聚丁烯管低温地板辐射采暖技术及其在北京地区的应用

聚丁烯管低温地板辐射采暖技术及其在北京地区的应用摘要：详细介绍了地板采暖的优越性及应用范围，聚丁烯管材的性能，并通过实例介绍了地板采暖工程在各种条件下的应用。关键字：聚丁烯管地板辐射供暖低温地板辐射供暖，是一种举世公认为卫生条件和舒适标准都十分理想的最佳供暖方法。它是通过埋设地（楼）板上部豆石混凝土或水泥（粗）砂浆层内的加热盘管—聚丁烯管（PB）把地板加热到表面温度24-34oC，而均匀地向室内辐射热量的特殊供暖方法。PB管低温地板辐射供暖，是随着化学工业的飞速发展于八十年代中期在国外首先推出的一项新型实用技术。由于它具有经济、节能、舒适等一系列优越性，所以很快就被人们接受而得到了迅速地推广。在北美、北欧已是十分普及，亚洲的韩国，普及率也已超过80%（住宅）。我国在八十年代末的九十年代初，分别由德国和韩国引进了这项技术，并在很多重大工程的住宅建筑中得到了成功的应用。一九九五年，武汉鸿图聚丁烯管材应用有限公司率先在北京金岛花园23层，17000m2的高级公寓建筑中全部采用聚丁烯管作冷热水管和低温地板辐射采暖。随后在北京京瑞大厦、中国农机研究院、北京利发盛饭庄、团结湖游泳馆，北京大唐发电股份有限公司5#住宅楼、和乔大厦中厅及游泳池、天津红顶花园、碧景花园等项目中采用聚丁烯低温地板辐射采暖。1999年在北京最大的房地产开发集团-天鸿集团所属开发的曙光小区大面积地采用聚丁烯低温地板采暖，并在1999年施工完成32000m2。到1999年8月止，共安装施工的低温地板采暖竣工面积达近10万m2。项目包括别墅、公寓、商住楼、住宅、宾馆大堂、游泳池、娱乐城等项目。其中金岛花园已使用四个年头，经历了三个采暖期，而且还有相当一批使用了1-2个冬季，使用效果良好，受到用户的普遍好评。一．低温地板采暖的优越性1.提高了采暖的舒适度和改善生活质量传统的采暖方式无论是暖气片采暖或热风供暖，均为对流式采暖，依靠空气的流动来传递热量，温度梯度较大，采暖时使人们有口干舌燥的感觉，而低温地板采暖为辐射式采暖，地面有效温度高于呼吸线空气温度，形成独特的微气候条件，使所提供的热量在人的脚部较强，头部温和，给人以脚暖头凉的最佳感觉。俗话说“寒从足下来”，地板辐射采暖的温度曲线较符合人体生理学特点。2.有效节约能源根据研究表明，在人体的舒适感范围内，地板辐射采暖的实感温度比室内环境温度高出2~4oC。根据日本的经验，住宅室内采暖温度每降低1oC，可以节约燃料10%。另外由于辐射采暖主要由辐射形式在一定的空间内造成足够的辐射热强度来维持采暖效果，室内温度梯度比对流采暖时小，因而可以大大减少房屋上部的热损失，同时，由于热压减小，相应的冷风渗透量也减小。低温地板采暖可实行分户分室控制，家中无人时可以停止供暖，家庭人口少时，只开活动的房间，关无人房间，避免了楼上楼下全启动，每户个个房间都采暖的状况。如果有条件，装温度控制器，就可以随心所欲地调节温度，自动启闭阀门，对节约能源将更有好处。3.扩大了房间的有效使用面积采用暖气片采暖，一般100m2的住宅占有效使用面积达2m2左右，而上下立横管诸多，给装饰房室带来诸多不便，暖气片附近摆放布置家俱受到限制，影响房间布局。采用低温地板辐射采暖，管道全部在地面以下，只有一个60x80cm左右的分配器装在橱窗时或暗柜里即可，可以自如地装修墙面、地面、摆放家俱。