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摘要 通过实际工程的使用情况反馈和调研，了解到低温地板辐射采暖系统中存在室内实感温度偏高，地板表面温度也偏高和地表温度分布不均匀等现象，于是分别从供回水温度，室温选取和地面散热量和施工配合等方面原因进行分析，对在地板辐射供暖的设计时需要应注意的问题和应遵循的步骤进行了总结。
关键词低温地板辐射 散热量 热负荷度
中图分类号： O434.11 文献标识码： A 文章编号：
1引言
地面辐射供暖是一项既古老又崭新的技术。在我国地面采暖可追朔到明朝末年，为皇宫王室才能拥有的取暖方式。从古至今，人类不断传承文明，开拓创新，发展进步。现在随着科技时代的到来，地面供暖技术已从原始的烟道散热火炕式采暖发展成为以现代材料为热媒的地面辐射供暖。该技术早在上世纪30年代就在发达国家开始应用，我国在50年代就已将技术应用于人民大会堂、华侨饭店等工程中。近十年来，地面辐射供暖主要由于具有舒适、节能、卫生、不影响室内观感和不占用室内面积和空间等显著的优点，在三北地区的住宅和公共建筑中，应用的越来越广泛。随着低温热水地板辐射采暖系统的广泛应用，我国在这方面有比较深入的研究，相关技术日益成熟。但在实际工程设计中，笔者发现，由于好多同行忽略了地板辐射采暖系统的特殊性，往往评着经验数据，把地板辐射系统设计简单化，结果使工程没有做到经济合理、安全适用，为了进一步了解低温地板辐射采暖系统热工性能及其供热的基本规律，笔者结合对通辽市某住宅楼的已建工程的调研，并通过对后续工程优化设计后投入使用的对比，分析和实测，对低温地板辐射采暖的设计中需要注意的问题进行了分析和总结，以期对同行在设计相关工程有所帮助。
2、 工程介绍该建筑小区为分多期建设的多层住宅，笔者参加的三期设计的各楼均为地上六层，地下一层，为自行车库，均不采暖。住宅户内均采用地板辐射采暖。本楼为集中采暖，热源为小区内的热力站，小区内直埋进入每幢楼，供回水立管的管道井里，由管道井内引入户内，单独计量，分、集水器均设于每户户内厨房形成独立的采暖系统。采暖的设计供回水温度为55/45℃，连续采暖。地板辐射采暖的管材选用交联铝塑复合管(XPAP)。
本住宅楼的采暖室内设计温度为20℃，根据《低温地板辐射采暖应用技术规程》中供暖热负荷计算宜将室内温度降低2℃计算，故进行采暖负荷计算时室内设计温度按18℃计算。本设计地板散热量适当考虑家具的遮挡因素，家具对地板面积遮挡的有效面积系数按20%-30%考虑，面积小的房间取较大值，面积大的房间取较小值。本工程分五期建设，笔者从第三期开始着手设计。设计前，笔者通过开发商对前两期投入使用情况反馈，并现场调研得知前几期普遍存在以下问题：：（1）室内偏热；（2）地面温度偏高；（3）地面温度分布不均匀等。通过了解和对比发现设计施工中存在一些问题，是直接导致这些现象的原因。下面就对这些情况做一分析。
3、设计过程中一些细节的分析
3.1负荷计算不合理使得室内温度感偏高
在前几期的设计中，设计人员在确定负荷时未考虑辐射采暖与对流采暖的区别，直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算。相同条件下，辐射采暖时壁面温度比对流采暖时高，减少了墙壁对人体的冷辐射，而人对室内热环境的感受常以实感温度来衡量，实感温度可比室内环境温度高2~3℃，因此在保持相同舒适感的情况下，辐射采暖室内空气温度可比对流采暖时低2~3℃或在负荷计算时取对流采暖热负荷的0.9~0.95（对于全面辐射供暖来说）。
另外现在好多资料都提供了的根据不同管间距直接查取地板散热量，甚至根据经验确定管间距，而忽略了其适用条件。如适用条件中给出了加热管材，公称外径，填充层厚度，供回水温差等，当这些条件有一项不吻合，均会导致地面层热阻变化，地板散热量变化，从而有可能使室内温度升高，室内偏热。同理，供回水温差的改变，管间距的增减，管内平均水温的变化，也将影响地板散热量的大小。如某工程设计时供回水温度为50℃/40℃，室内温度为18℃，管间距为250mm，地面层为木地板，地板散热量约89w/m2。由于某种原因供回水温度改为55℃/45℃,供回水温差没有变，施工时未做变更，结果实际运行时，室内温度却高达23~24℃，温升约5~6℃，地表温度也升高了5℃左右。
