采暖设计常见问题分析
在本采暖季，笔者对几个运行不正常的采暖系统－“问题工程”，进行了补救处理，结合近年来对其它工程的调研和反思，发现有许多原因，源于设计理念方面的一些模糊认识，现加以整理以供参考。
1 热媒设计温度
散热器热水采暖系统的热媒设计温度，一般根据热舒适度要求、系统运行的安全性和经济性等原则确定。供水温度不超过95℃，可确保热媒在常压条件下不发生汽化；适当降低热媒温度，有利于提高舒适度，但要相应增加散热器数量。所以一般经常采用95/70℃，例如：作为散热器“标准工况”的64.5℃，就是水温95/70℃的平均值与室温18℃的传热温差。许多采暖系统的设计计算资料，也按此条件编制。
当然，热媒设计温度也要符合热源条件的可能性和考虑其它因素。例如：以较低温度的一次热媒进行换热所得的二次热媒，或采用户式燃气热水采暖炉的水温有限制，或采用塑料类管材为提高其耐用性时，也有采用85/60℃作为设计参数的。但是，再进一步降低散热器采暖的热媒设计参数，显然是不合理的。以95/70℃为比较基础，热媒平均温度每降低10℃，散热器数量约增加20％。
2 竖向压力分区与“分环”
《采暖通风与空气调节设计规范》第3.3.9条规定：“建筑物的热水采暖系统高度超过50m时，宜竖向分区设置”。条文说明作如下解释：其主要目的是为了减小散热器及配件所承受的压力，保证系统安全运行。暖通规范作上述限定十分必要。近年以来，高层建筑（尤其是高层住宅）的热水采暖系统因渗漏而使家装破坏的事故，时有发生。除散热器或其它构件的质量和施工安装队伍素质等因素外，主要由于承压过高。
有些设计在热源处设置分集水器，对高低环分别接出供回水管路，将“分环”当作竖向压力分区，这是概念上的错误。“分环”可能有利于水力平衡和调节，但不可能对高区和低区分别实施定压，并不能克服低区所承受的较高静水压力。
竖向压力分区最好能从热源上就分别设置。不宜分设时，一般采用间接换热的方法。间接换热虽比较稳妥，但换热后二次水的温度将有所降低，致使散热器数量增加。
因此，在实际工程应用中，也有采用加压和减压的方法，即：热源系统按低区定压。高区系统供水经加压进入，回水则减压接回低区系统。从理论上分析，高区热媒循环水泵的工作扬程，要附加高低区系统的几何高差，不利于节能，但从技术经济的综合分析，可能仍有可取之处。但采用此种方法，要特别注意减压阀的“动静压差特性”，即：当高区系统水泵停止时，减压阀后的设定压力会升高一个动静压差值，此值在阀的额定流量条件下约为5m,造成低区开式膨胀水箱的溢流，并同时使高区系统亏水和空气进入。虽然性能较好的减压阀动静压差较小，但最好还是采用闭式膨胀水箱，或采用不间断运行的变频补水泵定压。
3 系统补水
某供暖建筑面积22万多m2的居住小区，存在水力失调的室内系统末端底层住户，出现以下奇怪的现象：每到晚上八九点钟后散热器就开始降温，到半夜就完全不热，而次日早晨又会逐渐热起来。据深入调查，重新热起来是由于顶层住户在每晚临睡前和次日早晨起床后进行了手动放风所致。经改装了质量较好的自动排气阀后有所缓解，但系统中还是经常因有空气存在。显然，应彻底解决系统进入空气的问题。
据查，系统未设置膨胀水箱，也未设置气压水罐等膨胀容积，只是依靠功率较大的补水泵进行补水定压，而补水泵则由电接点压力表控制启停，当降至下限值时水泵启动，达到上限值时停泵。由于设置在管路上的压力表，指针会发生抖动，上下限值的整定间距不能很小，因此，停泵后重新启动必然会有较长的时间间隔。在此时段内，由于水的不可压缩性和不可避免的系统泄漏，总会有空气进入系统，并积存于流量较小的系统末端顶点。
由于该工程已无条件增设膨胀水箱和足够容积的气压水罐，采取了增设一台略大于系统泄漏量的小功率补水泵(0.75kW)的方法，使之连续运行，当流量大于系统泄漏量时,通过限压阀回流至软水箱，基本上解决了问题。由此可得到启示：用合理容积的膨胀水箱或气压水罐进行定压，是十分必要的，如无条件设置，则应采用不间断运行的变频补水泵，或像本工程所采取的简易方法。
4 散热器的选择
国家标准《住宅设计规范》有针对性地提到散热器的选择问题。规定“应采用体型紧凑、便于清扫、使用寿命不低于钢管的型式”。目前, 散热器品种繁多，市场竞争剧烈，有从容选择的余地，但也要看到各种散热器在应用实践中都出现过不同性质的问题。关键是要针对系统的特性，较为适当地应用，要用其所长，避其所短。系统的运行、保养和水质控制等环节水平的提高，要有一个渐进的过程，一种有生命力的产品，应该提高其适应客观条件的性能，而不是对客观条件的苛求。
