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摘要：地板采暖作为热舒适性优越、高效节能的采暖方式，正逐渐受到人们的重视并加以广泛应用。本文从地板采暖结构布置形式、埋管铺设方式和热源供给方式简要论述了地板采暖技术，并指出了在地板采暖在方案设计和运行管理过程中可能存在的爆管、房间热力不均衡和地板空鼓甚至开裂等问题并简要给出了一些解决方法。
关键词：地板采暖；辐射；热舒适性
1 前言
我国地处亚热带，根据一月份和七月份的平均氣温, 我国境内大致分成了严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区这五个建筑气候区。传统上严寒地区和寒冷地区，如东北、西北、华北以及青藏高原，冬季气温普遍较低，是典型的采暖地区。长江中下游流域夏热冬冷，虽然长江流域最冷月平均温度O～8℃，属于非采暖区，但随着人们生活品质的提高，该地区冬季供暖问题正越来越受到人们的关注[1]。因此，在我国，迫切需要发展一种新型、舒适、节能的采暖方式。在此背景下，地板采暖（又称低温地板辐射采暖）正逐渐受到人们的重视并加以广泛应用[2-4]。
地板采暖是一种具有久远历史的采暖方式, 早在古罗马时期就有了火地采暖的建筑，如图1所示[5]; 在我国古代，也曾有过此种采暖方式的建筑, 例如始建于明代的北京故宫就在多处采用了大面积地炕, 利用烟道从较远处热源输送热烟气来加热地面; 东北地区沿用至今的火炕火墙等都可以说是地板采暖最初的形式。如今地板采暖是通过埋设于地板下的加热管——地暖专用管或发热电缆，把地板加热到表面温度18至32℃，均匀地向室内辐射热量地板采暖而达到采暖效果。与传统的采暖方式相比，如今低温地板辐射采暖更有利于营造健康、舒适的室内空间环境，具有房间温度分布均匀、热舒适性好、高效节能、空间节省、热稳定性和维护费用低等独特优点。
图1公元前大约80年的罗马式火炕供暖装置[5]
2 低温地板辐射采暖设计
埋管铺设方式、热源供给方式和埋管结构布置形式是影响低温地板辐射采暖运行控制、房间热舒适以及建筑能耗的重要因素，是地板采暖设计中需要考虑的重要问题。为此，本文将针对这些问题进行论述。
2.1 埋管铺设方式及其特点
目前，低温地板辐射采暖埋管铺设方式根据供回水管的位置关系大致可分为蛇形、简易并行和螺旋式并行[5]，如图2所示。
供回水管蛇形铺设方式，适用于家庭的大多数地热供暖装置，具有局部小区域内温度非常均匀、适应地板结构类型广、易于安装等特点。并且，该埋管铺设方式通过改变管心距可以满足不同的热负荷要求。需要注意的是，工程实践中蛇形铺设需采用容易弯曲的管子。
供回水管简易并行铺设方式，供水和回水管在回路平面布置敷设中相互平行，适合于有较高热负荷需求的空间区域，如教堂、大型会议室等。该种铺设方式在整个供暖区域提供了一个较为均匀的温度环境，但在小的区域内有较高的温度变化。
螺旋式并行铺设方式是简易并行铺设方式的变种，适合于有较高热负荷需求的普通房屋。该种埋管铺设没有锐利的弯头，也允许埋管以小管心距进行敷设，也没有埋管交错问题，能有效克服地板采暖运行管理中可能出现的刚性问题。因此在实际工程中，埋管铺设广泛采用螺旋式并行铺设方式。
图2 埋管铺设方式：（a）蛇行，（b）简易并行，（c）螺旋式并行
2.2埋管结构及其布置形式
低温热水地板辐射采暖埋管结构一般由埋管结构层、隔湿层、绝热层和覆盖层组成。
埋管结构层主要分为木制地板结构和混凝土地板结构两种，一般工程实践中采用埋管设于混凝土的做法；绝热层一般多用聚苯乙烯泡沫板材等保温材料做成以减少热量向下传递损耗；
