采暖空調系統(tǒng)散熱器供暖系統(tǒng)的節(jié)能分析

采暖空調系統(tǒng)散熱器供暖系統(tǒng)的節(jié)能分析

目前，中國2012年發(fā)布的《供暖通用設計標準》規(guī)定了加熱裝置的熱媒參數，大大降低了集中供暖系統(tǒng)的熱媒設計參數，表明中國的溫度供暖技術得到了改進。歐洲有的國家開始采用60℃以下低溫熱水供暖的研究示范,這也為我國推行散熱器低溫供暖起到了有益借鑒作用。1器集中供暖設計規(guī)定2012年10月1日實施的GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》標準中5.3.1條文規(guī)定:“散熱器供暖系統(tǒng)應采用熱水作為熱媒;散熱器集中供暖系統(tǒng)宜按75℃/50℃連續(xù)供暖進行設計,且供水溫度不宜大于85℃,供回水溫差不宜小于20℃?！边@一規(guī)定是根據有關研究結果確定。實際運行情況表明,合理降低建筑物內供暖系統(tǒng)的供回水溫度,有利于提高散熱器供暖的舒適程度和供熱系統(tǒng)節(jié)能。近些年,國內已出現降低熱媒溫度的趨勢。通過對室內采用散熱器的集中供熱系統(tǒng)經濟性分析可知:當二級網設計參數取75℃/50℃時,由于供回水處于25℃的較大溫差,熱媒流量減小,使得供熱系統(tǒng)二級網的年運行耗電費用最低。1.1供熱溫度和采暖熱舒適性可以受精于從內意大利空調制冷協會主席MicheleVio先生在著作中認為:低溫散熱器供暖系統(tǒng),在保溫性能好的新型建筑里,可以保證獲得一個理想的舒適度。如果散熱器布置得好,就可以防止外墻或者窗戶對熱舒適的負面影響,甚至可以獲得超過用地板供暖系統(tǒng)獲得的舒適度。并認為:散熱器供暖熱舒適度低的原因,是由于散熱器的高溫使用和錯誤地把散熱器安裝在內墻所造成的。還有考慮美觀而把散熱器罩起來的壞習慣,也助長了這一后果。散熱器罩絕對減少熱量和熱舒適度,它隔絕了熱輻射,會嚴重影響環(huán)境的熱舒適度。資料表明:散熱器供水溫度高于70℃時,散熱器表面會對有機灰塵分解,產生烤焦糊味,散發(fā)有害人們健康的塵粒和氣體。同時,散熱器低溫供暖減小與室內環(huán)境換熱溫差,使得室內溫度場愈加均勻。散熱器供暖系統(tǒng)低溫運行會改善室內熱穩(wěn)定性,減少產生燥熱感,也會降低室內空氣電離程度,減少人體靜電,因而更加舒適健康。1.2采暖熱水溫度的作用(1)利于熱泵技術推廣。目前,國內大力推廣應用熱泵技術,利用熱泵技術進行散熱器低溫供暖依然有良好的節(jié)能效果。但是,如果散熱器供暖還是采用傳統(tǒng)的95℃/70℃供回水溫度參數進行設計就降低熱泵的熱效率,其節(jié)能優(yōu)勢將會減弱。在冬季供暖工況下,如果水源熱泵低溫熱源側的進出口水溫不變,則水源熱泵的供水溫度越高,其制熱性能系數(COP值)就越低,提供相同的熱量所需的運行費用就會增加。如果利用水源熱泵機組進行建筑物內冬季供暖,散熱器供水溫度越低,機組的COP值越大,經濟性越好,當供、回水溫度60℃/50℃時,COP值為3.31;當供、回水溫度50℃/40℃時,COP為值3.85。但是,如果供水溫度過低,將導致末端散熱設備過大或無法滿足散熱設備對供水溫度的內在要求。顯然,合理的供水溫度應該是既能滿足用戶的用熱需求又有最佳的經濟性。(2)可再生能源的利用?？稍偕茉?風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源一般都是低溫能源,通過熱泵技術可轉化為可被供暖系統(tǒng)使用的熱媒溫度,散熱器進行低溫供暖有利于采用低位能作為熱源,改變散熱器供暖僅能使用較高溫介質的能源狀況。這對于可再生能源豐富的地區(qū)和南方供暖尤為重要。(3)降低運行耗能。