迎接量子時代采暖智能化設計

張立陽

【摘要】本文針對國民冬季采暖舒適度要求的提高，從健康、節能、科技出發，應用現代技術通過集成智能化設計，對人居空間環境溫度選取，確保有一個較好的人居空間生活環境。

【關鍵詞】量子技術；互聯網+ 溫控閥；預計平均熱感覺指數（PMV）

Meeting the Intelligent Design of Heating in Quantum

Zhang Li-yang，Li Wen-xi

（Shaanxi Chenguang Architectural Design & Research Co.， LtdXi'anShanxi710000）

【Abstract】In this paper， the improvement of the comfort requirements of the national winter， from the health， energy saving， science and technology， the application of modern technology through the integration of intelligent design， the humanoid space ambient temperature selection to ensure a better living space living environment.

【Key words】Quantum technology；Internet + temperature control valve；Expected average thermal sensory index （PMV）

1. 前言

（1）中國國家十三五計劃已開始執行，其中要求到2020年實現量子5G通訊。這一重大科學技術的創新，將改革我國各行業技術裝備，勢必也將推動我國人居空間環境智能化設計改革與創新。暖氣片、空調、地板輻射采暖等采暖傳統器物。伴隨著國民經濟的量子時代的來臨，采暖行業也將空前飛躍。寒冷的冬季，人們追求室內舒適的要求也將不斷更新提高。

（2）人體對溫度等的感覺，可以用“預計平均熱感覺指數（PMV）”來解釋。PMV可通過估算人體活動的代謝率及服裝的隔熱值獲得。同時還與空氣溫度、平均輻射溫度、溫度梯度、空氣流速及空氣濕度等環境參數密切相關。首先通過建模計算，改變室內溫度的方法，比較分析室內設計溫度對熱舒適的影響。

2. 地板輻射采暖地表面平均溫度計算：

（1）現以西安市某小高層住宅樓5層北書房為例，建模進行設計計算。此書房幾何尺寸為3.6m×3.3m×3m，北外墻3.3m×3m，北外窗1.5m×1.8m，窗墻比0.3。其他面均為內墻，僅南內墻（3.3m×3m）與樓梯間相鄰，相鄰房間均采暖。圍護結構熱工設計符合規范限值。住宅露點溫度td（℃）按相對濕度60%選取。加熱盤管供水45℃回水35℃，平均水溫40℃，地磚面層PE-X加熱管敷設等。

（2）規范規定“地板輻射采暖地表面平均溫度：人員經常停留的地面，宜采用的平均溫度為25℃～27℃，平均溫度上線值為29℃。”

（3）地表面平均溫度計算公式：tpj=tn+9.82×（q/100）0.969

（4）當室內計算溫度tn=18℃，加熱盤管供水45℃回水35℃，平均水溫40℃，地磚面層PE-X加熱管敷設，盤管間距300mm時，查JGJ142-2012表B.1.1-1代入上式得：

tpj=18+9.82×（96.2/100）0.969=27.46℃

（5）大量工程設計經驗表明，住宅主要房間盤管間距常選取200mm～300mm。同理可計算出不同室內設計溫度下，盤管供回水平均水溫不同時，各盤管間距對應的地表面平均溫度列表如表1：

（6）從上表中可以看出：盤管供回水平均水溫45℃時，只有室內設計溫度16℃，盤管間距300mm時，地表面平均溫度28.53℃符合規范要求上限值。盤管供回水平均水溫40℃時，室內設計溫度應低于20℃。盤管供回水平均水溫35℃時，室內設計溫度16℃～24℃，地表平均溫度均可滿足規范要求限值。然而，根據我國生活習慣，地表面平均溫度上限值規定為29℃。目前冬季地板輻射采暖的房間室內溫度大都在20℃以上，大都采用加熱盤管供水50℃回水40℃，平均水溫45℃，地磚面層PE-X加熱管敷設。和上表對照比較，自然可以理解地板采暖熱傳導不均勻性影響腳心。使人們有受熱不均之感，這是目前傳統采暖設計無法解決的技術問題。

3. 平均輻射溫度tr和作用溫度to計算：

3.1在輻射采暖工程設計中，可近似地認為平均輻射溫度tr等于房間圍護結構表面的面積加權平均溫度：tr=（A1t1+ A2t2+…+ Antn）/（A1+ A2+…+ An）

