開展終端采暖設備開發和性能研究的必要性

劉相棟 ，武 偉 ，顏 喆,劉 丹

(1. 臨沂大學建筑學院，山東臨沂 276005; 2. 臨沂天元建筑設計院, 山東臨沂 276000)

·建筑設備與建筑材料·

開展終端采暖設備開發和性能研究的必要性

劉相棟1，武 偉2，顏 喆1,劉 丹1

(1. 臨沂大學建筑學院，山東臨沂 276005; 2. 臨沂天元建筑設計院, 山東臨沂 276000)

通過對國內外散熱器研究現狀的介紹和分析，結合建筑節能的迫切要求，分析了采暖散熱器高耗能的原因，針對目前盲目增加散熱器數量等問題，提出了研究和開發高性能采暖終端設備的必要性。

散熱器; 終端采暖設備; 集中供暖; 熱量調節

1 國外散熱器的研究現狀

國外散熱器使用已有久遠的歷史，英、美等國家由于工業革命較早，散熱器生產水平一直處于世界領先地位[1]。早在二十世紀五、六十年代，外形美觀、性能優越的鋼制散熱器就得到了比較普遍的應用[2]。國外對散熱器的研究起步也較早，早在二十世紀初，美、英、蘇等發達國家就有一批學者積極從事于這一領域的研究并取得了一些成果[3]。

國外雖然在熱量計量和溫度控制方面研究很早，但是進行設計熱負荷計算研究時并未考慮戶間傳熱的問題，其原因有三點：一是國外建筑物的圍護結構保溫性能較好，傳熱系數比國內建筑物低得多[4]。并且由于采暖房間與不采暖房間的溫差很小，例如芬蘭溫差達不到5℃，基本不考慮戶間熱負荷。二是該地區的人均收入較高，采暖費只占人們收入的很少一部分，人們僅僅考慮到室內升溫的延時和追求舒適，雖然人們有節能意識，但每天室內溫度不會調得很低。三是有些國家采暖季室外溫度并不低，如波蘭最冷月平均氣溫為-1℃～-5℃，丹麥1月平均氣溫0℃左右，在提倡供熱計量時也沒有研究戶間傳熱這一問題[5]。

2 國內散熱器的研究現狀

我國是一個采暖散熱器生產、使用和出口大國[6]。采暖散熱器在我國已有近百年的使用歷史，過去很長一段時期是以灰鑄鐵散熱器為主。隨著我國人民生活水平的穩步提高和城市化建設步伐的加快，建筑業在國民經濟中的重要性日益凸顯，而其對新型采暖設備的需求量也呈全面迅猛增長的態勢。雖然近年來，電熱采暖、地熱采暖悄然進入尋常百姓家，但以采暖散熱器(熱媒為水)進行采暖仍是我國最為普遍使用的冬季采暖方式，目前我國采暖散熱器市場規模大約在80億元/年(約合3億片鑄鐵四柱760)。因此，適合熱水采暖使用的散熱器仍是行業研究的重點。從采暖的角度出發，散熱器是采暖系統的末端裝置，承擔著將熱媒攜帶的熱量傳輸給室內的任務。

3 開展終端采暖設備開發和性能研究的必要性

3.1 性能高效的終端采暖設備開發勢在必行

從以上分析可以看出，在供熱過程中要達到舒適節能的效果，必須從建筑物的圍護結構和供熱系統的各個環節著手，進行徹底的改造，只單純從圍護結構節能或只單純從供熱系統節能都是不可行的。實際上，圍護結構的節能只是為建筑節能創造了條件，而采暖系統的節能才是落實節能的關鍵。以北京為例，開展建筑節能工作十多年，已建成了為數不少的節能建筑，但采暖耗煤量指標卻沒有明顯下降，其關鍵的原因就是供熱系統的節能未能和圍護結構的節能同步實施。盡管圍護結構的保溫性能有所提高，但采暖系統基本沒有變化，缺少必要的控制調節手段，因而出現住宅室溫有所提高甚至過熱的情況，耗煤量并未有明顯下降，形成了“節能建筑不節能”的被動局面。

采暖能耗偏高的主要原因之一是各房間的散熱器面積與房間的熱負荷之比不完全一致。據統計，當滿足最冷房間溫度不低于16℃要求時，由于部分區域的過熱導致的多供出熱量為總供熱量的20 %～30 %。在傳統的設計觀念中，由于擔心房間供熱不足而盲目增加散熱器片數，使散熱器安裝面積過大，導致冬天室溫過高，既造成了能源浪費，又難于調節溫度。

