裝配式建筑地面輻射供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郝 奇，馬坤茹

(1.河北科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 石家莊 050018; 2.河北省數(shù)據(jù)中心相變熱管理技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 滄州 061001)

1 概述

不斷加快的城市化進(jìn)程，對建筑領(lǐng)域提出了更高要求。裝配式建筑憑借建設(shè)期短、污染小、結(jié)構(gòu)質(zhì)量有保證等優(yōu)勢展現(xiàn)了新的發(fā)展生機(jī)。本文對地面輻射供暖系統(tǒng)在裝配式建筑中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討。

2 裝配式建筑優(yōu)勢及相關(guān)政策

裝配式建筑是由預(yù)制部品、部件(本文統(tǒng)稱為預(yù)制構(gòu)件)在建筑施工現(xiàn)場裝配而成的建筑，可實(shí)現(xiàn)建筑施工現(xiàn)場和預(yù)制構(gòu)件制作的同步進(jìn)行。預(yù)制構(gòu)件由多條流水線同時(shí)生產(chǎn)，可保證供貨，縮短施工期。更重要的是預(yù)制構(gòu)件在構(gòu)件廠中進(jìn)行統(tǒng)一生產(chǎn)，既可保障施工質(zhì)量又可減少噪聲、粉塵等環(huán)境問題[1-2]。

目前，我國的裝配式建筑仍處于起步階段。2017年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》提出：到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到15%以上，其中重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)達(dá)到20%以上，積極推進(jìn)地區(qū)達(dá)到15%以上，鼓勵(lì)推進(jìn)地區(qū)達(dá)到10%以上。

除中央相關(guān)政策，各地方也制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃和支持性政策。以河北為例：預(yù)計(jì)2020年全省裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到20%以上。到2025年，全省裝配式建筑面積占新建建筑面積比例達(dá)到30%以上。對于裝配式建筑項(xiàng)目，給予優(yōu)先保障用地、容積率獎(jiǎng)勵(lì)、退還墻改基金和散裝水泥基金、增值稅即征即退50%等優(yōu)惠政策。

3 暖通專業(yè)在裝配式建筑的重要性

GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》給出的裝配率定義為：單體建筑室外地坪以上的主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線等采用預(yù)制構(gòu)件的綜合比例。GB/T 51129—2017的式(4.0.1)給出的裝配率P的計(jì)算式為：

式中P——裝配率

Q1——主體結(jié)構(gòu)指標(biāo)實(shí)際得分

Q2——圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻指標(biāo)實(shí)際得分

Q3——裝修和設(shè)備管線指標(biāo)實(shí)際得分

Q4——評價(jià)項(xiàng)目中缺少的評價(jià)項(xiàng)分值總和

設(shè)備專業(yè)對裝配率的把控主要在于管線分離比例(歸屬于裝修和設(shè)備管線指標(biāo)實(shí)際得分，管線分離比例越高，裝修和設(shè)備管線指標(biāo)實(shí)際得分越高)的控制，GB/T 51129—2017的式(4.0.13)給出的管線分離比例q3d的計(jì)算式為：

(1)

式中q3d——管線分離比例，%

L3d——各樓層管線分離的長度(包括裸露于室內(nèi)空間以及敷設(shè)在地面架空層、非承重墻體空腔和吊頂內(nèi)的電氣、給水排水和供暖管線長度之和)，m

L——各樓層電氣、給水排水和供暖管線的總長度，m

在設(shè)備專業(yè)中，與暖通專業(yè)相比，給排水、電氣專業(yè)對提高管線分離比例的貢獻(xiàn)十分有限，因此提高管線分離比例的任務(wù)主要落在暖通專業(yè)上。對于暖通專業(yè)，若采用集中式空調(diào)系統(tǒng)、散熱器供暖來保證室內(nèi)熱濕環(huán)境，那么管線分離比例基本可以滿足要求。

若室內(nèi)供暖系統(tǒng)采用傳統(tǒng)地面輻射供暖系統(tǒng)(見圖1)，由于埋地盤管長度很大，導(dǎo)致管線分離比例過低，無法達(dá)到GB/T 51129—2017表4.0.1對管線分離比例的要求。因此，控制地面輻射供暖系統(tǒng)的管線分離比例就顯得尤為重要。

圖1 傳統(tǒng)地面輻射供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 干式工法地面輻射供暖系統(tǒng)

4.1 結(jié)構(gòu)

為了解決傳統(tǒng)地面輻射供暖系統(tǒng)的管線分離比例過低問題，干式工法地面輻射供暖系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前，市場上的干式工法地面輻射供暖系統(tǒng)大致分為兩種形式：架空形式、預(yù)制溝槽形式。

① 架空形式

架空地面輻射供暖系統(tǒng)通過設(shè)置架空層敷設(shè)供暖通風(fēng)及其他專業(yè)的室內(nèi)管線，架空地面輻射供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。優(yōu)點(diǎn)是可以大幅提高管線分離比例，地腳螺栓可針對不平整樓板進(jìn)行二次調(diào)平。當(dāng)然也存在缺陷，由于架空層的存在，會降低室內(nèi)的凈高。