隔湿层则防止水进入绝热层；覆盖层指的是用户根据自己的装饰需求在地板上铺设的地板或地毯，当设有覆盖层时，因其热阻较大，会使传热效率降低。图3 给出了低温热水地板辐射采暖埋管结构[6]，图3（a）为设置在底层的埋管结构，图3(b)是设于楼板之上的带保温层的埋管结构, 图3(c)则是设于楼板之上不带保温层的埋管结构。
图3 低温热水地板辐射采暖埋管结构示意图
2.3 热源供给方式及其特点
作为进入分水器之前的热源供给方式，在目前地板供热系统中主要采取的为：
(1) 热水直供式。这种方式较简单，一般直接将热水源通过水泵供给集水器，中间过程不需要接任何换热设备。但是该方式不能调节、储备能源，存在能源浪费，因此通常选用太阳能作为这种方式的热源。
(2) 热源混合供给式。将太阳能和锅炉热水同时作为热源，当太阳能不足时开启锅炉提供辅助热源，当太阳能充裕时，则不使用锅炉热水。该方式可用换热设备储存太阳能，也可不用换热设备。
(3) 换热恒温供给式。这种方式可为用户提供恒定温度的热水，适合于对房间采暖需求较高的场所。为保证用户得到恒定的室内取暖温度，热水源必须具有比较高的需求温度，并有充足的热源。因此，该方式一般都取锅炉水作为热源，采用板式换热器传递热量。
3 地板采暖常见问题及其解决方法
随着地板辐射采暖技术的推广和应用，伴随产生了材料使用、方案设计及其运行管理过程中存在的各种问题，因此迫切需要采取积极稳妥的措施加以解决。概括起来，主要如下：
(1)爆管。产生此类问题的主要原因为进水温度过高、管子有接头。有些改造的地板采暖系统在未采取任何措施的情况下直接采用普通供暖系统室外管网提供的热水作为热源。普通供暖系统则是高温循环，以高温水进入地板采暖系统，就会导致户内温度过高，管间温度过高，管子原有的间距已经不能满足散热要求，时间长了就会导致爆管。土建施工人员在混凝土浇筑过程中不慎将管子损伤，导致管子产生接头，这就给爆管提供了条件；当接头质量不好时，在长时间的供热运行过程中就会爆管。因此，地板采暖系统都必须确保进水温度的控制措施，使得进水温度应该保证在60℃以内，以符合低温循环的要求。另外，在混凝土浇筑过程中，要密切注意保护埋管，在管子上部施工时应该搭设路架并确保路架的稳定性，使得管子不出现任何接头。
(2)房间热力不均衡。由于热水管网路径不一致导致热水流动阻力差异使得房间局部热量不均衡，有些地方过热而有些地方过冷，大大减弱了房间的热舒适性。为此，在地板采暖管路设计要确保每户房间回路，管长均衡，以达到各个均衡各条回路热量的目的。当房屋布局为错层式时，应设置两个分水器。
(3)地板空鼓甚至开裂。在混凝土垫层在施工时，没有采取必要可靠的预防措施，使得混凝土强度等级及稳定性达不到地板采暖的要求，在长时间供热的情况下，某些热量积聚的部位在温度热应力作用下混凝土垫层就会膨胀而最终致使地板起鼓、开裂。因此，混凝土垫层在施工时，要求采取可靠的预防措施。一般情况下，混凝土垫层采用混凝土巾加钢丝网，并在混凝土中加入必要的膨胀剂，这样就能增加垫层的稳定性和耐热性能。
4 结束语
地板采暖作为一种热舒适性优越、高效节能的采暖方式，在中国严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷长江中下游流域有着广阔的应用前景，正逐渐受到人们的重视并加以广泛应用。本文从地板采暖结构布置形式、埋管铺设方式和热源供给方式这三方面简要论述了地板采暖技术，并指出了在地板采暖在方案设计和运行管理过程中可能存在的爆管、房间热力不均衡和地板空鼓甚至开裂等问题并简要给出了一些解决方法。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：地板采暖；辐射；热舒适性
