PAGEPAGE10刊于《暖通空調》2006年11期關于散熱器熱水采暖系統熱媒設計溫度的商榷北京市建筑設計研究院張錫虎提要《居住建筑節能設計標準》（征求意見稿）中關于散熱器熱水采暖系統熱媒設計溫度的規定，涉及到采暖系統設計的基本參數，也涉及到對塑料類管道耐熱特性的認識和理解，本文針對這些規定，提出了若干需要進一步商榷的問題，以供討論。關鍵詞散熱器熱水采暖系統熱媒設計溫度商榷國家標準《居住建筑節能設計標準》正在編制過程中，其“征求意見稿”的5.3.6條提出：采用散熱器的集中采暖系統的供水溫度，應符合以下規定：1嚴寒地區采用金屬管道輸送熱水時，t≤95℃；供回水溫差△t≥25℃；2嚴寒/寒冷地區采用鋁塑（PE-X或PE-RT）復合管輸送熱水時，t≤90℃；供回水溫差△t≥25℃；3嚴寒/寒冷地區采用熱塑性塑料管輸送熱水時，t≤80℃；供回水溫差△t≥20℃；4寒冷地區采用金屬管材輸送熱水時，t≤90℃；供回水溫差△t≥25℃；5夏熱冬冷地區，t≤80℃；供回水溫差△t≥20℃。對于上述規定，該征求意見稿的“條文說明”作如下解釋：“對于不同氣候和不同材料管道，提出不同的設計供水溫度。對于以熱水鍋爐作為直接供暖的熱源設備來說，降低供水溫度對于降低鍋爐排煙溫度、提高傳熱溫差具有較好的影響，使得鍋爐的熱效率得以提高。采用換熱器作為采暖熱源時，降低換熱器二次水供水溫度可以在保證同樣的換熱量情況下減少換熱面積，節省投資。由于目前的一些建筑存在大流量、小溫差運行的情況，因此本標準規定采暖工會水溫差不應小于20℃。在有可能的條件下，設計時應盡量提高設計溫差。”上述規定涉及到采暖系統設計的基本參數，也涉及到對塑料類管道耐熱特性的認識和理解，存在以下需要商榷的問題：1對建筑節能的綜合影響程度有待進一步論證散熱器熱水采暖系統熱媒設計溫度，應根據熱舒適度要求、系統運行的安全性和經濟性等原則確定。供水溫度不超過95℃，可確保熱媒在常壓條件下不發生汽化；適當降低熱媒溫度，則有利于提高舒適度，但要相應增加散熱器數量。長期以來，一般采用供水溫度95℃、供回水溫差25℃。例如，作為散熱器“標準工況”的64.5℃，就是水溫95/70℃的平均值與室溫18℃的傳熱溫差。許多采暖系統的設計計算資料，也按此條件編制。當然，熱媒設計溫度也要符合熱源條件和考慮其它因素。例如：以較低溫度的一次熱媒進行換熱所得的二次熱媒，或采用戶式燃氣熱水采暖爐受產品性能限制，或采用塑料類管材為延長其使用壽命，也有采用85/60℃作為設計參數的。“征求意見稿”對散熱器熱水采暖系統熱媒設計溫度和供回水溫差的規定，與傳統的設計參數相比，降低了除嚴寒地區以外的廣大采暖地區（尤其是夏熱冬冷地區）、特別是降低了采用塑料類管材系統的熱媒設計溫度，無疑將增加散熱器數量，也將因供回水溫差減小而增加循環水泵動力消耗。熱媒設計溫度，只是實際運行過程中對應于最不利室外氣象條件的一個狀態點，在全采暖期內，需要隨室外氣象條件變化進行熱媒溫度的質調節。例如：按照熱媒溫度95/70℃（或85/60℃）設計的系統，真正需要供水溫度達到95℃（或85℃）的時間，從理論上講是十分短暫的，在實際運行過程中，則幾乎從未發生過。因此，增加散熱器數量和循環水泵動力消耗等對節能的負面影響，能否可以從條文說明提出的“降低供水溫度……使得鍋爐的熱效率得以提高”中得到補償？而采用換熱器作為采暖熱源時，“降低換熱器二次水供水溫度可以……減少換熱面積”與增加散熱器兩者之間孰輕孰重？都有待進一步論證。2應該正視當前過多降低散熱器采暖熱媒設計參數的普遍傾向重新確定散熱器熱水采暖系統的熱媒設計溫度，應該正視采暖系統設計的現狀。