欧美独立住宅热水地暖概述

2011年9月16日1030

前序:地暖技术简介
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(说明:下面这一部分内容,来自国内的网络,掺杂少量个人的观点,仅供阅读思考。)

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前序目录

一、人体温度与舒适温度

二、住宅室内常见建材与热量有关的一些特性

三、低温热水地板辐射采暖

四、国内城镇小区集中供热的一些情况

五、真正考虑广大的乡下农村冬季采暖供热问题目前还是个空白。

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一、人体温度与舒适温度

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人体的正常温度在37℃左右。但这并不是说在衣服内或房屋内保持37℃的温度,人就最舒适。因为人体的新陈代谢所产生的热量,必须以一定的速度向外发散。若环境温度过高,这些热量不能发散,聚积在体内,人会感到非常难受。这时,人体就要排出大量汗液,借蒸发作用发散热量,以降低体温。只有当气温较体温低的时候,人体的热量才得以畅快地散发。然而当气温过低时,热量发散太快,超过了人体正常散热的速度,人体又会感到寒冷,这时就要穿上适量保暖的衣服,阻止人体热量向外发散。

1、舒适温度的上下限

根据国内外的实验,夏季,人们感到最舒适的气温是19—24℃,冬季是17—22℃。人体总要保持体温恒定。当环境温度超过舒适温度的上限时,人们便感到热,若超过 37℃时就感到酷热,一般人们能够忍受的温度上限是52℃。相反,当环境温度低于舒适温度下限时,人就感到凉、冷;若低于0℃,就感到严寒。对于一般从事室外活动衣着合适的人,能够忍受的温度下限约为零下34℃。

2、感觉温度还与风速和湿度有关

以上只是从温度的高低谈论冷、热,这还不全面。其实,所谓冷、热,是人们的一种感觉,它与实际气温不完全是一回事。感觉温度除与气温有关外,还与风速和湿度等有关。例如冬季南方的阴雨天,人们感到透心的冷;而在北方刮大风时,就感到刺骨的寒。在夏季台风或暴雨到来之前,由于气温高于体温,气温对人体起加热的作用,人只能靠出汗耗热来维持体温平衡,如果这时空气湿度大,汗又不易挥发,人体就会感到闷热异常。如果这时清风徐来,加快了人体热量的散发,人体马上就感到凉快。这都说明谈论冷、热时不能忽略风和湿度的作用。

3、风和湿度在感觉温度中起作用

风和湿度究意在感觉温度中起很大作用?一是可增强人体的对流换热,二是可加快空气蒸发,从而也影响着排汗的散热效率。这两者的影响又由于气温高于皮肤温度或低于皮肤温度而有所不同。当气温高于皮肤温度时,风的作用一方面是对流换热而加热于人体,另一方面却增强了蒸发,从而提高了散热效率。如夏季当有热风吹来时,由于汗水蒸发快,入体虽感到干热但并不闷热。反之,在冬季气温低于皮肤温度时,风的作用使对流换热快,散热效率也高,所以在气温相同的情况下,有风时人体会感到更冷。湿度对人体的影响,主要是它决定着排汗的散热效率。在舒适温度的范围内,湿度的影响还不太明显,但在高温时,随着温度和湿度的增高则愈加明显。这是因为湿度大时,皮肤完全是潮湿的,此时,蒸发率及由之而产生的散热量仅取决于空气的蒸发能力。

4、人体舒适的温度范围总结

(1)、
人体感觉最舒适的温度:21~24 ℃
产生冷感的温度:14 ℃
防暑降温的标志:最高气温达到33 ℃
酷暑的标志:最高气温达到30℃,连续三天以上最高气温在28℃、29℃,也会觉得酷热难耐
数九隆冬的标志:最低气温达到-30 ℃,连续三天以上最高气温在-16~-18 ℃,也会觉得很冷。

