姬立敏

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京100120）

1 引言

我國(guó)傳統(tǒng)采暖設(shè)計(jì)供回水溫度為70～95℃，而GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.1中“散熱器集中供暖系統(tǒng)宜按75℃/50℃連續(xù)供暖進(jìn)行設(shè)計(jì)，且供水溫度不宜大于85℃，供回水溫差不宜小于20℃”，實(shí)際工程采暖的設(shè)計(jì)溫度多為80～60℃，有的為70～50℃。由此可見，我國(guó)開始提倡低溫連續(xù)供暖并開始降低傳統(tǒng)的供暖溫度。而歐洲很多國(guó)家早已采用60℃以下低溫?zé)崴膳?，并朝著進(jìn)一步降低系統(tǒng)溫度的方向發(fā)展。瑞典的Jonn Are Myhren等人還采用CFD模擬的方法得出在氣密性較差的房間中低溫散熱器采暖的舒適性最佳的結(jié)論【1】。同時(shí)，由于采暖系統(tǒng)的能耗在建筑能耗中占相當(dāng)大比例，在建筑節(jié)能的背景下，使用更高效的采暖系統(tǒng)對(duì)降低建筑能耗尤為重要，因此，嘗試采用既有建筑的低溫散熱器采暖系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)并研究其運(yùn)行可行性，對(duì)我國(guó)研究低溫采暖技術(shù)具有一定的支持作用。

2 工程概況

本項(xiàng)目位于北京豐臺(tái)區(qū)某小區(qū)內(nèi)，總建筑面積6 101.4m2，地上建筑面積5 164.5m2，地下建筑面積936.9m2。地下1層為員工宿舍、設(shè)備用房、KTV、健身房；1層為大堂、廚房、餐廳及辦公室；2層為餐飲包間及會(huì)議室；3、4、5層為客房。

本建筑原始功能為辦公樓，始建于20世紀(jì)90年代，后改造為賓館?，F(xiàn)因裝修及節(jié)能需求再次重新進(jìn)行大規(guī)模改造，改造前建筑原有供暖方式為散熱器供暖。原有供暖系統(tǒng)為下供下回雙立管異程式系統(tǒng)，散熱器為鑄鐵柱形散熱器。由于為改造項(xiàng)目，市政條件不明確，筆者多次走訪小區(qū)熱力站，最終得到該建筑改造前冬季實(shí)際運(yùn)行供回水溫度為60℃/50℃。

3 供暖方案的確定

考慮本建筑位于居住小區(qū)內(nèi)，紅線用地緊張，同時(shí)房間層高較低、市政熱源溫度不穩(wěn)定等因素，風(fēng)機(jī)盤管和地板采暖均不適用于本項(xiàng)目，最終采用散熱器采暖，系統(tǒng)形式仍采用下供下回雙立管異程式系統(tǒng)，供回水計(jì)算溫度按甲方及熱力站提供的60℃/50℃，散熱器采用散熱量較大的銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器。

3.1 低溫散熱器采暖舒適性、節(jié)能型、系統(tǒng)適用性分析

散熱器主要依靠對(duì)流傳熱，因此，熱氣流上升使上部空間的溫度明顯高于下部，溫度分布不均；散熱器內(nèi)熱水溫度越高，產(chǎn)生的垂直溫差越大，使人產(chǎn)生干燥的感覺。同時(shí)，散熱器供水溫度高于70℃時(shí)，有機(jī)灰塵會(huì)在散熱器表面分解、散發(fā)氣味、熏黑墻面的情況明顯。如果散熱器進(jìn)出口溫度降低，那么，在室內(nèi)空間范圍內(nèi)，溫度梯度減小，空間溫度分布會(huì)趨于均勻，也就會(huì)使人感到舒適。由于散熱器與室溫的溫差減小，低溫散熱器采暖不會(huì)使室內(nèi)空氣的相對(duì)濕度劇烈減小，從而室內(nèi)物體和空氣電離程度降低，人體帶靜電減少，更舒適健康。