多年以來，一直存在著不適當地過多降低散熱器采暖熱媒設計參數的傾向。上世紀八十年代，北京地區就曾進行過實態調查測定，結果表明：多數由城市熱網或小區集中鍋爐房供暖的住宅，即使設計水溫為95/70℃，當達到設計室外溫度時，運行平均水溫一般也只要70℃左右,即可保證設計室內溫度。其他采暖地區的實際運行情況也基本如此。為何實際運行水溫遠低于熱媒沒計溫度時，也可達到設計室溫？主要是由于實際配置的散熱面積（包括散熱器和室內不保溫的管道），均不同程度地偏大于理論所需散熱面積。根據理論推導和實際工程運行驗證，對于設計水溫95/70℃的系統，當散熱面積偏大10％時，運行水溫約可為90/65℃；當偏大20％時，運行水溫約可為85/60℃；當偏大30％時，運行水溫約可為82.5/57.5℃；當偏大40％時，運行水溫約可為80/55℃。由于必要的安全裕量和設計保守等各種因素，一般系統的散熱面積均會偏大30％以上。[1]近年以來的情況有過之而無不及，原因是常將熱源實際運行熱媒參數作為設計條件。例如：接受設計任務去調查現狀時，會告訴你供水溫度只有70℃。如不加深入分析，就直接采用這樣的低溫參數進行設計計算，散熱器數量又增加了很多，實際運行水溫又可以進一步降低，以致陷入了惡性循環的怪圈。這種惡性循環更加劇了系統的失調度。“征求意見稿”對散熱器熱水采暖系統熱媒設計溫度和供回水溫差的規定，會更加劇這種傾向。3關于塑料類管材對輸送介質溫度的適應性塑料類管材的應用歷史，比起金屬管來要短得多，因而，存在對塑料類管材特性認識的較多誤區。例如：2004年以建設部名義發布的《推廣應用和限制禁止使用技術》218號公告中，有兩項涉及塑料類管材，即：第89項“建筑生活熱水塑料管道系統”和92項“建筑地面輻射采暖塑料管道系統”。其中有“設計溫度不得高于70℃”的說法，由于“公告”涉及的以上兩個場合（生活熱水和地面輻射采暖）的熱媒溫度根本不會高于70℃，因此與相關標準并無矛盾。有些地方的建設工程質量監督部門，則居然以此為依據，擴大到認為散熱器采暖系統使用塑料類管材，也應“設計溫度不得高于70℃”。為了澄清這種模糊認識，配合正確貫徹218號公告，由中國建筑標準設計研究院主持編制的《全國民用建筑工程設計技術措施——建筑產品選用技術·專集》[2]，在TC101-105頁中，對此已做了詳細說明。塑料類管材與金屬管材特性的一個顯著區別，是輸送介質的溫度對金屬管材使用壽命影響甚微，而決定塑料類管材使用壽命的主要因素，則是輸送介質溫度的“綜合熱作用”。無疑，降低輸送介質溫度，對延長塑料類管材使用壽命有利。但是，應該有一個合理的“度”。在此，使用了“綜合熱作用”、而不是使用單一作用溫度的概念，是因為在采暖系統中，塑料類管材在總設計使用周期內，并非始終處在同一溫度作用條件下,必然存在不同溫度的時間分布。例如:在非供暖期內的熱作用溫度會近似于室溫,即使在供暖期內，也會因進行質調節而受不同溫度的熱作用。因此,不能用一個單一溫度值直接作為設計選用的依據，需要先按不同使用條件的溫度作用頻率，確定使用條件分級。

按照國際標準ISO/10508:1995推薦的方法,對總設計使用周期為50年,根據奧、德、法地區典型使用條件,統一劃分的使用條件分級,如表1[2]。:表1歐洲對熱塑性塑料管的使用條件分級使用條件等級設計溫度最高設計溫度故障溫度℃時間(a)℃時間(a)℃時間(h)16049801951002704980195100330402025.5504.56510042040602.52025702.51001005206080142510901100100使用條件分級體現了“綜合熱作用”（即“設計溫度”和“最高設計溫度”作用周期的總和）的概念。