因此设计时应进行细致的计算，否则不仅偏离设计要求，而且也将浪费能源。
3.2忽略对地面设计温度的校核
在实际设计的过程中，往往作完负荷计算选定管间距后忽略了对对面温度的校核。而地面温度过高，长久之后人体也会感到不适，而且对地面覆盖物也有一定影响，因此根据卫生要求、人体热舒适性条件和房间用途，对地面温度做了一些规定。地板辐射采暖时地板表面平均温度tb与加热管的管径d、管间距s、加熱管埋深h、地板导热系数λ、供回水平均温度ｔｐ和室内温度ｔｎ有关，即
ｔｂ＝ｆｄ，ｓ，ｈ，λｔｐｔｎ
由于地板单位面积散热量ｑ与单位面积埋管的散热量有关，即与ｄ、ｓ、ｈ、λ、ｔｐ有关，则有
ｑ＝ｇ ｄ ｓ ｈ λｔｐ
因此得出近似公式
ｔｂ＝ｔｎ＋９（ｑ/１００）０．９０９
由上述公式可以知道影响地面温度的因素。在工程中引起地面温度偏高的直接原因主要有以下几个方面。
ａ负荷偏大
如１中所述，由于多种原因，造成设计热负荷偏大。由于室内热负荷偏大，将使地板单位面积散热量ｑ增加，根据式（３）可知，地板表面平均温度ｔｂ也增大。
ｂ供回水平均温度偏大
由１中的例子可知，当供回水平均温度ｔｐ升高时，室内温度升高，地表温度也升高。
ｃ埋管深度不够
有些房地产开发商为了降低房屋造价，将层高减小，用户为了保证室内足够的净高，有的采用减小加热管埋深的做法。由于埋深ｈ减小，使地板热阻减小，而且单位面积地板散热量ｑ增加了，从而使得地面温度ｔｐ偏高。如图1所示，图中实线为等温线，虚线为热流线。由图可知，
因此设计和施工配合时应对每一个有可能影响地板辐射系统的地面温度变化的因素重新校核，使得地板辐射系统中地面温度处在一个合理的范围内。
3.3影响地面温度不均匀的主要原因
地面温度分布均匀程度主要受埋管深度h、管间距s大小、布管方式等影响。
3.3.1 埋管深度与管间距
如图1所示，沿热流线方向填充层的热阻是变化的，这样使得辐射板表面是不等温面，管顶所对应的地面温度tb最高，当相邻两加热管中的热水温度相等（t1=t2）时，两管中间处的地面温度tS/2最低。埋深h越小，tb-tS/2越大，地面温度分布越不均匀。因此埋深减小不仅导致地面温度偏高，而且使地面温度分布也不均匀。
在图1中，当管间距s增大时，两管间叠加强度减小，tS/2减小，tb-tS/2将增大，地面温度分布更加不均匀。为了保证地面温度分布均匀性，工程中一般限定管间距不宜大于300mm。当地面散热量大时，即使管间距为300mm也显得过密，此时可通过调整加热管水流量，水温等来适应要求。
总之，管间距越小，埋深越大，地板表面温度越均匀，因此设计时应注意这一点。
3.3.2 布管方式
沿加热管水流方向，水温逐渐降低。图1表示了两管内水温相等的情况，当两管内水温不等时，如t1>t2，则等温线和热流线分布如图2所示，
温度最低值不在s/2处，而是偏向温度较低的一侧。地板辐射采暖常用的布管方式有平行排管式，蛇形排管式及回字形盘管式，如图3所示。图中表示了各种布管方式地板表面温度变化情况。第一种方式地板表面平均温度沿水的流程方向逐步均匀降低；第二种方式地板表面温度在小面积上波动大，但平均温度分布较均匀。第三种方式辐射板表面平均温度也是沿水的流程波动，如果布置合理，辐射板表面平均温度波动将很小，温度分布更均匀。 三种布管方式地面温度分布与波动情况是不一样的，房间内具体采用何种方式应根据房间用途，房间热工热性，遵循温度均匀分布原则而定。
3.3.3 其他情况
由于沿外窗或外墙侧热损失较大，一般将高温管段优先布置在该处，或在沿外窗外墙一定范围内布管密些，即缩小管间距。这一点工程设计中基本注意了，但个别工程在这些地方布管过密，沿外窗外墙侧地面温度偏高，加大了热损失。 对于局部区域温度过高的情况（如加热管出口处温度较高，而且布管较密），当对该处地面温度有要求时，应在加热管上方加装隔热板。这是工程中常出现的，由于布水器有多个分支管，且出口间距一般为80~100mm，因此出口处地面温度往往偏高，有的甚至超过规定温度，对地面材料产生了一定破坏，因此设计中应注意。