托盤、保溫層在工廠預(yù)制完成。保溫層上有用于安裝盤管的溝槽，保溫層與托盤之間用環(huán)保膠固定后在溝槽內(nèi)布置好盤管，然后覆蓋一層硅酸蓋板(圖2中未表示)，最后用螺栓將安裝保溫層及盤管后的托盤(邊緣有用于固定的龍骨)固定在架空地板下表面。

圖2 架空地面輻射供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

② 預(yù)制溝槽形式

預(yù)制溝槽地面輻射供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖3。采用木龍骨作為支撐，盤管安裝在預(yù)制溝槽保溫板內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是對房間凈高影響小，加熱效率高。缺點(diǎn)是預(yù)制溝槽保溫板強(qiáng)度低，導(dǎo)致地面整體承重能力比較弱。加之對木龍骨的結(jié)構(gòu)、木材有一定要求，因此成本比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)高。

圖3 預(yù)制溝槽地面輻射供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

③ 造價(jià)及特點(diǎn)

不同形式地面輻射供暖系統(tǒng)單位面積平均造價(jià)及特點(diǎn)見表1。

表1 不同形式地面輻射供暖系統(tǒng)單位面積平均造價(jià)及特點(diǎn)

4.2 輻射面供熱量測試

我們委托國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，按照GB/T 13754—2017《供暖散熱器散熱量測定方法》的規(guī)定，以木地板、瓷磚分別作為飾面層，對單位面積平均造價(jià)適中的預(yù)制溝槽地面輻射供暖系統(tǒng)進(jìn)行輻射面供熱量測試。樣品長度3.6 m，寬度2.4 m。預(yù)制溝槽保溫板厚度為30 mm，盤管材質(zhì)為PE-RT，盤管規(guī)格為D16×2，盤管中心間距為150 mm。

① 木地板飾面層

木地板飾面層樣品散熱量測試結(jié)果見表2。根據(jù)表2，通過最小二乘法擬合得到木地板飾面層樣品散熱量擬合公式：

ΦW=21.797 7ΔT1.091 2

(2)

式中ΦW——木地板飾面層樣品散熱量，W

ΔT——過余溫度，K

表2 木地板飾面層預(yù)制溝槽地暖實(shí)驗(yàn)工況供熱量

② 瓷磚飾面層

瓷磚飾面層樣品散熱量測試結(jié)果見表3。根據(jù)表3，通過最小二乘法擬合得到瓷磚飾面層樣品散熱量擬合公式：

Φt=38.460 7ΔT1.071 6

(3)

式中Φt——瓷磚飾面層樣品散熱量，W

表3 瓷磚飾面層預(yù)制溝槽地暖實(shí)驗(yàn)工況供熱量

③ 性能對比

過余溫度取19.5 K，分別代入式(2)、(3)，可計(jì)算得到以木地板、瓷磚分別作為飾面層的樣品的散熱量分別為557.3、927.7 W。由計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)輻射面積一定時(shí)，以瓷磚作為飾面層的預(yù)制溝槽地面輻射供暖系統(tǒng)供暖能力強(qiáng)。

5 裝配式建筑中暖通專業(yè)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

① 無論是架空地面輻射供暖系統(tǒng)，還是預(yù)制溝槽地面輻射供暖系統(tǒng)都存在管線交叉問題。這無疑增加了地面厚度，減小了房間凈高，并使成本增加。在實(shí)際項(xiàng)目中，應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)合理規(guī)劃各專業(yè)管線布局，減少管線交叉，有條件的可以采取局部吊頂方式。此外，開發(fā)應(yīng)用新技術(shù)(如無線開關(guān)、智能家居等)，以減少設(shè)備管線，從而減少管線交叉。

② 干式工法地面無法像傳統(tǒng)地面一樣實(shí)施防水處理[3]。若在廚房、衛(wèi)生間采用干式工法地面輻射供暖系統(tǒng)，易導(dǎo)致架空地面、預(yù)制溝槽保溫板的損壞。因此，廚房、衛(wèi)生間地面宜采用傳統(tǒng)地面輻射供暖系統(tǒng)以確保地面防水效果。考慮到廚房、衛(wèi)生間的管線分離比例有所減小，可采用集成廚房、集成衛(wèi)生間以提升裝配率。

③ 干式工法地面與傳統(tǒng)地面連接處的高差，可以采取結(jié)構(gòu)降板予以解決[4]。

④ 預(yù)制構(gòu)件中的預(yù)埋管線以及預(yù)留溝、槽、孔、洞的位置應(yīng)遵守結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模數(shù)網(wǎng)格，保證構(gòu)件的整體性與安全性，不應(yīng)在預(yù)制構(gòu)件安裝后鑿剔新的溝、槽、孔、洞。

⑤ 裝配式建筑設(shè)計(jì)各專業(yè)應(yīng)緊密聯(lián)系[5]。項(xiàng)目前期暖通專業(yè)與水、電專業(yè)確認(rèn)管線分布方案，協(xié)調(diào)管線布置，與建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)確認(rèn)預(yù)留墻洞板洞位置，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

6 結(jié)語

在裝配式建筑的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員、施工人員及預(yù)制構(gòu)件制造廠家需要密切配合，從而確保整個(gè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。此外，積極研究新技術(shù)、新產(chǎn)品，并靈活運(yùn)用到裝配式建筑中，促進(jìn)裝配式建筑的不斷發(fā)展。