4.使有寿命长低温地板采暖，塑料管埋入地面的混凝土内，如无人为破坏，使用寿命在50年以上，不腐蚀、不结垢，大大减少了暖气片跑冒滴漏和维修给住户带来的烦恼，节约维修费用，方便物业管理，而一般暖气片8-10年就需更换一次，工程量较大。5.减少楼层噪音目前我国隔层楼板一般选用厚度为15cm圆孔板或现浇砼板，其隔音效果极差，楼上人走动，就影响楼下。采用地板采暖，增加了保温层，具有非常好的隔音效果。6.清洁卫生低温地板辐射采暖不会导致室内空气对流所产生的尘埃飞扬及积尘，可减少墙面物品或空气污染，消除了散热设备和管道积尘及其挥发的异味。地板采暖过程寂静无声。7.热源选择宽阔、灵活聚丁烯低温地板采暖在能提供35oC以上热水的地方即可应用，能充分利用暖气片不能使用热资源，如工业余热锅热水、各种空调回水、地热水。二．低温地板辐射采暖的应用范围低温地板辐射采暖能在多种采暖形式上运用，从集中区域供暖到分户供暖，其广泛的适应性使其能满足客户的各种采暖形式的需求。（1）在集中供热的场合，如居住小区，宾馆、公寓等，可以在集中供热基础上加装换热器，北京金岛花园17000m2高级住宅就是城市热力网加装换热器，将高温热水换成地板采暖所需的40oC-60oC的热水，采暖效果非常明显。（2）可以单栋楼房或小区设置单独的低温锅炉供热，特别是用电锅炉供暖，在用电低峰加热锅炉水蓄热供暖，减少了燃煤锅炉污染，同聚丁烯地采暖配在一起，更是锦上添花。（3）可以综合利用采暖、空调回水余热热水进行供热。充分利用60oC以下，传统采暖方式不能利用的热水。（4）有地下热水资源的区域，可以直接利用地热水，或利用后的地热水供热，天津红顶花园公寓就是利用地热水。（5）可以独家独户加装家用燃气炉，小型家用油或电锅炉，实行家庭独立采暖，真正解决分户计量的困难和矛盾。北京曙光小区即采用了此供热方式，这种方式特别适用于旧房改造和用集中供热不方便或不经济的别墅、平房住宅、农村住宅。低温地板辐射采暖除在住宅有诸多优点外，在用于公用场所、体育场馆、训练馆、游泳馆、商场、宾馆大堂暖气片送暖效果不理想的地方，用于广场上融雪，动植物温棚等地方均有很好的经济效益和社会效益。其运用建筑主要包括以下方面：1）住宅、别墅、交谊厅、餐厅、办公楼、购物中心、商场、室内车站、车库等。2）室外车站、停车场地面、道路地面、户外运动场、竞技场地面加热化雪。3）鱼池、游泳池加热及地板采暖。4）室内滑冰场等。三．各种采暖形式的比较以下是聚丁烯低温地板辐射采暖与其它采暖方式技术、经济、性能比较：（建筑面积造价）从表中我们可以看出，相对于一般形式的散热器采暖而言，地板采暖的初期造价偏高，但从综合投资来看，无疑最经济的采暖方式就是地板采暖，因为相对其它采暖形式，地板辐射采暖无维修费用而且节约占地面积，其运行费用也低于其它采暖方式。四．PB管技术性能原料：由美国Shell公司研发的聚丁烯塑料C4H8单体聚合而成。原料及产品生产过程中无任何添加剂，是无毒、无味、性能稳定的高分子聚合物。PB树脂是由丁烯-1（BUTENE-1）合成的高分子综合体，是具有特殊密度（0.937）结晶体，是具有柔软性的异性质体。属于有机化工材料类的高科技产品，现国内暂时没有生产，现有美国的壳牌公司生产。