北方地區(qū)居住建筑供暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

高峰

【摘要】隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，城市建設(shè)與能源消耗之間的矛盾日益突出，人們認(rèn)識(shí)到節(jié)約能源、生態(tài)保護(hù)、可持續(xù)性發(fā)展的重要性。對(duì)于建筑產(chǎn)業(yè)而言，供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)出綠色節(jié)能理念，以我國(guó)北方寒冷地區(qū)為例，在其建筑工程項(xiàng)目的供暖設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)考慮到建筑能耗的數(shù)值與占比，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。下文中，筆者將結(jié)合個(gè)人參與國(guó)內(nèi)北方寒冷地區(qū)建筑工程供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從室溫調(diào)控裝置、分戶熱計(jì)量、選擇熱源、計(jì)算熱負(fù)荷、確定室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度等幾個(gè)方面進(jìn)行分析，總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的要點(diǎn)及事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能環(huán)保;供暖系統(tǒng);設(shè)計(jì)方案;北方寒冷地區(qū)

對(duì)于普通建筑工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，電梯、家用電器、炊事、照明、熱水供應(yīng)、通風(fēng)、空調(diào)和供暖是建筑能耗的主要來(lái)源;對(duì)于北方寒冷地區(qū)的建筑工程來(lái)說(shuō)，冬季供暖成為建筑能耗的主要來(lái)源，從冬季開(kāi)始到來(lái)年的春天，長(zhǎng)達(dá)四個(gè)月的漫長(zhǎng)供暖期，成為北方建筑工程的主要能耗內(nèi)容。伴隨著社會(huì)主義現(xiàn)代化中國(guó)特色市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)一步加速，北方地區(qū)的建筑工程數(shù)量將繼續(xù)增多，將加劇北方地區(qū)建筑能耗的總和。因此，作為相關(guān)企業(yè)與設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)從實(shí)踐出發(fā)，提出優(yōu)化建筑工程供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的建議與策略。

建筑工程供暖設(shè)計(jì)方案中，涉及到供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面內(nèi)容。從國(guó)內(nèi)北方建筑供暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的情況來(lái)看，熱傳遞數(shù)值高，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性差，成為供暖設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié);設(shè)計(jì)單位與設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)注重思考如何提升建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫防寒性能，從而實(shí)現(xiàn)建筑能耗數(shù)值的降低。從具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，改善建筑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防寒性能，盡管起到了建筑保溫的作用，但是其設(shè)計(jì)水平受到經(jīng)濟(jì)條件的影響，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上起到的節(jié)能作用越來(lái)越低。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)注重從其他供暖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上，尋找提升建筑項(xiàng)目供暖效果、降低能耗使用率的方法與路徑。

1、優(yōu)化建筑室內(nèi)溫度的設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，關(guān)于建筑室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)定的相關(guān)規(guī)定，北方寒冷地域的建筑工程供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)確保建筑物室內(nèi)溫度維持在18℃至24℃之間。如果人們穿著適量的衣物，安靜呆在建筑室內(nèi)，保持建筑物室內(nèi)溫度數(shù)值在18℃附近，人們感覺(jué)不到寒冷;保持建筑物室內(nèi)溫度數(shù)值在20℃附近，人們感覺(jué)非常溫暖舒適;如果建筑室內(nèi)溫度數(shù)值低于15℃，人們將感到非常寒冷。因而可歸納為，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)確保供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)維持室內(nèi)溫度在固定舒適數(shù)值范圍之內(nèi)，不得隨意改變室內(nèi)溫度，同時(shí)盡量降低建筑供暖所產(chǎn)生的能耗。

2、科學(xué)計(jì)算供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷數(shù)值

為了合理選擇供暖設(shè)備，管道規(guī)格，在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)每個(gè)房間進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算，不得采用供暖熱負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行估算。供暖熱負(fù)荷指標(biāo)是一種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，是供方案、初步設(shè)計(jì)階段使用的。熱負(fù)荷主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量、加熱由外門(mén)、窗縫隙滲人室內(nèi)的冷空氣耗熱量、加熱由外門(mén)開(kāi)啟時(shí)經(jīng)外門(mén)進(jìn)人室內(nèi)的冷空氣耗熱量等組成。

3、合理選擇供暖系統(tǒng)的熱源

應(yīng)優(yōu)先選用城市熱網(wǎng)提供的熱水作為供暖熱媒，若當(dāng)?shù)貨](méi)有熱電聯(lián)產(chǎn)、工業(yè)余熱和廢熱可利用，應(yīng)建設(shè)以集中鍋爐房為熱源的供熱系統(tǒng)，新建鍋爐房時(shí)，應(yīng)考慮與城市熱網(wǎng)連接的可能性。除當(dāng)?shù)仉娏Τ渥愫凸╇娬咧С郑蛘呓ㄖ诘責(zé)o法利用其他形式的能源外，不應(yīng)設(shè)計(jì)直接電熱采暖。因?yàn)殡娔転楦咂肺荒埽苯訉⑷济喊l(fā)電生產(chǎn)出的高品位電能轉(zhuǎn)換為低品位的熱能進(jìn)行供暖，能源利用效率低。