(2)、
客观标准的人体舒适温度,是以生理学和医学为原理而界定的。一般认为人体最适宜的温度为:工作时19℃至21℃;休息时为25℃至29℃。在这种标准温度下,操作者可以安全、健康、有效地工作,故术语叫作“允许温度”。

(3)、
据生理学家研究,室内温度过高时,会影响人的体温调节功能。冬季,如果室内温度经常保持在23摄氏度以上,人就会神疲力乏、头晕脑涨。同时,由于室内外温差悬殊,人体难以适应,容易患伤风感冒。如果室内温度过低,则会使人体代谢功能下降,脉搏、呼吸减慢,呼吸道粘膜的抵抗力减弱,容易诱发呼吸道疾病。注意室内温度调节的同时,还应注意室内湿度。夏天,室内湿度过大时,会抑制人体散热,使人感到十分闷热、烦躁。冬天,室内湿度大时,则会使人觉得阴冷、抑郁,并易患感冒。最宜人的室内温湿度是:冬天温度为18摄氏度至25摄氏度,湿度为30%至80%;夏天温度为23摄氏度至28摄氏度,湿度为30%至60%。在此范围内感到舒适的人占95%以上。在装有空调的室内,室温为度19摄氏度至24摄氏度,湿度为40%至50%时,人感到最舒适。

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二、住宅室内常见建材与热量有关的一些特性

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容重,一般是指工程上用的一立方的材料的重量,即单位容积内物体的重量,容重的单位(Kg/m3)。

导热系数,是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,°C),在1小时内,通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米•度(W/m•K,此处的K可用°C代替)。

蓄热系数,在周期性热作用下,物体表面温度升高或降低1℃时,单位表面积贮存或释放的热流量。

按容重划分,由小到大排列顺序:聚苯板、聚氨酯、木材、石膏板、烧制粘土砖、混凝土、烧制瓷砖、玻璃、天然石材、钢材。

建材的容重越大,导热系数就越高;建材的容重越小,导热系数就越低。

建材的导热系数越大,建材的导热性能就越好。

地面材料,导热系数,由大到小的顺序排列为:天然石材、瓷砖、实木复合地板、强化木地板、实木地板、化纤地毯、纯毛地毯。导热系数越小,要想达到同等采暖效果,运行费用就会越高。

既想室内温暖舒适,又想节省住宅的采暖费用,这是一对矛盾,需要折中权衡。木材是人类亲近的一种建筑材料,但作为地板表层材料,木材的导热性又较差,不容易将地板下部热水管中的热量散发出来,要想达到住户在室内较适宜的温度,那么就需要消耗较大的供暖费用。

木结构住宅是真正的绿色建筑,因为木结构住宅所使用的天然木材是绿色环保的、节约能源的、可再生的、可持续发展的。木材可以反复的利用,加工也非常简单,比制造钢材、水泥要简单的多,更节省能源,对大气几乎没有污染,所以木材是最好的一种建筑材料。

石膏板除了有装饰作用外,更重要的是具有保温、隔热、防火、防潮的效果,同时具有轻质、高强、节能、环保作用。

使用石膏板可以大幅度地提高建筑节能效果,也可为人们提供舒适健康的住宅环境。

作为建材,石膏具有安全、舒适、快速、环保四个特点。

安全:主要是指其耐火性好。石膏建材的最终水化产物是二水硫酸钙,遇到火灾时,只有等其中的两个结晶水全部分解完毕后,温度才能从其分解温度140℃的基础上继续上升,分解过程中产生的大量水蒸气幕对火焰的蔓延起着阻隔的作用。这就会赢得宝贵的救火时间。

舒适:是指它的“暖性”和“呼吸功能”。石膏建材是多孔材料,在室内湿度大时,可将水分吸入;在室内湿度小时,又可将孔隙内的水分释放出来。自动调节室内湿度。其导热系数接近于木材,在0.20—0.28W/m•K之间。

快速:是指石膏建材的生产速度快,施工效率高。一般建筑石膏的初终凝时间在6—30分钟之间,与水泥制品相比,其凝结硬化快。生产石膏制品的脱模周期一小时可达4—5次,如采用快速锻烧工艺,其凝结时间还可进一步缩短。

