地暖

地暖（Radiant Floor Heating），也称地板辐射供暖^[1]，是与人体取暖生理需求特性最为吻合的供暖方式之一，而且相较于传统的采暖方式，地暖具有环保节能、舒适健康、保温隔音、节省使用面积等优点。^[6]

公元前1300年，在土耳其的王族宫殿中出现了地暖雏形^[7]；中国在明朝末年已有工艺较为原始的地暖雏形^[8]，如故宫热风道^[9]，通过烟道将青砖加热，以达到供暖的效果。^[8]现代地暖技术的应用可追溯到20世纪初的欧美发达国家，随后逐渐在韩国、日本得到应用，并于20世纪80年代末传入中国。^[5][8]

按照热媒的不同，地暖可被分为水地暖和电地暖两大类，^[10]其工作原理均是通过地板辐射层中的热媒来均匀加热地板，并利用热辐射来进行热量的传递。^[11]地暖的主要组成部分有集-分水器、加热供冷部件、填充层、绝热层、隔离层、防潮层、地面面层等，^[4]其中加热供冷部件是敷设在辐射面填充层内或预制沟槽保温板沟槽中的加热供冷管、加热电缆，以及供暖板、毛细管网等的统称^[4]。地暖在人们的生活中用途越来越广泛，涉及多个领域，^[12]并凭借其新颖的形式和优良的适应性^[6]在居民住宅、商业建筑、工业设施和农业生产中得到了广泛应用。^[12][2]

公元前1300年，在土耳其的王族宫殿中出现了地暖雏形。而后到了公元前80年，古罗马帝国的贵族住宅中采用了“火地”形式的地暖^[7]，即在地面铺设一层石子或大理石，用火烤热以后取暖。^[5]

中国在明朝末年，使用了烟道散热式地暖，如故宫的热风道，^[9]利用温热的青砖，将热量传入室内，以达到供暖的效果。^[8]

1907年，英国巴克利（ Arthur H . Barker）教授申请了地面辐射供暖的专利，是现代地暖的开端。^[5]

20世纪30年代，出现了温度不高于60℃热水的铜管地暖，地暖技术在欧美发达国家兴盛起来，得以推广应用。^[7][8]

1950年，克兰迪宁（Clandinin D.R）和罗布利（Robblee A.R）等人将地暖应用于阿尔伯塔大学家禽养殖场中，对肉鸡养殖的最佳地面温度进行了研究。^[13]

1987年，中国建立了第一台低温地暖实验站，并进行了模拟地暖和设计优化的相关实验。^[14]

1989年，哈尔滨工业大学对塑料管采暖进行了研究，并建立实验台进行了小样测试。这些成果对中国地暖事业在工程中的应用起到了指导作用。^[14]

2001年，达里尔·塔耶马里奥（Darryl Thayer）等人举行会议，综述了以地板辐射为能量分配系统的液体型太阳能空间和DHW供暖系统的设计和性能。^[15]

2004年，中华人民共和国建设部批准通过了《地面辐射供暖技术规程》JGJ 142-2004，制定了相关标准，进一步推动了地暖行业的发展。^[16]

2012年，中华人民共和国住房和城乡建设部发布通告，以《辐射供暖供冷技术规程》JGJ 142-2012作为新的地暖行业标准，自2013年6月1日起实施，原行业标准《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2004同时废止。^[4]

2016年，中国科技工作者设计并搭建了太阳能-地下水热泵机组实验装置，并对其性能进行了测试。^[17]

地暖自20世纪80年代末传入中国，经过多年发展至今，已形成品种多样化，产品高档化的局面。^[9][8]

地暖的主要供暖方式为热辐射^[注1]采暖，其先通过地下管网（铝塑复合管或导电管）中的热媒加热地板，^[19][20][21]让地面能温和而均匀地向室内空间辐射热量，^[22]然后借助冷热空气的比重差，使空气形成自然对流现象，从而让人体感受到热照和空气温度的双重热作用。^[23]

地暖主要由集-分水器、加热供冷部件、填充层、绝热层、隔离层、防潮层、地面面层等组成。^[4]

