装配式建筑地面辐射供暖系统设计

郝 奇，马坤茹

(1.河北科技大学 建筑工程学院，河北 石家庄 050018; 2.河北省数据中心相变热管理技术创新中心，河北 沧州 061001)

1 概述

不断加快的城市化进程，对建筑领域提出了更高要求。装配式建筑凭借建设期短、污染小、结构质量有保证等优势展现了新的发展生机。本文对地面辐射供暖系统在装配式建筑中的设计要点进行探讨。

2 装配式建筑优势及相关政策

装配式建筑是由预制部品、部件(本文统称为预制构件)在建筑施工现场装配而成的建筑，可实现建筑施工现场和预制构件制作的同步进行。预制构件由多条流水线同时生产，可保证供货，缩短施工期。更重要的是预制构件在构件厂中进行统一生产，既可保障施工质量又可减少噪声、粉尘等环境问题[1-2]。

目前，我国的装配式建筑仍处于起步阶段。2017年，住房和城乡建设部印发的《“十三五”装配式建筑行动方案》提出：到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，其中重点推进地区达到20%以上，积极推进地区达到15%以上，鼓励推进地区达到10%以上。

除中央相关政策，各地方也制定了相应的发展计划和支持性政策。以河北为例：预计2020年全省装配式建筑占新建建筑面积的比例达到20%以上。到2025年，全省装配式建筑面积占新建建筑面积比例达到30%以上。对于装配式建筑项目，给予优先保障用地、容积率奖励、退还墙改基金和散装水泥基金、增值税即征即退50%等优惠政策。

3 暖通专业在装配式建筑的重要性

GB/T 51129—2017《装配式建筑评价标准》给出的装配率定义为：单体建筑室外地坪以上的主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线等采用预制构件的综合比例。GB/T 51129—2017的式(4.0.1)给出的装配率P的计算式为：

式中P——装配率

Q1——主体结构指标实际得分

Q2——围护墙和内隔墙指标实际得分

Q3——装修和设备管线指标实际得分

Q4——评价项目中缺少的评价项分值总和

设备专业对装配率的把控主要在于管线分离比例(归属于装修和设备管线指标实际得分，管线分离比例越高，装修和设备管线指标实际得分越高)的控制，GB/T 51129—2017的式(4.0.13)给出的管线分离比例q3d的计算式为：

(1)

式中q3d——管线分离比例，%

L3d——各楼层管线分离的长度(包括裸露于室内空间以及敷设在地面架空层、非承重墙体空腔和吊顶内的电气、给水排水和供暖管线长度之和)，m

L——各楼层电气、给水排水和供暖管线的总长度，m

在设备专业中，与暖通专业相比，给排水、电气专业对提高管线分离比例的贡献十分有限，因此提高管线分离比例的任务主要落在暖通专业上。对于暖通专业，若采用集中式空调系统、散热器供暖来保证室内热湿环境，那么管线分离比例基本可以满足要求。

若室内供暖系统采用传统地面辐射供暖系统(见图1)，由于埋地盘管长度很大，导致管线分离比例过低，无法达到GB/T 51129—2017表4.0.1对管线分离比例的要求。因此，控制地面辐射供暖系统的管线分离比例就显得尤为重要。

图1 传统地面辐射供暖系统结构

4 干式工法地面辐射供暖系统

4.1 结构

为了解决传统地面辐射供暖系统的管线分离比例过低问题，干式工法地面辐射供暖系统应运而生。目前，市场上的干式工法地面辐射供暖系统大致分为两种形式：架空形式、预制沟槽形式。

① 架空形式

架空地面辐射供暖系统通过设置架空层敷设供暖通风及其他专业的室内管线，架空地面辐射供暖系统结构见图2。优点是可以大幅提高管线分离比例，地脚螺栓可针对不平整楼板进行二次调平。当然也存在缺陷，由于架空层的存在，会降低室内的净高。

托盘、保温层在工厂预制完成。保温层上有用于安装盘管的沟槽，保温层与托盘之间用环保胶固定后在沟槽内布置好盘管，然后覆盖一层硅酸盖板(图2中未表示)，最后用螺栓将安装保温层及盘管后的托盘(边缘有用于固定的龙骨)固定在架空地板下表面。