4、 结论
综合以上诸多问题，多是由于设计中没考虑辐射采暖的特点而造成的。地板辐射采暖设计看似简单，实际设计中需综合考虑室内温度、地面温度高低、地面温度分布均匀性等的要求，以及相互之间的关系。室内温度与地面温度以及地板散热量有很强的耦合性，某一者的变化将引起其他量的连锁变化。因此在设计中应该遵循以下步骤:
1) 精确计算每间房间的热负荷；
2) 根据已知条件，如建筑面积、地面结构及材料、室内温度要求以及房间要求的地面温度范围，确定地板散热量q。
3) 根据散热量q、室内温度tn、供回水温度tg/th、地板热阻R，并假定加热管管径d，初步确定管间距s。
若管间距s≤300mm，则进行下一步；若不满足，首先调整供回水温度（在温差不变的前提下），重新计算管间距s，直至合适为止。
4) 根据房间布置情況，并在保证单管长L≤120m的条件下，确定支管数，根据房间用途及热工特性，遵循温度均匀分布的原则进行布管。布管时应注意尽量使各并联管路平衡。
5)计算各支管水量G，校核系统阻力是否平衡，注意管内的流速V不应低于0.25m/s。
总之，低温地板辐射采暖系统设计应认真计算，应对每个影响温度变化的设计条件的变更进行校核，更不应简单按经验套用，这样才能使得设计出来的地板辐射系统安全，舒适，节能。
参考文献
[1]低温热水地板辐射供暖应用技术规程（DBJ T01-49-00）
[2]采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)
[3]李清清.地板辐射供暖供冷中地板换热性能的研究.《山东建筑工程学院硕士毕业论文》 2003
[4]陆耀庆.经济型地板辐射供暖模式的探讨.暖通空调新技术.2000.（2）
[5]陆耀庆.供热通风设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1987
[6]宗立华.塑料埋管地板辐射供暖的热性能分析.暖通空调.2000.30（1）
[7]田夏、王随林、潘树源. 新型低温热水辐射供暖地板构造热过程研究. 《暖通专业委员会论文集》.2006.
关键词低温地板辐射 散热量 热负荷度
中图分类号： O434.11 文献标识码： A 文章编号：
1引言
地面辐射供暖是一项既古老又崭新的技术。在我国地面采暖可追朔到明朝末年，为皇宫王室才能拥有的取暖方式。从古至今，人类不断传承文明，开拓创新，发展进步。现在随着科技时代的到来，地面供暖技术已从原始的烟道散热火炕式采暖发展成为以现代材料为热媒的地面辐射供暖。该技术早在上世纪30年代就在发达国家开始应用，我国在50年代就已将技术应用于人民大会堂、华侨饭店等工程中。近十年来，地面辐射供暖主要由于具有舒适、节能、卫生、不影响室内观感和不占用室内面积和空间等显著的优点，在三北地区的住宅和公共建筑中，应用的越来越广泛。随着低温热水地板辐射采暖系统的广泛应用，我国在这方面有比较深入的研究，相关技术日益成熟。但在实际工程设计中，笔者发现，由于好多同行忽略了地板辐射采暖系统的特殊性，往往评着经验数据，把地板辐射系统设计简单化，结果使工程没有做到经济合理、安全适用，为了进一步了解低温地板辐射采暖系统热工性能及其供热的基本规律，笔者结合对通辽市某住宅楼的已建工程的调研，并通过对后续工程优化设计后投入使用的对比，分析和实测，对低温地板辐射采暖的设计中需要注意的问题进行了分析和总结，以期对同行在设计相关工程有所帮助。
2、 工程介绍该建筑小区为分多期建设的多层住宅，笔者参加的三期设计的各楼均为地上六层，地下一层，为自行车库，均不采暖。住宅户内均采用地板辐射采暖。本楼为集中采暖，热源为小区内的热力站，小区内直埋进入每幢楼，供回水立管的管道井里，由管道井内引入户内，单独计量，分、集水器均设于每户户内厨房形成独立的采暖系统。采暖的设计供回水温度为55/45℃，连续采暖。地板辐射采暖的管材选用交联铝塑复合管(XPAP)。