环保:是指石膏建材节能(仅为水泥锻烧能耗的1/4,石灰的1/3)、节材(与实心粘土砖隔墙(120毫米)相比,纸面石膏板每平方米的重量是其1/10—1/9,石膏砌块是其1/4—2/5)、利废(可利用工业副产品二水石膏如排烟脱硫石膏、磷石膏等)、可回收利用(建材石膏水化后又变成二水石膏)、卫生(石膏无毒、对人体无害)、不污染环境(建筑石膏的烧成过程是将二水硫酸钙脱去3/4的水,变成半水硫酸钙,其排放物为水蒸气)。因而石膏建材不仅性能好,也是绿色建材,完全符合可持续发展战略和循环经济方针。

节约能源是我国的基本国策,建筑节能是节约能源的重要部分,节能住宅对保护环境和提高住宅舒适度有非常重要的作用,社会效益非常显著,前期建设部系统大力推进健康住宅理念,并发布了2004版的《健康住宅建设技术要点》。以后,各地新建居住住宅都在大力提倡使用建筑节能材料。

国外建成的节能建筑比我国多,节能标准的执行也十分严格。据介绍,欧洲目前正在建造一种适合于8层以下的、模块式的轻型建筑体系,这种模块式盖房,先用钢材框架在工地搭建出房屋结构,用铆钉连结,然后将在工厂制造好的板材运到工地组装,三天盖一幢四层楼房。内墙是具有各种颜色的隔热、保温板,外墙有防雨防水板材。在欧洲混凝土结构已经很少了,自从有了保温隔热技术以后,单层墙就被双层墙取代了,其中采用内绝热技术的占96%,采用外绝热技术的占1%,采用自绝热技术的占3%,这为石膏板的大量采用提供了机会。

过去建筑师与结构工程师在进行建筑结构设计时,注重把房屋设计的结实、漂亮、宽敞、布局合理,对房屋结构与节能和建材的合理、准确使用考虑较少,住宅楼或办公楼盖完后,可能不仅浪费建筑材料,房屋舒适度也不够,还使建筑物的取暖问题成为能耗的长期巨大黑洞。因而今后解决长期能源消耗是建筑节能和建筑保温的一个重大课题。建筑节能、建筑保温也为保温、节能建材企业提供了更广阔的发展空间。推进健康人居环境要靠我们建材行业来支撑,建筑节能要靠建筑材料来实现。

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三、低温热水地板辐射采暖

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低温热水地板辐射采暖(low-temperature hot water floor radiant heating),以低温热水作为热量的传导媒介(传导热介质),通过埋设于地板内的管材,比如,PEX管,或者 PERT管,或者 PB管,热水循环流通,把地板加热,均匀地向室内辐射热量。

低温热水地板辐射采暖,具有热性能稳定、室温均匀、温暖舒适、低耗节能、使用寿命较长等特点,是目前流行的一种住宅供暖方式。

地暖技术,诞生于上个世纪30年代的美国,当时的地暖系统,采用铜管作为加热盘管。后来,60年代末,抗老化、耐高温、耐高压、易弯曲的塑料管材开始实际应用。塑料管材,价格便宜、地面下埋管无接口、管内壁不易结垢、使用寿命较长。

地暖系统,可分为水地暖系统(简称为“水地暖”)和电地暖系统(简称为“电地暖”)两大类。

水地暖的热媒体是加热后的热水,其散热末端主要是盘管。在水地暖系统中,热水的循环是由循环泵完成的,电能通常作为驱动能源。水地暖主要由加热热源、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几个主要部分构成。

以锅炉为热源的水地暖系统可简单叫做锅炉水地暖,又可细分为电锅炉水地暖、燃气锅炉水地暖、燃煤锅炉水地暖

以热泵为热源的水地暖系统可简称热泵水地暖,又可细分为空气源热泵水地暖、水源热泵水地暖、地暖热泵水地暖。此外还有地热水地暖、电厂余热水地暖、燃气壁挂炉水地暖、太阳能水地暖等等(见地暖分类表)。