图2 架空地面辐射供暖系统结构

② 预制沟槽形式

预制沟槽地面辐射供暖系统的结构见图3。采用木龙骨作为支撑，盘管安装在预制沟槽保温板内。优点是对房间净高影响小，加热效率高。缺点是预制沟槽保温板强度低，导致地面整体承重能力比较弱。加之对木龙骨的结构、木材有一定要求，因此成本比传统结构高。

图3 预制沟槽地面辐射供暖系统结构

③ 造价及特点

不同形式地面辐射供暖系统单位面积平均造价及特点见表1。

表1 不同形式地面辐射供暖系统单位面积平均造价及特点

4.2 辐射面供热量测试

我们委托国家空调设备质量监督检验中心，按照GB/T 13754—2017《供暖散热器散热量测定方法》的规定，以木地板、瓷砖分别作为饰面层，对单位面积平均造价适中的预制沟槽地面辐射供暖系统进行辐射面供热量测试。样品长度3.6 m，宽度2.4 m。预制沟槽保温板厚度为30 mm，盘管材质为PE-RT，盘管规格为D16×2，盘管中心间距为150 mm。

① 木地板饰面层

木地板饰面层样品散热量测试结果见表2。根据表2，通过最小二乘法拟合得到木地板饰面层样品散热量拟合公式：

ΦW=21.797 7ΔT1.091 2

(2)

式中ΦW——木地板饰面层样品散热量，W

ΔT——过余温度，K

表2 木地板饰面层预制沟槽地暖实验工况供热量

② 瓷砖饰面层

瓷砖饰面层样品散热量测试结果见表3。根据表3，通过最小二乘法拟合得到瓷砖饰面层样品散热量拟合公式：

Φt=38.460 7ΔT1.071 6

(3)

式中Φt——瓷砖饰面层样品散热量，W

表3 瓷砖饰面层预制沟槽地暖实验工况供热量

③ 性能对比

过余温度取19.5 K，分别代入式(2)、(3)，可计算得到以木地板、瓷砖分别作为饰面层的样品的散热量分别为557.3、927.7 W。由计算结果可知，当辐射面积一定时，以瓷砖作为饰面层的预制沟槽地面辐射供暖系统供暖能力强。

5 装配式建筑中暖通专业的设计要点

① 无论是架空地面辐射供暖系统，还是预制沟槽地面辐射供暖系统都存在管线交叉问题。这无疑增加了地面厚度，减小了房间净高，并使成本增加。在实际项目中，应根据建筑结构合理规划各专业管线布局，减少管线交叉，有条件的可以采取局部吊顶方式。此外，开发应用新技术(如无线开关、智能家居等)，以减少设备管线，从而减少管线交叉。

② 干式工法地面无法像传统地面一样实施防水处理[3]。若在厨房、卫生间采用干式工法地面辐射供暖系统，易导致架空地面、预制沟槽保温板的损坏。因此，厨房、卫生间地面宜采用传统地面辐射供暖系统以确保地面防水效果。考虑到厨房、卫生间的管线分离比例有所减小，可采用集成厨房、集成卫生间以提升装配率。

③ 干式工法地面与传统地面连接处的高差，可以采取结构降板予以解决[4]。

④ 预制构件中的预埋管线以及预留沟、槽、孔、洞的位置应遵守结构设计模数网格，保证构件的整体性与安全性，不应在预制构件安装后凿剔新的沟、槽、孔、洞。

⑤ 装配式建筑设计各专业应紧密联系[5]。项目前期暖通专业与水、电专业确认管线分布方案，协调管线布置，与建筑结构专业确认预留墙洞板洞位置，确保项目的顺利进行。

6 结语

在装配式建筑的设计过程中，设计人员、施工人员及预制构件制造厂家需要密切配合，从而确保整个项目的顺利进行。此外，积极研究新技术、新产品，并灵活运用到装配式建筑中，促进装配式建筑的不断发展。