干净卫生：地暖的主要供暖方式为热辐射采暖，减少了室内的空气对流现象，且采暖设备均被置于地板下方，可以较为明显地改善室内空气质量，有利于人体健康。^[11][12][24]

环保节能：地暖将整个地板作为散热器，散热面积大，热量损失小，且供水温度较低，一般不超过60℃，使用绿色能源即可满足需求，减少了煤炭的消耗，并且室内供暖可实现分层分户控制，住户可以自行调节，能够有效节能。^[10][12][6]

节省使用面积：相较于传统的采暖方式，地暖取消了暖气片，使得室内可使用面积增加，同时又美化了室内环境，有利于装修。^[6]

舒适保健：地暖进行供热时，温度是自下而上的，符合“温足凉顶”的养生理论，能够使人感到温暖而不会头晕。^[10][6][25]

保温隔声：地暖安装有保温层，减少热量流失的同时，也起到了很好的隔音效果。^[24][26]

占用层高：地暖在地板下铺设管线，设置保温层，需要占用一定的层高，这会使房屋地面增高2-3cm。^[24][27]

后期维修不便：地暖的管道均需铺设在地下，因此在维修时容易损坏地下设施，造成经济损失。^[27]

卫生间使用受限：卫生间的可铺设范围比室内小得多，由于地暖管道在铺设前需要做防水措施，且线路复杂，因此卫生间的供暖效果达不到实际需求。^[24]

管道堵塞：由于地暖管道的管径在20cm以内，且呈盘绕状铺设，用作热媒的水质一旦不达标的话，容易在循环过程中堵塞管道。^[27]

地面板材可选种类少：铺设地暖的房间更容易变得干燥，若使用木地板的话存在干裂的风险，在敷设时选取地砖、大理石地面、复合木地板等板材可避免这个问题。^[24]

按照热媒介质的不同，地暖可以被分为电地暖自控系统和水地暖自控系统两大类，简称电地暖、水地暖。^[10]另外按照铺装结构的不同，地暖还可以被分为干式地暖和湿式地暖两大类。^[28]

电地暖的主要组成部分有发热电缆，温控器，地面辅材等。^[29]其工作原理为：使用发热电缆作为热媒加热地板，并通过温控器来调节温度，然后利用热辐射和空气对流现象进行室内供热。^[23]发热电缆的工作温度上限为65℃^[30]，能够将电能直接转化为热能，其热效率将近100%。^[31]

电地暖可精确控制温度，使室温保持均衡而不受外界环境的影响。电地暖在室温达到设定温度后会停止工作，在室温低于设定温度2℃时继续供暖，具有经济、节能、环保等优点，因此吸引了不少消费者群体。^[30][32]

水地暖的主要组成部分有加热热源、集-分水器及水循环泵、温度控制系统和地面水盘管散热末端等， ^[33]其工作原理为：使用

热水作为热媒加热地板，通过循环泵完成热水的循环，^[33]并利用热辐射和空气对流现象对室内温度进行调节，使温度上升且均匀分布。^[19]水地暖的工作温度上限为60℃^[39]，由于需要先对水进行加热，有一定的能量损失，其热效率约为80%，并且分户计量温度控制精度相对较差。^[31]

水地暖的运行费用低，且没有辐射，经济环保，供暖的同时还可以解决生活用水问题，其缺点是后期维修相对困难，锅炉和分-集水器等部件需按期更换，会产生一定的额外费用。^[40]

干式地暖相较于湿式地暖的主要区别在于没有混凝土回填，并且只占用较小的层高，维修方便且更加节能，但因为缺少了混凝土层，干式地暖的蓄热能力不如湿式地暖。^[44]

地暖在人们的生活中用途越来越广泛，涉及多个新的领域，^[12]在健身房、写字楼、游泳馆、商场等公共建筑以及民用住宅和各类医疗机构中均有应用，足球场、飞机库、蔬菜大棚和厂房等建筑中也有地暖的身影。^[49]这种快捷又独特的供暖方式，已逐渐成为供暖行业的发展新趋势。^[2][12]

世界部分国家和地区使用地暖的住宅比例如下：欧美发达国家超50%；韩国占80％以上；加拿大西部65％；瑞士48％；德国41％；奥地利25％；法国20％。^[49]