上表中的使用條件等級5級，就是針對散熱器采暖系統的。其“使用條件”是：在總壽命期中，60℃熱作用25年，80℃熱作用10年，20℃熱作用14年，90℃熱作用1年，各種不同溫度熱作用周期的總和是50年。而且，還允許100℃的“故障溫度”熱作用不超過100小時。可以看出，歐洲這些地區典型使用條件的特點是采暖期很長、熱媒溫度較低。總設計使用周期的50年中，只有14年（即28﹪、平均每年3.4個月）是非采暖期。上述分級應用于我國大多數采暖地區，是比較安全的。當然，應該根據當地的采暖周期特點，合理地加以引用，最好能夠逐步編制各地區自己的使用條件分級標準。各種熱塑性塑料類管材滿足總設計使用周期為50年的設計許用應力，如表2[3]。表2熱塑性塑料管的設計許用應力使用條件分級124520℃/50年PB管5.735.045.464.3110.92PE-X管3.853.544.003.247.60PP-R管3.092.133.301.906.93PE-RT管3.062.153.342.027.36表2的數值，說明了綜合熱作用越大，設計許用應力越小，在強度計算時應該采用較大的壁厚。只有當超過某種管材的最大壁厚時，才排除其使用可行性。另外，國外的設計方法中，不同溫度之間可以概略地按照“溫度每提高10℃、使用壽命約縮短2.5倍”的關系進行換算。例如：可以把80℃熱作用10年，換算為90℃熱作用4年，再加上原有的90℃熱作用1年，即每年平均可以承受36.5天90℃的熱作用；可以把60℃熱作用25年，換算為80℃熱作用10年，即每年平均可以承受73天80℃的熱作用。這說明，如果采用85/60℃作為熱媒設計參數，對于北京地區按照使用條件等級5級來選擇塑料類管材的壁厚，再考慮管材生產和施工過程中可能產生的缺陷，有關標準[4]還規定了管材的最小壁厚，形成了相當大的裕量，是足夠安全的。確實并不需要將熱媒溫度再降低到t≤80℃。4對金屬管道與塑料類管材的不同規定實際工程中很難操作“征求意見稿”對同一氣候分區、但對金屬管道、鋁塑復合管和熱塑性塑料管規定了不同的熱媒設計參數。但是，在實際工程中，由同一個熱源（鍋爐房或換熱站）供暖的系統，常會采用多種管材，而且一般在設計階段難以確定。即使計量供暖的住宅分戶系統地面埋設的管道需要采用塑料類管材，也會在采用鋁塑復合管或采用熱塑性塑料管之間舉棋不定。那將怎樣執行征求意見稿中提出的規定呢？無非是：①就低不就高。只要系統中有一部分采用了熱塑性塑料管，一律按照“t≤80℃、供回水溫差△t≥20℃”作為熱媒設計參數，這對于主體采用金屬管道的系統，會造成較大的浪費。②按照采用不同管材分別設置系統。或使熱源獨立，或同一熱源采用換熱、混水等方式提供不同的熱媒參數。這不僅使系統的配置復雜化，增加建設費用，而且也并不節能。因此，這種并不夠合理的規定，在實際工程中也很難操作。5結語5-1散熱器集中采暖系統的設計供水溫度，涉及到熱源條件等多種因素，對建筑節能的綜合影響程度的評估甚為復雜，包涵在建筑節能設計標準中目前似不成熟，尤其不宜加以硬性規定。如果覺得希望能有“指導意義”，可以采用“宜”的用語。5-2鋁塑復合管和熱塑性塑料管，應用于熱媒設計溫度為95/70℃的散熱器采暖系統中，只要是按照正確的方法確定管材的壁厚，也是可以的。但為了延長其使用壽命，以統一采用85/60℃作為熱媒設計參數為宜。5-3無需按照氣候分區，分別規定散熱器集中采暖系統的設計供水溫度。嚴寒和寒冷地區規定值只有極小的差別，分別規定意義不大，夏熱冬冷地區將設計供水