电安装工程管理与造价方面的工作.