其异性结构具有很好的抗磨损性、抗分裂性、耐高温性。由其制成的PB管材是当今世界上最先进的自来水管、热水和暖气排管之一，具有耐寒、耐热、耐压、不生锈、不腐蚀、不结垢、寿命长（可达50-100年），且有能长期耐老化特点，是作为加热盘管的理想材料。有“塑料中的黄金”的声誉。以下是PB管与其它管材的比较表：以下是PB管的物理性质表：①它除了具有其它塑料管的抗冻、不结垢等的共性以外，在众多管材中，它是最优秀的耐压管材。以下是其压力关系表：其长期使用环向应力承受能力最高。在介质20oC、系统压力16bar，介质70oC、系统压力10bar及介质95oC、系统压力6bar三种不同情况下都可保证安全、可靠运行50年，安全系数1.5。②水力损失极小。由于PB材料具有高的耐热强度，故在确定管子壁厚方面，在所有塑料管中PB管可以有最小的壁厚而不影响安全可靠性。这样与外径尺寸相同的其它塑料管相比，PB管具有内径最大的优点。使液体具有良好的流动性和相对大的流量，从而节约了水力、能源和原材料。其导热系数仅为钢管的1/250、铜管的1/1700，故其保温效果强。以下数据以DN32管材为例，流量为2.0l/s，从表中可以看出相同型号的管材，PB管的压力损失最小：③最优秀的饮用水管材。聚丁烯是一种高惰性的聚合物材料，具有很高的化学稳定性。微生物不能寄生滋长，是目前世界上最符合卫生标准的饮用水给水管材。④耐磨性能最佳。PB管材的耐磨性能已被证明比其它热可塑性管材的性能高。特别是在82oC的高温下也具有长期的持久力。在23oC时，PB管比PE管的耐磨性高出2.6倍。在82.2oC时，PB管比PE管耐压性能高出60倍。⑤极强的抗温度应力能力。以同样直径32mm,长10m，温差50oC的管材作膨胀力的试验,聚丁烯为48kg，聚丙烯为178kg，交联聚乙烯为253kg，聚氯乙烯310kg，铜815kg，钢2050kg。⑥管材的蠕变性能极佳。聚丁烯管在挤压成型过程中，部分晶状的聚烯烃会生成不同的晶体形状，在冷却时，首先生成半稳定性的晶体形状，最后过渡到稳定的形状。结晶度在这个过程中由25%提高到50%。因此，PB管对应力裂纹具有很大的抵抗能力。这种耐内力的性能，也可从抗蠕变性能中得到证实。北京设计院高级工程师李义在其《聚丁烯给水管的技术性能及其应用》一文中有这样一段话：“聚丁烯（PB）蠕变延伸率是很小的，很小的蠕变延伸率对于应力裂纹具有很大的抵抗能力，这使得管道在连接部位的拉伸强度和密封压力不会随时间增加而减弱”。同时，由于聚丁烯（PB）抗蠕变强度的作用，随着时间的增加，使管道在变形时引起的应力变化不大，或者说应力下降率变化不大。在这个应力的作用下，将保持管道固定部位的良好的抗热伸缩性。这同样有利于管道连接部位的拉伸强度和密封压力不会随时间增加而减弱。建设部高级工程师付文华曾介绍说在日本大阪地震中，能够经受考验的只有聚丁烯。其他管材碎断，唯独聚丁烯管遭到的破坏极小。⑦优秀的管接头连接方式。ACORN聚丁烯管使用其专利产品插接式接头，无须焊接也不用螺丝，只需简单插入，不需任何工具和技术，受施工人员技术的影响较小，而且其接头在连接管材和接头后也可旋转360o，在铺设困难的狭窄场进行简单组装。由于使用的管接头同样是聚丁烯材料，就避免了因使用铜接头而产生的收缩值不一样而导致漏水。