散熱器低溫供暖除使用熱泵技術達到節(jié)能外,在系統(tǒng)運行中也具有熱損失少,降低運行耗能的特點。供暖熱水溫度的降低可以減少供暖系統(tǒng)管道的熱損失。較低的供暖系統(tǒng)水溫,有利于提高熱力站內熱交換器的換熱效率,從而帶來區(qū)域鍋爐房和熱電廠供熱系統(tǒng)的節(jié)能。較低的供暖熱媒溫度還有助于推廣使用新的節(jié)能設備和技術,如采用冷凝鍋爐,地源熱泵、空氣源熱泵,太陽能等等。2城鎮(zhèn)供熱可實現熱媒化、均熱化、人性化設計2012年實施的新規(guī)范GB50736標準中有關熱媒溫度規(guī)定,為散熱器低溫供暖奠定了技術法規(guī)。認為低溫供暖技術具有技術先進性和可行性。清華大學江億院士在2013年全國供暖技術交流會《我國集中供熱的現狀和發(fā)展途徑》報告中指出:提高熱源效率的關鍵是低溫供熱;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”現象;供熱溫度降低,并不影響室內舒適性。只要能夠釋放足夠的熱量,保證室溫,還可以避免部分區(qū)域過熱、燥熱,改善舒適性;只要增大面積,也可以實現散熱器低溫供熱。(1)低溫熱媒制備?？捎卸喾N方式達到低溫供暖熱媒溫度,對于城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)可采用換熱、混水等方式;并可在熱源、換熱站、樓棟熱力入口等位置按供暖系統(tǒng)需要調節(jié)控制供水溫度。對于利用可再生能源作為熱源時,完全可以利用熱泵設備按供暖系統(tǒng)需要熱媒溫度進行運行。(2)低溫運行效果良好。通過調研北方冬季供暖系統(tǒng)運行參數可知:當室外平均溫度在-0.4~-16.6℃時,二次網供水溫度在47.8~63.3℃,二次網回水溫度在40~50℃;二次網運行溫差為7.8~14.7℃,二次網的運行溫差大大小于25℃設計溫差。完全沒有按設計溫度運行。目前,我國北方一些城市采取低溫供暖,其中東北的哈爾濱、牡丹江、沈陽等熱力公司供暖系統(tǒng)供回水溫度基本在60/45°C。而且國內供熱行業(yè)已開始提倡低溫連續(xù)供熱。在這些運行的系統(tǒng)中,雖然按95℃/70℃熱媒參數進行設計,但是在較低溫度運行依然達到了設計的室內溫度,說明設計有較大富裕量。(3)建筑物圍護結構低能耗。國內實施的建筑節(jié)能標準,已強制執(zhí)行節(jié)能50%的措施,有些城市已執(zhí)行節(jié)能65%,甚至更高的要求。這就大大的減少了建筑物的能耗,也減少了散熱器安裝數量,在節(jié)能65%的低能耗建筑中,所設計的散熱器遠少于既有建筑供暖系統(tǒng)的安裝散熱器數量。3對低溫運行工況的優(yōu)化設計為使散熱器供暖系統(tǒng)利用熱泵技術,達到健康舒適、節(jié)能減排的良好供熱效果,全國采暖散熱器委員會組織有關單位進行相關內容的研究。(1)散熱器低溫供暖熱工實驗數據。供暖系統(tǒng)設計時按照低溫參數進行設計,散熱器就應有低溫的熱工數據。采暖散熱器委員會的研究課題,已對國內常用的幾種類型的散熱器:鑄鐵柱翼散熱器、鋼制板式散熱器、鋼制柱式散熱器、鋁柱翼散熱器、銅鋁對流器、塑料散熱器進行低溫使用工況的散熱量測試,整理給出了供低溫使用的散熱量計算公式。通過實驗得出:散熱器低溫運行的熱工性能曲線近似看作其高溫運行性能曲線延長線的結論。(2)散熱器低溫供暖的經濟性。通過對節(jié)能改造的既有建筑和按照節(jié)能標準新建的建筑采用不同供回水參數下運行的散熱器供暖系統(tǒng)設備投資分析,論證了節(jié)能建筑散熱器供暖系統(tǒng)低溫運行的可行性。既有建筑節(jié)能改造后,原設計的95℃/70℃供暖系統(tǒng)若降低供回水溫度,為滿足散熱需增加散熱器,相對于節(jié)能改造后建筑供暖系統(tǒng)高溫運行,當其降低供回水溫度運行時,理論計算散熱器需要增加數量。