垂直溫度梯度越大，房間上部無益的熱損失就越大，通過降低采暖系統(tǒng)熱媒溫度使得散熱器表面溫度減小，可改善這種情況。同時(shí)供回水溫度的降低可以減少網(wǎng)路管道的熱損失，提高換熱器熱效率，具有一定的節(jié)能性。

本建筑為節(jié)能改造的建筑，且24h不間斷供暖，采暖系統(tǒng)分為4段，各系統(tǒng)規(guī)模較小且獨(dú)立運(yùn)行控制計(jì)量，適合低溫?zé)崴崞鞑膳?/p>

3.2 低溫散熱器采暖設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 負(fù)荷計(jì)算

建筑節(jié)能改造后維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)分別為：外墻K=0.41W/（m2·K），屋頂K=0.3W/（m2·K），外門窗K=2.90W/（m2·K），采用傳熱計(jì)算法，利用負(fù)荷計(jì)算軟件對(duì)每個(gè)房間進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算，最后得到總熱負(fù)荷為159.6kW,熱指標(biāo)為37W/m2。

3.2.2 散熱器片數(shù)計(jì)算

散熱器的片數(shù)n按照下式計(jì)算【2】：

式中，QJ為房間的供暖熱負(fù)荷，W；QS為散熱器的單位（每片或每米）散熱量，W/片或W/m；β1為柱形散熱器（如鑄鐵柱形，柱翼型，鋼制柱型等）的組裝片數(shù)修正系數(shù)及扁管型、板型散熱器長(zhǎng)度修正系數(shù)；β2為散熱器支管連接方式修正系數(shù)；β3為散熱器安裝形式修正系數(shù)；β4為進(jìn)入散熱器流量修正系數(shù)。

此工程中β1=1.05，β2=1，β3=1.04，β4=1。選用的銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器TL-502-400型標(biāo)準(zhǔn)散熱量（Δt=64.5℃）：196W/片，而本項(xiàng)目工況Δt=35℃，利用公式進(jìn)行計(jì)算【3】。公式如下：

式中，Q為計(jì)算的散熱量，W/片；Δts為實(shí)際工況下的平均溫差，℃，Δts=（T進(jìn)+T出）-T室溫；a為系數(shù)，此處取值0.768。

計(jì)算得Q=86.9W/片。

選取3層4段某客房為例，房間熱負(fù)荷為1 135W，n=1 135/86.9/1.05/1/1.04/1=12片。若熱媒溫度為95℃/70℃，則房間散熱器片數(shù)為n=1135/196/1/1/1.04/1=6片。

客房平面如圖1所示。

圖1 某客房平面圖

3.2.3 管徑計(jì)算

節(jié)能改造后負(fù)荷變小，在滿足熱負(fù)荷所要求的熱媒流量條件下，確定系統(tǒng)的管段管徑，以及系統(tǒng)的壓力損失。水利計(jì)算應(yīng)具備的條件是：確定供暖系統(tǒng)的設(shè)備及管道布置；已知系統(tǒng)各管段的熱負(fù)荷及管段的長(zhǎng)度。

熱水供暖系統(tǒng)中計(jì)算管段的壓力損失，可用下式表示：

式中，ΔP為計(jì)算管段的阻力損失，Pa；ΔPy為計(jì)算管段的沿程阻力，Pa；ΔPi為計(jì)算管段的局部阻力，Pa；R為每米管長(zhǎng)的沿程阻力損失，即比摩阻，Pa/m；L為管段長(zhǎng)度，m。

通過水利計(jì)算得出，針對(duì)本項(xiàng)目既有建筑節(jié)能改造后低溫采暖與傳統(tǒng)溫度采暖相比，采暖系統(tǒng)供回水管管徑略有變化，可忽略不計(jì)。