1 前言
我国地处亚热带，根据一月份和七月份的平均氣温, 我国境内大致分成了严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区这五个建筑气候区。传统上严寒地区和寒冷地区，如东北、西北、华北以及青藏高原，冬季气温普遍较低，是典型的采暖地区。长江中下游流域夏热冬冷，虽然长江流域最冷月平均温度O～8℃，属于非采暖区，但随着人们生活品质的提高，该地区冬季供暖问题正越来越受到人们的关注[1]。因此，在我国，迫切需要发展一种新型、舒适、节能的采暖方式。在此背景下，地板采暖（又称低温地板辐射采暖）正逐渐受到人们的重视并加以广泛应用[2-4]。
地板采暖是一种具有久远历史的采暖方式, 早在古罗马时期就有了火地采暖的建筑，如图1所示[5]; 在我国古代，也曾有过此种采暖方式的建筑, 例如始建于明代的北京故宫就在多处采用了大面积地炕, 利用烟道从较远处热源输送热烟气来加热地面; 东北地区沿用至今的火炕火墙等都可以说是地板采暖最初的形式。如今地板采暖是通过埋设于地板下的加热管——地暖专用管或发热电缆，把地板加热到表面温度18至32℃，均匀地向室内辐射热量地板采暖而达到采暖效果。与传统的采暖方式相比，如今低温地板辐射采暖更有利于营造健康、舒适的室内空间环境，具有房间温度分布均匀、热舒适性好、高效节能、空间节省、热稳定性和维护费用低等独特优点。
图1公元前大约80年的罗马式火炕供暖装置[5]
2 低温地板辐射采暖设计
埋管铺设方式、热源供给方式和埋管结构布置形式是影响低温地板辐射采暖运行控制、房间热舒适以及建筑能耗的重要因素，是地板采暖设计中需要考虑的重要问题。为此，本文将针对这些问题进行论述。
2.1 埋管铺设方式及其特点
目前，低温地板辐射采暖埋管铺设方式根据供回水管的位置关系大致可分为蛇形、简易并行和螺旋式并行[5]，如图2所示。
供回水管蛇形铺设方式，适用于家庭的大多数地热供暖装置，具有局部小区域内温度非常均匀、适应地板结构类型广、易于安装等特点。并且，该埋管铺设方式通过改变管心距可以满足不同的热负荷要求。需要注意的是，工程实践中蛇形铺设需采用容易弯曲的管子。
供回水管简易并行铺设方式，供水和回水管在回路平面布置敷设中相互平行，适合于有较高热负荷需求的空间区域，如教堂、大型会议室等。该种铺设方式在整个供暖区域提供了一个较为均匀的温度环境，但在小的区域内有较高的温度变化。
螺旋式并行铺设方式是简易并行铺设方式的变种，适合于有较高热负荷需求的普通房屋。该种埋管铺设没有锐利的弯头，也允许埋管以小管心距进行敷设，也没有埋管交错问题，能有效克服地板采暖运行管理中可能出现的刚性问题。因此在实际工程中，埋管铺设广泛采用螺旋式并行铺设方式。
图2 埋管铺设方式：（a）蛇行，（b）简易并行，（c）螺旋式并行
2.2埋管结构及其布置形式
低温热水地板辐射采暖埋管结构一般由埋管结构层、隔湿层、绝热层和覆盖层组成。
埋管结构层主要分为木制地板结构和混凝土地板结构两种，一般工程实践中采用埋管设于混凝土的做法；绝热层一般多用聚苯乙烯泡沫板材等保温材料做成以减少热量向下传递损耗；