對于新建節(jié)能建筑散熱器供暖系統(tǒng),分別對其高溫運行和低溫運行時的設備投資進行理論分析。相比于散熱器高溫供暖,低溫運行時散熱器數量應增加,具體增加比例,與散熱器低溫熱媒參數有關。目前的調研結果分析,已既有建筑中所安裝的散熱器數量即便散熱器低溫運行也滿足實際熱負荷的需求。即按高溫設計的散熱器供暖系統(tǒng),在低溫運行時依然有良好的供暖效果,也就是說如果設計時有太多的余量,因此,新設計的散熱器低溫供暖系統(tǒng)的散熱器數量不會比已運行的供暖系統(tǒng)的散熱器數量增加。通過對現有的具有代表性的節(jié)能住宅的低溫供暖系統(tǒng)的實際測試,驗證應用于節(jié)能建筑的低溫散熱器供暖系統(tǒng)連續(xù)供熱時完全能滿足住戶的用熱需求。4建筑節(jié)能相關要求修訂的問題新發(fā)布的暖通設計規(guī)范規(guī)定了散熱器供暖的熱媒參數,實施散熱器低溫供暖技術時,在設計運行中應考慮以下問題。(1)設計應考慮建筑的特點。意大利空調制冷協會主席MicheleVio先生在著作中認為:散熱器完全適合于低溫系統(tǒng),尤其是當與冷凝式燃氣熱水器連接時。目前,低溫末端不被認識,只是因為設計者的習慣和安裝者按照名義參數,或者按照散熱器的平均溫度和室內溫度之差△T=50℃來選擇散熱器的習慣。暖通設計人員應根據具體工程項目,建筑物使用功能要求來確定供暖系統(tǒng)的熱媒參數。還應考慮供暖地域的供暖方式等問題?！恫膳L與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50019-2003中第4.1.13條規(guī)定:工業(yè)建筑,當廠區(qū)只有采暖用熱或以采暖用熱為主時,宜采用高溫水做熱媒;當廠區(qū)供熱以工藝用蒸汽為主時,在不違反衛(wèi)生、技術和節(jié)能要求的條件下,可采用蒸汽做熱媒。目前,該規(guī)范正在修訂,但是該條規(guī)定的內容修編組還依然保留。(2)運行應注意的問題。由于以往二級供熱管網習慣于不按設計參數運行,盡管室外溫度達到了設計溫度,運行時依然比設計溫度低許多,但是采用低溫供暖設計后供熱系統(tǒng)應按設計參數進行運行調節(jié),這樣散熱器低溫供暖系統(tǒng)的散熱器數量并不一定需要增加。對于對流型散熱器在使用過程中出現低溫效應的問題,在運行調節(jié)中完全可以通過供水溫度調節(jié)其散熱量,這不影響散熱器低溫供暖技術的應用,對于分戶供暖的住宅和戶內單體采暖系統(tǒng)這一問題則不必考慮。按照供熱系統(tǒng)可靠性理論,低溫運行則會減少出現故障少概率,增強系統(tǒng)安全運行。(3)充分認識散熱器低溫供暖。意大利空調制冷協會主席MicheleVio先生在著作中認為:散熱器實際是最有效的低溫末端。從這個角度來看,應該重新思考設計的原則:與節(jié)能需求(△T<35℃)差距最小的散熱器的進水溫度和回水溫度,以及水流量,散熱器表面的尺寸。散熱器的制造商應該改變設計者和安裝者的態(tài)度和方法,以便朝著這個目標努力。他們必須對技術更新有思想準備,以便更好地解釋低溫散熱器系統(tǒng)的設計及其變化。目前,GB/T13754《采暖散熱器散熱量測定方法》正在修訂,修訂組已明確:其測試工況應考慮GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》標準中5.3.1條對散熱器熱水溫度參數的規(guī)定。因此,我們企業(yè)在產品樣本,為方便暖通設計人員使用,企業(yè)產品中應給出低溫工況的散熱量。并應大力宣傳低溫供暖的技術規(guī)范和低溫供暖的趨勢和特點。5.采暖連續(xù)供