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对住宅采暖户内系统形式的探讨
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内容提示：自2000年建设部76号令\'民用建筑节能管理规定\'（下称76号令）公布后，住宅采暖形式发生了很大变化，虽然已有相关的设计规范、设计技术规程出台，使采暖设计有了依据，但在设计中仍有许多问题需要探索。现就户内供暖形式选择、塑料类管材选用和采暖供、回水温度的选择等总是进行了分析。通过工程实例，对选用不同水温时，对散热器散热量和造价的影响做了比较。 建设部76号令和北京市\'新建集中供暖住宅
建设部76号令和北京市'新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程'（下称技术规程）公布执行后，住宅供暖设计进入了一个新的历史阶段，延用多年的上行下给单管顺序式采暖系统，由于不能满足分室控制和按户计量的要求而退出了历史舞台。（参考《建筑中文网》）
一、住宅采暖设计中可供选择的户内系统形式
76号令和'技术规程'实施后，住宅采暖出现了多元化的系统形式，但仍以采用散热器供暖方式为多数。在'技术规程'中规定当采用散热器供暖方式时，应根据建筑平面和层高、装饰标准和使用要求、管材和施工技术条件等因素，选择采用以下户内供暖管道布置方式：
1.布置在本层顶板下，采用上分双管式系统。
2.布置在本层地面上或镶嵌在踢脚板内，采用下分双管式或水平串联单管跨越式系统。
3.布置在本层地在下的垫层内，采用下分双管式、水平串联单管跨越式或放射双管式系统。
第一种形式是最简便的方式，除管道入户前安装入户装置外，户内系统与传统的上分双管系统区别不大，采暖管可使用金属镀锌钢管，可按要求设置管道坡度。但由于采暖水平管及立管暴露在室内，影响美观，常在方案比较时被淘汰。
第二种形式，采暖管设在地面上明装，也不被接受。镶嵌在踢脚板内虽可被接受，但在实施时由于受房型限制，管道过门难处理，因而此方案也很少被采用。
第三种形式，采暖管设在地面下垫层内，房间内只见散热器及其支管，现已被多数建设单位接受。一般是在结构板上做50～60毫米垫层，并为此将房间层高提高100毫米。由于管道在垫层内埋设，在管材选用、供水温度确定等方面与传统采暖系统有较大差别。现就设计中遇到的一些问题进行分析。
二、管材选用
'技术规程'规定，户内供暖埋设在垫层内的管道，应根据系统工作压力、水质要求、材料供应条件、施工技术条件和投资等因素选用。可供选用的管材有四种：交联铝塑复合（XPAP）管；聚丁烯（PB）管；交联聚乙烯（PE-X）管和无规共聚聚丙烯（PP-R）管。'技术规程'还规定，对散热器供暖系统，塑料类管材使用条件分级，应不低于五级。此时管道寿命为：在20℃状态，使用50年。但是当压力、温度升高后，上述管材寿命都有不同程度的衰减，因而在选择管材时，必须根据系统工作状态下的温度、压力计算出管道的最小壁厚，确定适合的管材。
根据'低温热水地板辐射供暖技术规程'，管材环应力和随压力之间关系如下式：
σ/P=（D-e）/2e=S (1)
式中：σ -- 环应力（MPa）；
P -- 管内应力（MPa）；
D -- 管外径（mm）；
E -- 管壁厚（mm）；
S--管材环应力与承压的比值。
在不同工作压力状态下，按（1）式可计算出S值并选出管道最小壁厚。见表1～3：
P=0.8MPa时，各种管材的S值及壁厚（mm） 表1
| 管材 | σ(MPa) | σ/P=S | 壁厚（mm） | ||
| D16 | D20 | D25 | |||
| 3.24 | 4.05 | 1.8 | 2.3 | 2.8 | |
| 1.31 | 5.39 | 1.5 | 1.9 | 2.3 | |
| 1.90 | 2.38 | 3.3 | 4.1 | 5.1 | |
P=0.6MPa时，各种管材的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时，各种管材的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 |
厂家生产的管材一般外径×壁厚为：D16×2、D20×2、D25×2.5。由上表可比较出，在相同压力下，PP-R管管壁最厚，PB管管壁最薄。PP-R管即使在P=0.40MPa状态，D20管壁厚也需2.88mm，由于不好弯曲，施工困难，工程中不宜采用。PB管上由于环应力高，性能最好，可按标准厚度选用。XPAP及PE-X管在P=0.80MPa时，管壁超出标准厚度，选用时应认真核对，否则会减少使用寿命。当P=0.60MPa以下时，可按标准厚度选用。