3.2當室內空氣流速υ﹤0.2m/s時，tr和室內空氣溫度的差異小于4℃時，可近似地認為作用溫度等于室內空氣溫度和平均輻射溫度的平均值：to=1/2×（tn+tr）。

（1）地板輻射采暖：室內計算溫度tn=18℃，室外溫度tw=-3.4℃，加熱盤管供水45℃回水35℃，平均水溫40℃，地磚面層PE-X加熱管敷設，盤管間距300mm時：

tr=（14.95×3.3×3+15.79×3.3×3+18×3.6×3×2+20.30×3.6×3.3+27.46×3.6×3.3）/（3.3×3×2+3.6×3×2+ 3.6×3.3×2）=19.34℃

to=1/2×（18+19.34）=18.67℃

（2）暖氣片采暖：室內計算溫度tn=18℃，室外溫度tw=-3.4℃時：

tr=（14.95×3.3×3+15.79×3.3×3+18×3.6×3×2+18×3.6×3.3+18×3.6×3.3）/（3.3×3×2+3.6×3×2+ 3.6×3.3×2）=17.2℃

to=1/2×（18+17.2）= 17.6℃

3.3從上面計算可以看出：室內計算溫度tn=18℃，室外溫度tw=-3.4℃時，地板輻射采暖平均輻射溫度tr=19.34℃比暖氣片采暖平均輻射溫度tr=17.2℃溫度高2.1℃；地板輻射采暖作用溫度to=18.67℃比暖氣片采暖作用溫度to=17.6℃溫度高1.07℃。同理：室內外溫度參數不同時，按上面公式計算可得（見表2）：

3.4計算結果符合地板輻射采暖平均輻射溫度tr比暖氣片采暖平均輻射溫度tr溫度高2℃左右。查資料得國內外大量實驗研究證實：人體的舒適度受輻射影響很大，在相同舒適條件下的室內溫度可比對流采暖時的室內溫度低2℃。符合規范“全面輻射采暖室內設計溫度可降低2℃。”所以，室內溫度相同，暖氣片采暖的房間感覺沒有地板輻射采暖的房間暖和舒服。

3.5作用溫度to（℃）是平均輻射溫度與環境溫度的加權平均值。為了保持人體的舒適感，必須使室內溫度和輻射強度逐步保持在一定的比例范圍之內。在輻射采暖環境中，由于熱輻射的結果，室內諸表面有較高的表面溫度，因此，人體的輻射散熱大大減小，人的實際感覺比相同室內溫度對流采暖時舒適得多。

4. 智能化發展前景：

量子時代采暖設計智能化已有一定的技術基礎。其一，我國計算機已進入云計算的時代。在中國有世界頂尖的云計算電腦的城市，已有江蘇省無錫市、安徽合肥已安裝。在我國華北、西北地區還將各有一臺。其二，世界首顆中國量子衛星已升空運行，將改變世界各國目前電子通訊衛星傳輸技術裝備。其三，國家決定通訊升級的5G技術將在2020年前進入市場。我國這三項先進技術裝備，通過集成化建筑工程設計手段促使我們叫了三十年的建筑智能化才成為可能。因此，人居空間的采暖設計智能化也就變成實現的可能。可喜的是現行采暖器材行業出現的各種創新產品，將為我們邁進量子時代采暖智能化設計打下了一定的技術和裝備基礎。

4.1散熱器溫控閥是安裝在散熱器上的自動控制閥門。見暖氣片溫控閥安裝圖1。散熱器恒溫閥是無需外加能量即可工作的比例式調節控制閥，它通過改變采暖熱水流量來調節、控制室內溫度，是一種經濟節能產品。其控制元件是一個溫包，內充感溫物質，當室溫升高時，溫包膨脹使閥門關小，減少散熱器熱水供應，當室溫下降時過程相反，這樣就能達到控制溫度的目的。散熱器溫控閥還可以調節設定溫度，并可按設定要求自動控制和調節散熱器的熱水供應量。公稱壓力：1MPa 最大壓差：0.1MP。溫度調節范圍：8～28℃。