本住宅楼的采暖室内设计温度为20℃，根据《低温地板辐射采暖应用技术规程》中供暖热负荷计算宜将室内温度降低2℃计算，故进行采暖负荷计算时室内设计温度按18℃计算。本设计地板散热量适当考虑家具的遮挡因素，家具对地板面积遮挡的有效面积系数按20%-30%考虑，面积小的房间取较大值，面积大的房间取较小值。本工程分五期建设，笔者从第三期开始着手设计。设计前，笔者通过开发商对前两期投入使用情况反馈，并现场调研得知前几期普遍存在以下问题：：（1）室内偏热；（2）地面温度偏高；（3）地面温度分布不均匀等。通过了解和对比发现设计施工中存在一些问题，是直接导致这些现象的原因。下面就对这些情况做一分析。
3、设计过程中一些细节的分析
3.1负荷计算不合理使得室内温度感偏高
在前几期的设计中，设计人员在确定负荷时未考虑辐射采暖与对流采暖的区别，直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算。相同条件下，辐射采暖时壁面温度比对流采暖时高，减少了墙壁对人体的冷辐射，而人对室内热环境的感受常以实感温度来衡量，实感温度可比室内环境温度高2~3℃，因此在保持相同舒适感的情况下，辐射采暖室内空气温度可比对流采暖时低2~3℃或在负荷计算时取对流采暖热负荷的0.9~0.95（对于全面辐射供暖来说）。
另外现在好多资料都提供了的根据不同管间距直接查取地板散热量，甚至根据经验确定管间距，而忽略了其适用条件。如适用条件中给出了加热管材，公称外径，填充层厚度，供回水温差等，当这些条件有一项不吻合，均会导致地面层热阻变化，地板散热量变化，从而有可能使室内温度升高，室内偏热。同理，供回水温差的改变，管间距的增减，管内平均水温的变化，也将影响地板散热量的大小。如某工程设计时供回水温度为50℃/40℃，室内温度为18℃，管间距为250mm，地面层为木地板，地板散热量约89w/m2。由于某种原因供回水温度改为55℃/45℃,供回水温差没有变，施工时未做变更，结果实际运行时，室内温度却高达23~24℃，温升约5~6℃，地表温度也升高了5℃左右。
因此设计时应进行细致的计算，否则不仅偏离设计要求，而且也将浪费能源。
3.2忽略对地面设计温度的校核
在实际设计的过程中，往往作完负荷计算选定管间距后忽略了对对面温度的校核。而地面温度过高，长久之后人体也会感到不适，而且对地面覆盖物也有一定影响，因此根据卫生要求、人体热舒适性条件和房间用途，对地面温度做了一些规定。地板辐射采暖时地板表面平均温度tb与加热管的管径d、管间距s、加熱管埋深h、地板导热系数λ、供回水平均温度ｔｐ和室内温度ｔｎ有关，即
ｔｂ＝ｆｄ，ｓ，ｈ，λｔｐｔｎ
由于地板单位面积散热量ｑ与单位面积埋管的散热量有关，即与ｄ、ｓ、ｈ、λ、ｔｐ有关，则有
ｑ＝ｇ ｄ ｓ ｈ λｔｐ
因此得出近似公式
ｔｂ＝ｔｎ＋９（ｑ/１００）０．９０９
由上述公式可以知道影响地面温度的因素。在工程中引起地面温度偏高的直接原因主要有以下几个方面。
ａ负荷偏大
如１中所述，由于多种原因，造成设计热负荷偏大。由于室内热负荷偏大，将使地板单位面积散热量ｑ增加，根据式（３）可知，地板表面平均温度ｔｂ也增大。
ｂ供回水平均温度偏大
由１中的例子可知，当供回水平均温度ｔｐ升高时，室内温度升高，地表温度也升高。
ｃ埋管深度不够
有些房地产开发商为了降低房屋造价，将层高减小，用户为了保证室内足够的净高，有的采用减小加热管埋深的做法。由于埋深ｈ减小，使地板热阻减小，而且单位面积地板散热量ｑ增加了，从而使得地面温度ｔｐ偏高。如图1所示，图中实线为等温线，虚线为热流线。由图可知，
因此设计和施工配合时应对每一个有可能影响地板辐射系统的地面温度变化的因素重新校核，使得地板辐射系统中地面温度处在一个合理的范围内。
3.3影响地面温度不均匀的主要原因
地面温度分布均匀程度主要受埋管深度h、管间距s大小、布管方式等影响。
3.3.1 埋管深度与管间距
如图1所示，沿热流线方向填充层的热阻是变化的，这样使得辐射板表面是不等温面，管顶所对应的地面温度tb最高，当相邻两加热管中的热水温度相等（t1=t2）时，两管中间处的地面温度tS/2最低。埋深h越小，tb-tS/2越大，地面温度分布越不均匀。因此埋深减小不仅导致地面温度偏高，而且使地面温度分布也不均匀。