地面温度不超过摄氏30度的标准要求,决定了地盘管内水温不能太高;辐射传热是地暖的主要传热方式。

电地暖是指以电作为能源,将电加热体铺在地板下、直接实现电热转换的供暖系统。电地暖主要由控制(温度控制和电器安全保护)系统和地面供热系统这两个子系统构成。

按照“热源+地暖形式”分类法,目前市场上的电地暖可分为发热电缆电地暖和电热膜电地暖两大类。以发热电缆为发热体的电地暖,根据电缆的构造又可分为单导(单芯)和双导(双芯)发热电缆,按功能性又可分为自限温(英文缩写PTC)和非自限温发热电缆。

发热电缆电地暖又可细分为单导(或单芯)发热电缆电地暖、双导(或双芯)发热电缆电地暖、PTC发热电缆电地暖等(见地暖分类表)。

除了媒体、商家的一些关于地暖的优点、好处之外,好像有使用地暖的用户也反映,地暖也存在着缺陷,比如,会导致室内地面上的粉尘上扬,对儿童和老人不利,还会导致室内温度过高,存在着空气干燥的问题发生。

至于此说法的可信度,有待倾听众多地暖用户的反映。

我本人分析,地暖出现这些缺点,或者叫缺陷,也可能与目前的供暖的收费计价方式,人们的习惯做法,再一个就是小区连片集中供暖的这供暖形式等等有关系。

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四、国内城镇小区集中供热的一些情况

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国内媒体上介绍说,城市集中供热是节能、环保的重要途径,是城市现代化的主要基础设施之一。

城市集中供热系统主要包括热力站(或称热源厂)、热水管网、换热站、用户(或称居民小区)等几部分。

连接于热源厂和热用户之间的供热系统,是整个集中供热系统的重要组成部分。居民小区的供热系统,主要包括小区的热水管网和热力站。热水管网分为一次网和二次网。一次网是指连接于城市管网与热力站之间的管网,二次网是指连接于热力站与热用户之间的管网。热力站通过二次管网把热量送到终端用户。

热水交换站设备基本构成

1、热水交换器:用于一次管网与二次管网之间的热交换,是热力站中的核心设备,其作用相当于锅炉系统中的热水锅炉;
2、二次热水循环泵:作为热力站二次侧与用户之间热交换的动力源,为系统控制的主要对象;
3、补水泵:用于往二次管网补充软化水;
4、软化水装置:补水泵的前端用于制作软化水的设备;
5、管网中各种阀体:包括切断阀、减压阀、逆止阀、安全阀、排污阀、手动或自动调节扳等。通过这些阀体保障系统的正常运行。
6、仪表:分为就地显示仪表和变送仪表。除了流量计,在图中标有传感器的位置都需要两套传感器。其中就地显示仪表要求具有原动力,即不用电源驱动,而是通过自身借助介质的能量进行显示。

国内这种连片大面积供暖的形式——小区集中供热/小区集中供暖,虽然具有了国内媒体上所介绍的诸多优点,但也从技术上决定了这种方式的缺陷。从每到冬季出现的,供暖企业与用户之间的各种纠纷就可以看出。

连片,大面积,小区集中供暖,如果在技术上,不采取类似以色列的滴灌、微灌系统的供水分配技术措施,将很难能保证供暖热量的远近平衡问题。采暖期间,离着热交换站距离近的用户,室内温度高、用户满意,离着热交换站距离远的用户室内温度低、用户不满意。出现这种现象,从技术上来讲是不可避免的。

现在,在国内某些城镇,小区集中供暖系统,实际上是连着两大类用热住宅。一类是住宅内部采用传统的钢管、暖气片,或者PPR管暖气片的用户(又可再分为:单程管线和双程管线两种具体应用形式。),另一类是住宅内部采用近年开始流行的新式采暖方式——即所谓的“地暖”。