3.3 本工程低溫散熱器供暖方案的分析

本工程中低溫散熱器采暖方式一方面可提高舒適性；另一方面，通過設(shè)計(jì)計(jì)算可知采用低溫散熱器采暖時(shí)，由于供回水溫度降低，散熱器面積相比于同負(fù)荷下采用傳統(tǒng)溫度運(yùn)行的散熱器數(shù)量增加了2倍，散熱器長(zhǎng)度加長(zhǎng)，并且影響室內(nèi)美觀。但由于選用的散熱器散熱率較大，且熱負(fù)荷比節(jié)能改造前變小30%～40%，所以，綜合來說，改造后低溫散熱器增加數(shù)量約為改造前高溫?zé)崦皆O(shè)計(jì)散熱器數(shù)量的1.4倍左右，整體散熱器布置不會(huì)影響房間使用空間。

散熱器數(shù)量過多直接導(dǎo)致采暖系統(tǒng)的初投資的大幅增加。若既有建筑節(jié)能改造后采用低溫散熱器采暖系統(tǒng)，其因供回水溫度降低引起的散熱器片數(shù)增加所造成的采暖系統(tǒng)投資的增加幅度為21.2%【4】。

4 行業(yè)低溫散熱器采暖技術(shù)研究參考

清華大學(xué)江億院士在2013年全國(guó)供暖技術(shù)交流會(huì)《我國(guó)集中供熱的現(xiàn)狀和發(fā)展途徑》報(bào)告中指出：提高熱源效率的關(guān)鍵是低溫供熱；低溫供熱可以大幅度提高各類熱源效率；低溫供熱有利于緩解“過量供熱”現(xiàn)象；供熱溫度降低，并不影響室內(nèi)舒適性。

同濟(jì)大學(xué)周斌等人通過對(duì)上海某低溫散熱器采暖（空氣源熱泵提供55℃/45℃供回水）辦公樓的實(shí)測(cè)以及在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上采用CFD模擬的方法得出低溫散熱器采暖的室內(nèi)舒適性較好【5】。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)李慶娜等人通過對(duì)哈爾濱地區(qū)現(xiàn)有的具有代表性的節(jié)能住宅的低溫采暖系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了應(yīng)用于節(jié)能建筑的低溫散熱器采暖系統(tǒng)連續(xù)供熱可滿足熱用戶的用熱需求【6】。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)陳思佳也通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行、管網(wǎng)熱損失等的理論分析計(jì)算和對(duì)典型散熱器采暖房間進(jìn)行CFD數(shù)值模擬以及討論低溫散熱器采暖系統(tǒng)與熱泵及冷凝式燃?xì)鉄崴?種高效熱源結(jié)合的節(jié)能性等得出散熱器采暖系統(tǒng)低溫運(yùn)行時(shí)的有利因素及不利因素，為散熱器采暖系統(tǒng)低溫運(yùn)行的技術(shù)推廣及在實(shí)際工程中應(yīng)用提供理論依據(jù)【7】。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50736—2012《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)專題中對(duì)于散熱器供回水溫度的確定趨于向低溫的方向發(fā)展，但總體來說，我國(guó)的低溫采暖系統(tǒng)研究應(yīng)用仍處于落后水平。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)北京某賓館節(jié)能改造前后分析計(jì)算及方案討論設(shè)計(jì)并結(jié)合當(dāng)前業(yè)內(nèi)低溫散熱器系統(tǒng)運(yùn)行的一些研究得出如下結(jié)論：

1）低溫散熱器采暖系統(tǒng)改善了室內(nèi)溫度場(chǎng)不均勻的狀況，熱舒適性較好；同時(shí)降低了房間無益熱損失以及管網(wǎng)熱損失，具有一定的節(jié)能性；適用于連續(xù)供熱的居住性節(jié)能建筑。

2）低溫散熱器系統(tǒng)由于供回水溫度降低，導(dǎo)致設(shè)計(jì)散熱器片數(shù)增加約1.4倍，從而增加了散熱器的投資。

3）低溫散熱器采暖已是世界采暖的趨勢(shì)，在我國(guó)，散熱器低溫供暖系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用還需要暖通行業(yè)的努力。