铸铁散热器是一种适应性较强的品种，它的主要弊病是：体型不紧凑，如铸铁四柱或铸铁长翼型等陈旧型号, 显然与节能的、装饰要求较高的建筑环境很不协调；由于价格竞争, 偷工减料，常达不到额定散热量；内腔粘砂成为系统堵塞的重要原因；落后的铸造工艺和加工粗劣, 组对接口容易漏水。一些发达国家自己不生产但仍乐于采用，并看作为高档产品，当然不是这样粗陋的品种。如不开发新的品种，必然会陷入困境。可喜的是，外型可类似于高档钢制散热器、内腔无粘砂的铸铁散热器，已开发成功并已形成生产能力，由于它对各种系统及运行管理水平的适应性强，可望有较大的发展空间。
钢板材质的钢制散热器体型较薄且较美观, 国外较多采用, 引进并广泛应用以后,由于材质、生产工艺、运行水质等因素失控, 八十年代后期曾发生大量腐蚀而造成过很大损失，至今，仍有过头的商业宣传误导用户，不断造成此类腐蚀现象重复发生。引进国外材料或生产工艺生产的一些高档散热器, 在发生腐蚀现象以后，提出了一系列对于较大的集中供暖系统几乎无法达到的苛刻要求，例如：严格控制热媒含氧量、限定采用隔膜式膨胀罐定压方式、非采暖季满水保护、检修时只能局部放水、塑料管设阻氧层、内挂镁棒即采用“牺牲阳极保护”等。说明其形成腐蚀的主客观因素并未能根本解决, 因此仍应慎用。但是，它还是可以应用于以燃气热水采暖炉或电热水采暖炉等分散热源的户式系统中。
按寿命不低于钢管的耐腐蚀界定标准，早期开发的钢管材质的钢制串片管式散热器和后期开发的绕片式(包括高频焊或强绕)钢制散热器, 仍是钢制散热器中可放心选用的主体品种。但此类散热器水阻较大，但又常不能提供准确的水阻特性数据，在单管系统中应用，尤其是采用两通恒温阀加跨越管的做法时，会发生散热器进流量过小的问题。此外，此类散热器的热工性能和特定形式的外罩有关, 外罩的成本占其价格的相当比例, 但外观难以满足用户的装饰要求，“罩外加罩”十分常见。
铝制散热器是一种高效的散热器, 同样也发生过腐蚀穿孔问题, 除材质外,碱性水质和超量的氯化物都会对铝产生腐蚀,虽对此种散热器提出了内防护要求，但工艺上难以实施，也不便于检验。因为热水锅炉水质标准要求锅水的PH值应为10—12，说明此种散热器不能用于以锅炉为直接热源的集中供暖系统，但可在热网集中供热、用户侧为经热交换的二次热媒系统，也可以应用于以燃气热水采暖炉或电热水采暖炉等分散热源的户式系统。有些产品改进为采用铜铝复合，可能是铝制散热器的主要出路。
5 关于塑料类管材
在实施住宅分户热计量的户内采暖系统中，已大量采用塑料类管材，与金属管件接头处漏水成为一大公害，尤以交联铝塑复合(XPAP)管和交联聚乙烯（PE-X）管为甚。XPAP管由于其良好的阻氧性能，相对于其它塑料类管材，本来更适合于采用钢制散热器的户内埋地管道。
有一种说法：接头处漏水是由于管道的纵向膨胀所引起，这是不确切的。管道受热后纵向膨胀形成的膨胀力，是伸长量、管材的弹性模量和管道截面积的乘积。钢管的线膨胀系数是0.012(mm/m•K), 而塑料类管材线膨胀系数的概略值, 按从小到大排列如下: XPAP管 0.025；PB管 0.130；PP-R管0.180；PE-X管 0.200，当然，线膨胀系数大的管材受热作用后会有较大的热伸长量。但塑料类管材的弹性模量远小于钢管，钢管的弹性模量为20.6×103kN/cm2,而例如PP-R管，在20℃时仅为80kN/cm2，95℃时又降低为25 kN/cm2。因此，在管道截面积相同时，塑料类管材的膨胀力会远小于钢管。
接头处漏水的主要原因，是管材与金属管件的配合和施工安装人员的操作经验问题。根据北京市标准《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》对金属连接管件的要求，耐拔脱力应不小于3Mpa,因此是可以通过改进解决的。
塑料类管材的纵向膨胀特性，则应在敷设方式上有所考虑。塑料类管材在地面内埋设时纵向膨胀受限，会转化为内应力，在管道强度计算的安全系数中可以消纳，而明装时则会发生较大的弯曲变形，且易受划伤而影响使用寿命。根据实际工程的问题和经验，北京市分户热计量试用图集中，只推荐在直埋（包括地面内或嵌墙敷设）时采用，非直埋的所有管道（包括明装或管道井内安装），仍推荐采用热镀锌钢管和螺纹连接，是很有必要的。