三、供、回水温度选用
1.采暖系统供、回水温度
在传统的采暖系统中，使用金属管材，供、回水温度95～70℃。对于埋在垫层内的塑料类管材，在设计中使用条件选用五级时，其含义为：在50年总使用周期中，正常操作温度在20℃时共历时14年；60℃时共历时25年；80℃时共历时10年；90℃时共历时1年；100℃意外运行条件不超过100小时。由此可见，不宜使用95～70℃水温。如果使用，只能认为系统在运行中，水温达到95℃时间很少，有些勉强。这上种设计不够严瑾，也降低了管材使用寿命。由于目前各种规程、规范没有对水温做出规定，在设计中就出现多种选择95～70℃，85～60℃，80～60、甚至70～50℃也有使用。
2.供、回水温度对散热器散热量的影响
以铸铁四柱760型散热器为例，其传热系数K和每片散热器散热量q的计算式为：
K=2.503Δt0.293 q=f·k·Δt Δt=(t1+t2)/2 -tn
式中：f--每片散热器散热面积f=0.235m2
t1--供水温度（℃ ）
t2--回水温度（℃ ）
tn--室内温度（℃ ），取tn =18℃
水温变化后散热器散热量变化 表4
| 供、回水温度（℃ ） | 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比较得出，当水温85～60℃时，散热器散热量为95～70℃时80%；当水温98～70℃时，散热器散热量为95～70℃时76%，当水温70～50℃时，散热器散热量为95～70℃时57%
3.以具体工程为例，比较不同供、回水温度对散热器片数及造价的影响
北京市郊区某九层住宅楼，建筑面积11286m2，采暖热负荷583360W，采暖热指标51.7W/m2。按'技术规程'规定，计算户间传热负荷后，每户平均增加热负荷35%。设计中选用铸铁四柱760内腔无砂型散热器，供热管设在地面下垫层内，下分双管采暖系统。
不同水温所需散热器片数和造价比较 表5
| 供、回水温度 （℃ ） | 散热器散热量 （W/片） | 需散热器 （片） | 散热器单价 （片） | 总价 （万元） | 造价比较 |
| 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 |
根据表5数据，当水温为70～50℃时，散热器的投资比90～70℃时增加73%，净增投资9.94万元。另外，散热器过多，占用较多建筑面积，设计中很难布置。95～70℃虽然是最经济的，但其运行温度与塑料类管材使用条件不匹配。选用85～60℃和80～60℃虽然也增加24%和31%的投资，但考虑塑料管的使用寿命，还是比较恰当的。
四、管道与散热器连接形式的比较
对布置在本层地面下垫层内的管道与散热器的连接。北京市试用图'新建集中供暖住宅分户热计量设计和施工试用图集'中给出了双管系统、水平串联单管跨越式系统和放射双管系统的标准做法。
1.水平串联单管跨越式系统安装后比较简洁，管道不需另件连接，安装恒温三通阀或三通调节阀后有分室调节功能。但有计算繁琐、系统末端水温较低，散热器片数较多的问题。
2.双管系统采用XPAP管和PE-X管时，在垫层内不能有管件接头，需将管道翻至地面上做接头，要求散热器有一定高度，安装后效果不好。但在安装恒温二通阀或手动调节阀后，有较好的分室调节功能。
3.放射双管系统和单管系统一样，连接不需管件，安装后效果较好。由于装有分、集水器，散热器支管加温控阀或手动调节阀，使系统具有集中调节和分室调节功能。这种系统的缺点是当户内房间较多时垫层内管道太多，会使地面温度升高，另外室内装修时有扎坏管道的可能。解决的办法是在管道外加保护套管，防止地面温升，并在施工结束时应有竣工图备案，使装修时能避开管道位置。放射双管式和水平串联单管跨越式系统相结合，例如把热负荷小的房间与其相邻的房间串联在一起，有助于这两种形式扬长避短，是可行的方案。石景山杨庄某小区住宅楼采用了这种形式，已投入运行，取得满意效果。
| 五.结论 |
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200512/1327.htm
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