其接头具有极高的可靠性，其连接强度高于管壁。⑧节能及环保。塑料是一种节能的材料，每生产1升的塑料、钢、铜、铝所消耗的石油分别为1.5kg、4.5kg、11kg、15kg。对于聚丁烯（PB）管道而言，还由于管壁厚度小节省材料，加之在相同管外径条件下具有断面积大单位长度水头损失小的水力工况，使聚丁烯（PB）管道有着比其它塑料管道更加节能的优点。对于塑料而言，考虑重复利用的主要为PB、PE、PP、PVC-C，而PEX是不能重复利用的。⑨氧化稳定性好（抗老化性能好）通过氧化诱导试验（OIT试验），即将管材置于220oC的氧气流中，观察它的稳定时间。其中PB管为35.78分钟，而交联聚乙烯因聚合方法不同，聚合度也不一，则稳定的时间在1.71-28.3分钟的范围内变化。从而说明PB管具有优异的抗老化性能。⑩施工性能极佳低温地板采暖是将管道打在砼内，使用寿命基本要同房室同步，随着时间的推移，其它塑料管材的损坏机率要比聚丁烯大得多。塑料管埋设在砼内，虽然施工要求很精细，对装修地面也有要求，但在施工过程中、在装修房屋的过程中，有意无意的遭到局部破坏是很难避免的，那么采用聚丁烯管就很容易补救，其耐久性能同管材一样。然而用交联聚乙烯或铝塑管解决的唯一途径是用金属接头连接，这样在砼内便埋下了隐患，收缩、腐蚀要不了多少年就会出现渗水。国外一些国家明确规定金属接头不允许暗敷，只能明装。上海明确规定金属接头不允许进墙。聚丁烯管从95年至今在全国几十个工程中成功应用，未出现因质量及接头出现事故。所以采用聚丁烯管材地板采暖是其它材料无法比拟的。以上这些优秀的性能使它成为低温地板采暖最优秀的管材。五．工程实例一）北京金岛花园华苑地板采暖工程及冷热水工程地点：北京朝阳区西坝河，高级公寓建筑面积：17000m2开发商：北京某房地产开发公司采暖范围：起居室、卧室、书房、厨房等。卫生间靠外墙部分增小型暖气片一组，用地采暖供水。该工程原设计为暖气片采暖。1995年4月，该楼开发商在我们的展位上，听到对聚丁烯管材的介绍，对聚丁烯低温地板辐射采暖表示了极大热情，特别是该公司的董事长，港商陈镇河先生很快作出决断，将原设计的暖气片改为聚丁烯低温地板采暖，经过同设计院慎重研讨、计算、比较，于1995年9月份确定了设计方案，取消所有房间的暖气立管，地采暖供回水管设在管道间，每户一个分水器，设计供水温度50oC，回水40oC，室内空气温度20oC，室内地面净增加高度（扣除原水泥地面找平层）60mm。每m2增加重量为46kg（扣除暖气片重量，实际只有30kg/m2左右），建筑结构上没有问题。该公寓为23层，分高低两区供水，供回水压差0.15Mpa，供回水主立管垂直为同程系统，水平为异程系统。该系统供热由城市热力网供热，在楼底层设装换热器，将热网供应的90oC的热水调整为50oC，冷热水全部采用聚丁烯管埋地和墙内暗敷。当年10月份开始施工，冬季供暖，地采暖地面装饰选用了地毯、贴面复合木地板，高级瓷砖和大理石地面。12月份，华富房地产公司移居进楼办公，部分购房户也进住，效果相当好，受到开发商及住户的高度肯定和赞扬。