在图1中，当管间距s增大时，两管间叠加强度减小，tS/2减小，tb-tS/2将增大，地面温度分布更加不均匀。为了保证地面温度分布均匀性，工程中一般限定管间距不宜大于300mm。当地面散热量大时，即使管间距为300mm也显得过密，此时可通过调整加热管水流量，水温等来适应要求。
总之，管间距越小，埋深越大，地板表面温度越均匀，因此设计时应注意这一点。
3.3.2 布管方式
沿加热管水流方向，水温逐渐降低。图1表示了两管内水温相等的情况，当两管内水温不等时，如t1>t2，则等温线和热流线分布如图2所示，
温度最低值不在s/2处，而是偏向温度较低的一侧。地板辐射采暖常用的布管方式有平行排管式，蛇形排管式及回字形盘管式，如图3所示。图中表示了各种布管方式地板表面温度变化情况。第一种方式地板表面平均温度沿水的流程方向逐步均匀降低；第二种方式地板表面温度在小面积上波动大，但平均温度分布较均匀。第三种方式辐射板表面平均温度也是沿水的流程波动，如果布置合理，辐射板表面平均温度波动将很小，温度分布更均匀。 三种布管方式地面温度分布与波动情况是不一样的，房间内具体采用何种方式应根据房间用途，房间热工热性，遵循温度均匀分布原则而定。
3.3.3 其他情况
由于沿外窗或外墙侧热损失较大，一般将高温管段优先布置在该处，或在沿外窗外墙一定范围内布管密些，即缩小管间距。这一点工程设计中基本注意了，但个别工程在这些地方布管过密，沿外窗外墙侧地面温度偏高，加大了热损失。 对于局部区域温度过高的情况（如加热管出口处温度较高，而且布管较密），当对该处地面温度有要求时，应在加热管上方加装隔热板。这是工程中常出现的，由于布水器有多个分支管，且出口间距一般为80~100mm，因此出口处地面温度往往偏高，有的甚至超过规定温度，对地面材料产生了一定破坏，因此设计中应注意。
4、 结论
综合以上诸多问题，多是由于设计中没考虑辐射采暖的特点而造成的。地板辐射采暖设计看似简单，实际设计中需综合考虑室内温度、地面温度高低、地面温度分布均匀性等的要求，以及相互之间的关系。室内温度与地面温度以及地板散热量有很强的耦合性，某一者的变化将引起其他量的连锁变化。因此在设计中应该遵循以下步骤:
1) 精确计算每间房间的热负荷；
2) 根据已知条件，如建筑面积、地面结构及材料、室内温度要求以及房间要求的地面温度范围，确定地板散热量q。
3) 根据散热量q、室内温度tn、供回水温度tg/th、地板热阻R，并假定加热管管径d，初步确定管间距s。
若管间距s≤300mm，则进行下一步；若不满足，首先调整供回水温度（在温差不变的前提下），重新计算管间距s，直至合适为止。
4) 根据房间布置情況，并在保证单管长L≤120m的条件下，确定支管数，根据房间用途及热工特性，遵循温度均匀分布的原则进行布管。布管时应注意尽量使各并联管路平衡。
5)计算各支管水量G，校核系统阻力是否平衡，注意管内的流速V不应低于0.25m/s。
总之，低温地板辐射采暖系统设计应认真计算，应对每个影响温度变化的设计条件的变更进行校核，更不应简单按经验套用，这样才能使得设计出来的地板辐射系统安全，舒适，节能。
参考文献
[1]低温热水地板辐射供暖应用技术规程（DBJ T01-49-00）
[2]采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)
[3]李清清.地板辐射供暖供冷中地板换热性能的研究.《山东建筑工程学院硕士毕业论文》 2003
[4]陆耀庆.经济型地板辐射供暖模式的探讨.暖通空调新技术.2000.（2）
[5]陆耀庆.供热通风设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1987
[6]宗立华.塑料埋管地板辐射供暖的热性能分析.暖通空调.2000.30（1）
[7]田夏、王随林、潘树源. 新型低温热水辐射供暖地板构造热过程研究. 《暖通专业委员会论文集》.2006.