每到冬季,小区内的“热闹”可多了。不时有用户到处反映,家里的温度达不到政府所规定的最低温度。纠纷、矛盾不断,甚至还得动用政府有关部门介入。为此,每到这时,政府有关部门就常常感到头疼。

在某些城镇,小区集中供暖企业,虽然也属于公用设施类别的行业。但相对于政府每年拨入的少量补贴,供热企业可能也有些难处。市场经济环境之下的经营企业,谁不去追求利益最大化。

供热企业追求利益最大化,换热站部门,那么就得从降低原始热源温度上做文章了。

作为城镇供热管网系统中的下游换热站,从上游热源企业来的,一般是高压蒸汽,需要经过换热战内部设施,进行热量交换,再通过本身换热战附属的热水管网,向终端用户提供热水。

采暖季节,小区换热站,当供求矛盾积聚时,甚至是在上级为了“和谐、稳定”的强大压力之下,往往再提高供水的温度。这样,一方面,会提高企业的生产经营成本,另一方面,采用地暖供暖的住家,由于供水温度过高,室内很不舒服,但是用户自己又不会调节配水器,来降低流量(其实,用户也懒得去调。因为,国内大多小区供热还是按用户的住宅的套内面积去收费的。),他们往往会打开窗子进行通风降温。

在这种恶性循环的状态之下,那些采用传统的钢管、暖气片,或者PPR管、暖气片的用户,往往就会偷着,私自从供热管线系统中持续放水,或者在室内供暖管线上私接微型循环泵,强制进行热水的流通循环。采用这些非法的措施之后,必然会导致附近的邻居家供暖效果出现很大的问题。

迫于政策的压力,供热部门如果考虑这部分采用传统采暖技术的用户的反映,提高了用户的供热温度,就会进一步加大企业的所谓的亏损,也导致了供热企也经常性地向政府有关部门哭穷。而这种家家用用户都满意的供暖状态,还不能很好地长久保持。

这样分析起来,这种小区连片集中供热,节能环保的说辞,还真值得商榷。

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下面介绍的,欧美独立住宅,低温热水地板辐射采暖内容,以及本人以前向大家介绍的日本“一户建”小住宅等内容,或许能对所谓的“别墅”住宅,以及现在正在进行的新农村建设的住宅的供暖有些借鉴或者启发的作用。

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欧美独立住宅低温热水地板辐射采暖

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阅读提纲

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1、地暖示意图部分

2、地暖管材示例部分

3、地暖与传统取暖方式对比部分

4、楼层地暖示意图部分

5、地暖布线示意图部分

6、欧美独立住宅地暖配水器部分

7、欧美独立住宅地源热泵系统部分

8、欧美独立住宅墙体热水辐射采暖部分

9、欧美独立住宅电热地板采暖部分

10、欧美独立住宅地暖设备间部分(多数在地下室位置)

11、欧美独立住宅地暖布线实例部分

12、欧美独立住宅热交换系统

13、补充地暖遗漏部分

14、关于地暖系统中“水垢”的问题

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1、地暖示意图部分

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传统取暖方式(室内空间温度:上部,温度较高,往下,渐渐温度下降。)

作者于2010-4-5 14:15:00编辑了此回复

地板热水辐射取暖方式

(室内空间温度:下部,温度较高,往上,渐渐温度下降。)

地板热水辐射取暖方式与其它方式对比示意图

radiator system(传统)散热器系统

underfloor heating地板采暖

subfloor毛地板
radiant PEX辐射PEX管
panel system采用SubRay 862板系统
insulation保温隔热绝缘
joist龙骨
lockdowns锁定夹
wall墙体
celling天花板
slab板
clip ties or cable ties夹子夹或者绑扎
rebar/rewire钢筋/钢丝
tile瓷砖
thin set薄层
snap clip fastwners单元夹子紧固件