圖1暖氣片溫控閥安裝

4.2遠控型暖氣片溫控閥，有暖氣罩的暖氣片溫控使用。見電子溫控器產品圖2。

圖2電子溫控器產品

圖3地板溫控器產品圖

4.3熱水地板輻射采暖電子溫控器控制型。

（1）這種方法是采用在每個屋內安裝一個電子溫控器來對溫度進行調節控制。見地板溫控器產品圖3。將溫控器通過線路（或無線電發射接收器）和安裝在分集水器上的電熱執行器連接，當屋內的溫度達到電子溫控器設定的溫度時，電子溫控器會發出指令，通過線路給安裝在分集水器上的電熱執行器供電，使電熱執行器內的加熱片加熱，促使內裝的石蠟溫包膨脹推動分集水器上的閥桿，關斷相應供水管的閥門。反之，房間溫度未達到電子溫控器設定的溫度時，電子溫控器不會發出任何指令，閥門處于常開的供水狀態，從而達到控制溫度的效果。

（2）其實，這些溫控設備，略加創新。不論地板采暖裝置、暖氣片采暖裝置、還是風機盤管或暖風機采暖裝置，都可以在進房間總管道上安裝電動閥。通過室內溫度和設定的溫度對比，電子溫控器會發出指令，通過線路供電使電動閥調節流量或啟停。

地板溫控器產品圖3。

4.4溫控閥作用。

（1）調節溫度。

溫控閥可以控制熱水進入管道的多少，熱水流量多溫度就高，流量少溫度就低，從而控制溫度。

（2）分室采暖。

溫控閥可以自由調節熱水流量大小，當一個房間長期無人，用戶可以關閉所在房間溫控閥，可以起到分室采暖的作用。

（3）平衡水壓。

目前我國的溫控裝置，已經不再滿足于簡單的溫控功能，更注重整體采暖系統的流量平衡，從而平衡水壓，為用戶提供更加舒適的生活環境。

（4）節省能源。

用戶可根據對室溫高低的要求，利用溫控閥調節并設定溫度。這樣就確保了個房間的室溫恒定，避免了管道水量不平衡以及單管系統上下層室溫不均勻的問題。同時，通過恒溫控制、經濟運行等作用可以既提高室內熱環境舒適度，又實現節能。

5. 展望：

5.1人居空間環境室內溫度不可以太高，暖氣片采暖可控制在16℃～18℃不僅節能而且健康。全面輻射采暖室內設計溫度可降低2℃。

5.2隨著室外溫度的降低，平均輻射溫度tr和作用溫度to都有所降低；同樣在室外溫度上升時，平均輻射溫度tr和作用溫度to都有所上升，但是上升或下降幅度不大，在0.5℃以內，對人體熱舒適度影響不大。

5.3追求更高的舒適度，充分利用現代高科技為人們生活工作服務。可以將每個屋內安裝的電子溫控器（指針型或數字顯示型）通過有線（wifi無線路由器等）與互聯網連接，布置監控器，安裝故障報警及故障分析系統，異地遠程對溫度進行可視化調節控制室溫。對故障及早發現并立即報警，可遠程調控排除的故障及時解決；熱水泡冒滴漏等必須現場解決的故障，盡快趕赴現場解決，減少不必要的損失。

5.4例如：（1）可設置時鐘溫控：8：00～18：00室溫控制在15℃，18：00～第二天8：00室溫控制在18℃。（2）早上上班后通過互聯網控制臥室溫度15℃，下午下班前半小時通過互聯網控制臥室溫度18℃，回到家時房間溫度升高到設定溫度。（3）溫度控制可調，根據自身熱舒適度要求16℃、17.5℃、18℃、19.7℃、20.6℃等線性可視化調節。（4）出差時可異地遠程設置室溫10℃、12℃、15℃等，因各家各戶情況隨意隨時設置室溫或關閉采暖系統。不僅滿足生活舒適安全，而且節能降耗。

隨著采暖行業的發展，人們對室內環境的溫濕度，新風，室內空氣品質等都會有更舒適的要求。充分利用互聯網+與建筑工程集成化設計的傳輸控制能力，通過聯動集成使用電動控制設備運營，實現4.0工業條件下的建筑工程智能化設計。

參考文獻

[1]《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012.

[2]《輻射供暖供冷技術規程》JGJ142-2012.

[3]《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ26-2010.

[4]《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ134-2001.

[5]《中等熱環境 PMV和PPD指數的測定及熱舒適條件的規定》GB/T18049.

[6]《實用供熱空調設計手冊》（第二版）中國建筑工業出版社.