3.2 盲目增加散熱器片數的缺點

盲目增加散熱器片數容易導致實際散熱面積增大，上層散熱器放熱高，出水溫度降低。這樣必然導致下層的供回水溫差小于設計值或理想值，即實際供水溫度降低，回水溫度高，這樣勢必造成垂直失調現象。在由傳統供熱方式向實施計量收費方式轉變的過程，無論是設計者，還是供熱公司都必須注意到這不僅只是收費體制的改革，還是對傳統的設計觀念及運行模式的一個挑戰。實行分戶計量后，由于供熱已成為商品，不同的用戶對室內溫度要求也不同，因此室內設計溫度和溫度條件應能滿足可預計的室溫調節范圍。隨著分戶計量而突出的戶間傳熱問題是當前研究的熱點之一，成為當前研究的一個重要課題。

3.3 基于溫度調節變流量散熱器——終端機開發的必要性

在城市集中供暖環境下，熱電廠(站)經城市管網、分換熱站、及至各個小區、樓層、分戶室，其使用條件復雜多變，但普遍存在供熱太慢、供熱不均、供熱太冷、供熱太熱等問題，給廣大用戶造成各種不便和抱怨。同時北方城鎮的集中供暖長期以來實行國家福利補貼，收費方式是按建筑面積收費，這種不管采暖量的多少都一刀切的收費方式本來就極不合理，關鍵還無法調動采暖用戶的節能意識，造成巨大能源浪費。

供熱用戶實現供熱計量收費以后，必須要有相應的熱量可調節手段，否則不能實現真正的節能。目前實現用戶熱量可調節的技術主要是在用戶室內的各散熱器支管上安裝自力式溫度調節閥，用戶可根據個人生活習慣及經濟條件在調節閥上設定所需溫度。溫控閥主要有雙通閥和三通閥兩種方式。當采用雙通閥后，室內供熱系統就成為了變流量系統。供熱系統采用量調節運行是最具節能潛力的方式，傳統的供熱系統僅在熱源處或熱力站處進行集中調節，只能滿足用戶的平均水平，而無法避免各個用戶間可能出現的水力失調或熱力失調，使得量調節方式一直無法得到廣泛的應用。所以，國家要求推廣的“熱計量改革”到現在一直都進展不大。截至2011年7月底，整個北方采暖地區已完成的既有居住建筑“供熱計量及節能改造”的面積僅為1.2×108m2。清華大學建筑設計節能研究中心科學院院士江億認為，集中供暖系統中至少17 %～33 %的總熱量是由于過量供熱浪費的，近十年的“熱改”之所以沒有進展也沒有太大的成效，原因就是現采暖終端設備——暖氣片不能有效地調控室內溫度。只有當用戶的末端設備具有有效的、可操作的室溫調節手段時(自由設定用戶自己認為舒適的溫度并可分戶、分室調節)，才能徹底消除過量供熱損失或將損失降到3 %以下。

4 結論

北方采暖系統的節能改造問題的焦點主要集中到了暖氣片的“落后和局限”上，它既不能滿足人們日益增長的采暖品質化需求，也阻礙國家節能改造的推廣。可見，努力開發出一種節能、高效的智能化采暖設備來取代暖氣片已是刻不容緩的當務之急。

(感謝劉丹老師對本文的指導)

[1] Kowalski,J. Triple Objective Optimum Design of a Two-column Radiator of Central Heating. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2013(5): 401-409.

[2] Hirayama,Y.,Batty, W.J. Dehumidifying Chilled Radiator System for Hot and Humid Climates. Energy and Buildings. 2009(2): 203-210.

[3] Kang,T-W,Chung,Y-C,Won,S-H,Kim,H-T. Interlaboratory Comparison of Radiated Emission Measurements Using a Spherical Dipole Radiator. IEE Proceedings. Science, Measurement and Technology. 2011,7(1):67-73.

[4] The Architecture Institute of Japan (AII). Archi-tecture for a Sustainable Future. Japan ： The Institute for Building Environment and Energy Conservation (IBEC). 2014.

[5] 于謹, 方修睦. 歐洲采暖熱計量評述[J]. 節能, 2005(5):54-56.

[6] 胡必俊. 關于供暖散熱器的一些熱點問題[J]. 行業綜述, 2005(6):56-60.

劉相棟(1992～)，男，本科；武偉，男，本科；顏喆(1993～)，女，本科。

TU832.1+2

A

[定稿日期]2015-06-17