HARDWOOD FLOOR OR CARPET AND PAD硬木地板或地毯和衬垫
SUBFLOOR毛地板基底
ALUMINUM PLATE铝箔
TUBING管道
FLOOR JOIST地板龙骨
INAULATION保温绝缘

11 12 13 14

 

Hot water to baths, showers and basins etc
洗澡间,热水淋浴和热水盆浴,等。
Greensource
绿色之源
Cylinder(热水存储)圆筒
Greensource air to water heat pump
绿色之源空气-水热泵
Hot water piping for radiators
热水管道散热器
Underfloor heating
地板采暖

Systems系统
Plumbing System水暖系统
Fire Protection System消防系统
Radiator System散热器系统
Cooling System冷却系统
Heating System供暖系统
Snow melting System融雪系统

system control系统控制
expansion tank膨胀水箱
fill valve进水阀
water supply供水
PEX tubingPEX管
additional zones其他区
supply temperature sensor供水温度传感器
supply manifold供应流形
4-way mixing valve四通混合阀
return temperature sensor回水温度传感器
return manifold回水总管
finish floor地板装修

TYPICAL UNDERFLOOR HEATING FLOOR CONSTRUCTIONS
典型地暖地板结构

SOLID FLOOR实木地板

Edge Insulation Strip保温绝缘边缘地带
75mm Screed(Min)(最薄)75mm 抹灰刮板(找平)
16mm Hep20 UFH pipe 直径16毫米的Hep20 UFH管
Insulation保温绝缘
Damp Proof Membrane防潮膜
Subfloor底层毛地板

FLOATING FLOOR(用作隔音的)浮动地板

Subfloor底层毛地板
Fleeting Floor Tile地板砖
Damp Proof Membrane防潮膜
16mm Hep20 UFH pipe 直径16毫米的Hep20 UFH管
Conductor Plate导体板

SUSPENDED FLOOR悬空地板
Joist(地板等的)托梁
Insulation保温绝缘
Floor Surface地板表面
Wooden Batten木缀
Conductor Plate导体板
16mm Hep20 UFH pipe 直径16毫米的Hep20 UFH管
Wooden Batten木缀

Sample PEX Piping Layout
示例:PEX管线布线
For Slab on Grade or Basement

21

住宅室内墙壁上的低温热水辐射采暖示意图

换句话说,不是地暖了,而是墙暖。

22 23 24 25 26 27

 

2、地暖管材示例部分

28 29 30 31

 

地暖管材、配水器以及配件部分

32 33 34 35

 

与PEX地暖管线配合使用的铝箔反射膜等材料

36

 

3、地暖与传统取暖方式对比部分

地板热水辐射取暖方式与其它方式对比

注意:图中所示是华氏温度,不是我们熟悉的摄氏温度。

“华氏温标”是经验温标之一。在美国的日常生活中,多采用这种温标。

1摄氏度等于1.8华氏度

(华氏温度-32)/1.8=摄氏温度

100F = 37.8C 

37

 

强制换气送风空调

40 38 39

41 42 43 44 45 46 47

 

燃烧颗粒木材燃料的锅炉竖向剖切面示意图

图中蓝色区域,为传导热介质(水、空气)的流通空间。

48 49 50 51

 

空气-水源热泵

52 53 54

 

地源热泵

55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

 

4、楼层地暖示意图部分

71 72 73 74 75 76 77 78 79

 

80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

 

5、地暖布线示意图部分

92 93 94

 

国内有资料介绍说:地暖布线一般有三种类型,1、回型,2、梳型,3、蛇形

据此,该图则为:梳型和回型。

96 95

 

梳型地暖布线

97 98

 

6、欧美独立住宅地暖配水器部分

99

 

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142

 

8、欧美独立住宅墙体热水辐射采暖部分

143 144 145 146 147

 

9、欧美独立住宅电热地板采暖部分

148 149

150 151 1522222 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 176 190 191 

 

地暖配水器位置

192

5 0