北京华富房地产有限公司在《关于聚丁烯采暖和冷热水工程使用的情况》中评价说“我公司于一九九六年采用聚丁烯管在兰苑公寓1.7万m2的建筑中，做地板采暖和冷热水给水工程，由武汉鸿图聚丁烯管材应用有限公司提供ACORN聚丁烯管，并负责施工安装，经过九六年、九七年、九八年三个冬季检验，聚丁烯管抗冻、耐热、耐腐蚀、不结垢、无毒无害等情况，得到充分体现，使用情况良好，没有发现因材质及安装质量出现问题，消除了传统材料跑冒滴漏现象，采暖效果舒适，而且节约能源，受到住户的普遍欢迎，为此我公司决定在松苑公寓1.7万m2的建筑中继续采用ACORN牌PB管用作地采暖和冷热水给水工程。”二）某小区商住楼地采暖和埋地冷热水管工程地点：北京海淀区西三环京密引水渠畔的板井村该小区计划建筑60余万m2，其中商用住宅楼30余万m2，除还建外，准备全部采用地采暖。1998年建了样板楼，1999年大面积施工，今年甲10甲8楼共计32000m2的建筑全部采用聚丁烯地采暖和冷热水工程。房室使用功能为商用住宅楼。开发商为北京最大的房地产开发商-天鸿集团1998年7月，该公司的主要技术负责人一行六人，专门考察我公司在北京的聚丁烯低温地板采暖工程，重点考察了北京金岛花园兰苑公寓楼的地采暖和冷热水工程，当即决定在甲4楼做样板间，经过98年一个冬季的运行比较，认为聚丁烯管地板采暖是最好的，决定在今年竣工的两栋甲8甲10楼的地采暖和冷热水继续由我公司承担聚丁烯地采暖冷热水工程的设计和施工。该工程选用家庭壁挂式燃气炉，设计供水温度为50oC，回水温度40oC，（实际运行温度98年为40oC左右）。室内空气温度20oC，地面净增加高度55mm，（保温板仅用20mm）。家用独立式壁挂炉采暖同地板采暖相结合，使家庭采暖更具灵活性。这样更方便家庭根据需要选择采暖温度。在今年8月25日，由北京市节能办组织召开的“聚丁烯低温地板采温研讨会”上，该公司的技术负责人对此给予了很高的评价。该公司表示下一步将继续选用聚丁烯管作为地采暖和冷热水管。在这里特别说明是，采用聚丁烯冷热水管同低温地板采暖一同施工，将埋地管材放在保温层内，由于聚丁烯管的插接方式及使用材料统一的接头，消除了暗敷管材接头带来的隐患。（如其它材料接头的材料腐蚀和收缩）。三）工程名称：北京某发电股份有限公司5#住宅楼工程地点：此工程一座新建的职工住宅楼，9层南北向建筑，总建筑面积11000m2。建筑甲方：北京某发电股份有限公司采暖范围：客厅、卧室、卫生间、阳台、厨房该公司于1999年4月29日在《关于武汉鸿图聚丁烯管材应用中的意见》中，这样评价该栋楼的地采暖工程：“住宅地采暖可以改善室内采暖条件，提高人们在室内生活的舒适感，增加房间的使用面积，便于用户装修和日常起居，是值得推广的新型采暖技术，为在我公司住宅楼应用这项新技术，我们不仅对武汉鸿图聚丁烯管材应用有限公司在北京所做的金岛花园、曙光小区工程进行了考察，而且还对武汉HANYU公司、韩国ACORN公司企业及在建工程和民用住宅进行了生产工艺、敷设施工、日常使用等方面的综合考察，加深了我们对地采暖的了解和认识。为取得实际效果，去年11月份我公司在职工住宅楼地下一层做了九套样板间。运行期间，各方人士前来观察，并给予很高评价。同时，得到公司全体员工的好评，坚定了我们应用地采暖技术的信心。为此，公司领导决定采用武汉鸿图聚丁烯管材应用有限公司提供的ACORN.HANYU（瀚宇）牌PB聚丁烯管，用于宣武区下斜街5#住宅楼全部室内地面辐射采暖施工。目前，全部施工已完成，其施工质量达到样板间