隔湿层则防止水进入绝热层；覆盖层指的是用户根据自己的装饰需求在地板上铺设的地板或地毯，当设有覆盖层时，因其热阻较大，会使传热效率降低。图3 给出了低温热水地板辐射采暖埋管结构[6]，图3（a）为设置在底层的埋管结构，图3(b)是设于楼板之上的带保温层的埋管结构, 图3(c)则是设于楼板之上不带保温层的埋管结构。
图3 低温热水地板辐射采暖埋管结构示意图
2.3 热源供给方式及其特点
作为进入分水器之前的热源供给方式，在目前地板供热系统中主要采取的为：
(1) 热水直供式。这种方式较简单，一般直接将热水源通过水泵供给集水器，中间过程不需要接任何换热设备。但是该方式不能调节、储备能源，存在能源浪费，因此通常选用太阳能作为这种方式的热源。
(2) 热源混合供给式。将太阳能和锅炉热水同时作为热源，当太阳能不足时开启锅炉提供辅助热源，当太阳能充裕时，则不使用锅炉热水。该方式可用换热设备储存太阳能，也可不用换热设备。
(3) 换热恒温供给式。这种方式可为用户提供恒定温度的热水，适合于对房间采暖需求较高的场所。为保证用户得到恒定的室内取暖温度，热水源必须具有比较高的需求温度，并有充足的热源。因此，该方式一般都取锅炉水作为热源，采用板式换热器传递热量。
3 地板采暖常见问题及其解决方法
随着地板辐射采暖技术的推广和应用，伴随产生了材料使用、方案设计及其运行管理过程中存在的各种问题，因此迫切需要采取积极稳妥的措施加以解决。概括起来，主要如下：
(1)爆管。产生此类问题的主要原因为进水温度过高、管子有接头。有些改造的地板采暖系统在未采取任何措施的情况下直接采用普通供暖系统室外管网提供的热水作为热源。普通供暖系统则是高温循环，以高温水进入地板采暖系统，就会导致户内温度过高，管间温度过高，管子原有的间距已经不能满足散热要求，时间长了就会导致爆管。土建施工人员在混凝土浇筑过程中不慎将管子损伤，导致管子产生接头，这就给爆管提供了条件；当接头质量不好时，在长时间的供热运行过程中就会爆管。因此，地板采暖系统都必须确保进水温度的控制措施，使得进水温度应该保证在60℃以内，以符合低温循环的要求。另外，在混凝土浇筑过程中，要密切注意保护埋管，在管子上部施工时应该搭设路架并确保路架的稳定性，使得管子不出现任何接头。
(2)房间热力不均衡。由于热水管网路径不一致导致热水流动阻力差异使得房间局部热量不均衡，有些地方过热而有些地方过冷，大大减弱了房间的热舒适性。为此，在地板采暖管路设计要确保每户房间回路，管长均衡，以达到各个均衡各条回路热量的目的。当房屋布局为错层式时，应设置两个分水器。
(3)地板空鼓甚至开裂。在混凝土垫层在施工时，没有采取必要可靠的预防措施，使得混凝土强度等级及稳定性达不到地板采暖的要求，在长时间供热的情况下，某些热量积聚的部位在温度热应力作用下混凝土垫层就会膨胀而最终致使地板起鼓、开裂。因此，混凝土垫层在施工时，要求采取可靠的预防措施。一般情况下，混凝土垫层采用混凝土巾加钢丝网，并在混凝土中加入必要的膨胀剂，这样就能增加垫层的稳定性和耐热性能。
4 结束语
地板采暖作为一种热舒适性优越、高效节能的采暖方式，在中国严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷长江中下游流域有着广阔的应用前景，正逐渐受到人们的重视并加以广泛应用。本文从地板采暖结构布置形式、埋管铺设方式和热源供给方式这三方面简要论述了地板采暖技术，并指出了在地板采暖在方案设计和运行管理过程中可能存在的爆管、房间热力不均衡和地板空鼓甚至开裂等问题并简要给出了一些解决方法。
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