4、設(shè)置分戶熱計(jì)量

新建建筑及既有建筑的改造必須設(shè)置熱計(jì)量裝置，并具備室溫調(diào)控功能。居住建筑應(yīng)以樓棟為對(duì)象設(shè)置熱量表。當(dāng)樓棟為熱量結(jié)算點(diǎn)時(shí)，目前的分戶計(jì)量方式主要有散熱器熱分配計(jì)法、流量溫度法、通斷時(shí)間面積法、戶用熱量表法。

4.1散熱器熱分配計(jì)法

此種計(jì)量方式適用于新建和改造的各種散熱器供暖系統(tǒng)，不適用于地面輻射供暖系統(tǒng)，其工作原理是利用散熱器熱分配計(jì)所測(cè)量的每組散熱器的散熱量比例關(guān)系，來(lái)對(duì)建筑的總供熱量進(jìn)行分?jǐn)偂４朔N熱計(jì)量方式只是分?jǐn)傆?jì)算用熱量，不具備室溫調(diào)控功能。

4.2流量溫度的計(jì)量方法

在擁有水平單管、共用立管的循環(huán)分戶供暖系統(tǒng)、垂直單管的跨越式供暖系統(tǒng)中，供水流量的比例是穩(wěn)定的，因此可以準(zhǔn)確測(cè)量出管道中的流量數(shù)值和比例系數(shù)。該種流量溫度的計(jì)算方法，能夠計(jì)算出分?jǐn)偟臒崃繑?shù)值，不能對(duì)室內(nèi)的溫度數(shù)值形成調(diào)控作用。

4.3通斷時(shí)間面積的計(jì)量方法

在地面輻射供暖系統(tǒng)、單管水平跨越式供暖系統(tǒng)和水平串聯(lián)式、循環(huán)分戶的供暖系統(tǒng)中，可以采用通短時(shí)間面積的計(jì)量方法，起到調(diào)節(jié)分戶室內(nèi)溫度、分?jǐn)偀崃康淖饔谩Ｔ摲N計(jì)量方法，以戶為單位實(shí)現(xiàn)整體性溫度控制和調(diào)節(jié)。

4.4熱量表的計(jì)量方法

樓棟熱量表和戶用熱量表，共同組成了分戶熱計(jì)量的供暖系統(tǒng);將用戶熱量表（包括計(jì)算器、溫度傳感器、流量傳感器）安裝在供暖環(huán)路系統(tǒng)中，測(cè)量每個(gè)住戶的供暖熱能耗數(shù)值。熱量表的類型劃分為：電磁熱量表、超聲波熱量表和機(jī)械熱量表。

5、 自動(dòng)控溫閥的設(shè)計(jì)與安裝

采用分戶熱計(jì)量的供暖方法，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動(dòng)調(diào)控，為居民提供健康、舒適的室內(nèi)生活環(huán)境。

如果供暖系統(tǒng)中安裝了散熱器，則應(yīng)當(dāng)在進(jìn)水支管上安裝自動(dòng)控溫閥。

如果供暖系統(tǒng)采用水平或者垂直的雙管，則應(yīng)當(dāng)安裝高阻力的自動(dòng)控溫閥;當(dāng)樓層超過(guò)五層，應(yīng)當(dāng)安裝有調(diào)節(jié)阻力作用的自動(dòng)控溫閥，從而避免垂直供暖失調(diào)。

如果供暖系統(tǒng)采用跨越式的單管，則應(yīng)當(dāng)安裝2-3通低阻力的自動(dòng)控溫閥。

如果供暖系統(tǒng)采用地面輻射設(shè)計(jì)方案，可以選擇環(huán)路或者總體自動(dòng)控溫兩種方式——環(huán)路控制系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)為每個(gè)環(huán)路配備單獨(dú)的自動(dòng)控溫閥，實(shí)現(xiàn)每個(gè)環(huán)路的單獨(dú)控溫;總體控制系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)在總回水管或者總供水管上配備自動(dòng)控溫閥，實(shí)現(xiàn)總體的溫度控制。

自動(dòng)控溫閥的類型 包括：自力式自動(dòng)控溫閥、熱電式自動(dòng)控溫閥。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在我國(guó)北方寒冷地區(qū)的建筑工程供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)樹(shù)立節(jié)能降耗設(shè)計(jì)意識(shí)，精確計(jì)算熱負(fù)荷的數(shù)值，將建筑室內(nèi)溫度控制在合理范圍內(nèi)，科學(xué)安裝自動(dòng)控溫閥，提升供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)健康蓬勃發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉剛，薛一冰，房濤.被動(dòng)式低能耗建筑供暖通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)分析與探討——以山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓為例[J].墻材革新與建筑節(jié)能，2018（01）.

[2]董旭娟.夏熱冬冷地區(qū)住宅供暖與節(jié)能設(shè)計(jì)研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2016.

[3]魏成幸.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑供暖設(shè)計(jì)分區(qū)研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2016.