从2000年起，中国地暖安装面积年增长率高达60％以上，到2005年，采暖安装面积已突破5000万m2。同年，中国部分地区地暖应用率如下：内蒙、东北、新疆：70％以上；河北、甘肃：60％以上；山东、山西、陕两、宁夏：40％以上；北京、河南：20％以上。^[49]

地暖散热面积大，热量损失小^[10]，且保温层具有隔音效果，^[24]有利于提高使用者的生活质量^[11]。地暖的推广使用，对环境十分友好，因其可通过绿色能源进行采暖，减少了煤炭的使用，可有效缓解能源压力。^[12][14]地暖给供暖行业带来了技术上的革新，是一种经济、节能型的采暖方式，不仅有利于提高人们的生活水平，而且还有利于供暖体制的改革，实现供暖商品化。^[20]

目前地暖行业仍存在不足之处需要解决，包括但不限于以下几点^[50]：

地板散热面遮挡安全系数难以确定：因地面遮挡因素随机性很大，设计人员可根据具体情况附加一定的修正系数，但由于无法预知住户对各房间的使用方式，因此该修正系数取值尚无据可依。^[50]

地暖需在地板下铺设管线，设置保温层，这样会占用一定的层高，导致梁柱界面和结构荷载增大，使土建费用提高。^[24][50][27]

中国地暖发展迅速，但地暖应用占比依然较小，这也反映了其在市场具有一定的发展潜力。^[49]2016-2022年，中国相继出台了一系列相关文件，如《关于加快浅层地热能开发利用促进北方采暖地区燃煤减量替代的通知》《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》等，旨在促进新能源的开发、鼓励研究新技术、保护环境且不浪费资源、结合低碳理念降低供暖成本。^[51]在这样的大环境下，经济环保的热源方式将成为未来主要研究的课题之一。^[49]

《辐射供暖供冷技术规程》为中国地暖行业标准，现仅对该标准中必须严格执行的强制性条文做如下陈列^[4]：

施工准备——找平地面——安装分、集水器——铺设保温层——敷设加热管——管路水压测试——设置伸缩缝——浇筑细石混凝土层——二次水压试验——竣工验收。^[52][53]

施工准备：在墙柱等竖向结构上弹出水平标高控制线50线，往下量测出面层标高，弹在墙上。^[52]

找平地面：清理地面杂物垃圾，检测地面平整度，确保混凝土基面整洁。^[54]

安装分、集水器：用膨胀螺栓将分、集水器水平固定在墙上。^[53][55]

铺设保温层：在找平层上依次铺设保温板、铝箔纸、钢丝网，要求铺设平整、严密。^{[52][53][55][25][56]}

敷设加热管：每回路加热管铺设完毕，要及时封堵管口，确保管子清洁。^[52][53]

管路水压测试：将加热管与分、集水器连接，进行水压试验。^[53]

设置伸缩缝：在混凝土层与四周墙体交接处，过门口设置长度不小于400 mm的柔性套管。^[52][53][56]

浇筑细石混凝土层：浇筑细石混凝土层后采用人工抹压密实，不可使用机械振捣或踩踏已铺设好的地暖管。^[52]加热管内保持不小于0.6MPa的压力，在混凝土达到养护期后泄压。^[53][54][56]

二次水压试验：将立管与分、集水器连接，进行二次水压试验，检查埋地管是否完好。最后安装温控器。^[53]

竣工验收。^[52]

施工人员需要提前了解近几天气温，防止在施工过程中因突然降温造成管线断裂或死弯，影响施工进度以及地面混凝土强度。施工材料需要选择耐温性能好，规格尺寸标准的产品，以此保证系统流畅，避免出现憋气现象。分水器与交联管连接时要求管材断口切割平整，且与锁母连接牢固。^[57]

装修时施工力度不可过大，避免破坏地下供热系统。分、集水器需要保持低温运行来延长使用寿命。供暖期开始前，可以先清理管道杂质，从而提高供暖效果。^[6]潮湿房间需要多做一层防水，并且初次供暖时，供水温度应控制在高于环境温度10℃左右，且不应高于32℃，然后连续运行48h。^[57]