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【供暖系统漫谈】3、如何为地暖用户提供舒适的温度体验

时间:2018-03-20    来源:博容节能    阅读数:
编者:上期谈到,在供暖系统中室温的控制对舒适性具有重要的意义,但是如何才能实现室温的控制呢?众所周知,散热器、地暖、风机盘管三种末端其实具有完全不同的工况特性,需要采用不同的方式进行温控,本期我们先从地暖开始探讨应该如何控温。
 
众所周知,散热器、地暖、风机盘管三种末端其实具有完全不同的工况特性,需要采用不同的方式进行温控,本期我们先从地暖开始探讨应该如何控温。
 
室温的高低取决于供暖末端散热量与房间向外失热量在动态下的平衡点,房间本身在围护结构不变的情况下室温的控制其实是对供暖末端散热量的控制。
 
对于地暖而言,目前常用来改变散热量的方式有以下四种,我们分别对四种不同方式的特点进行分析。
 
1、“开关式”控温方式
 
通过房间温控器对壁挂炉直接控制的“整体控温”,以及通过每个主要房间温控器控制对应水路的“分环路或分区域控温”。这种控制方式具有实施容易、技术成熟、成本较低的特点,是目前应用最广泛的地暖控温方式。
 
地暖分室温控图
地暖分户温控图
 
“开关式”地暖控温方式比较适合热惰性较低的干铺地暖。当室温达到设定值后温控器关闭壁挂炉或者通过电热执行器关闭对应房间的供暖,由于蓄热量较小室温能较快地稳定下来,同样室温低于设定值之后开启供暖也能很快地增加散热量,从而让房间温度维持在设定值附近。但是这种方式用于热惰性较大的湿铺地暖中时,室温的波动将会增大:当房间温度升高到设定值后关闭供暖,蓄热层存储的大量热量仍然会让房间内温度继续升高;同样当温度低于设定值后开启供暖,热量会首先存储在蓄热层中而不直接散发到室内,所以室温仍然会继续下降一段时间后再上升,这些问题会导致较大的室温波动,降低地暖的舒适性。对于壁挂炉供暖来说,这种方式要注意几个问题:
 
第一、《辐射供暖供冷技术规程》JGJ 142-2012中明确规定:3.1.1 热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定,供水温度不应大于60℃,供回水温差不宜大于10℃,且不宜小于5℃。民用建筑供水温度宜采用35℃~45℃ 。3.1.3 辐射供暖表面平均温度宜符合表3.1.3的规定。
表3.1.3 辐射供暖表面平均温度(℃)
 
地暖适宜低温工作,家庭供暖适宜温度应该在35℃~45℃,我们有时候设定出水温度为60℃时,可能会导致地面温度达到40℃以上。而如果将供水温度设定到适合地暖的35℃~40℃,常规壁挂炉又会由于供、回水温度都低于露点温度而产生换热器结露现象,从而严重影响到壁挂炉的使用寿命(对于冷凝炉来说不存在这个问题,但直接带地暖会出现流量不足限制供暖面积和输出功率的问题)。
 
第二、对于大多数用户来说,室温稳定后壁挂炉的最小输出功率往往大于供暖需要的功率,因此会运行在间断工作状态,壁挂炉启停时供水温度波动可以达到20℃~30℃,这种剧烈的温度波动水如果直接送到分集水器、地暖管等部件中,会产生热胀冷缩的应力,影响到末端的安全性和使用寿命。
 
第三、如果地暖采用分环路或分区域控温方式,末端流量和功率大幅度变化,当末端开启且房间较少的时候,壁挂炉可能会由于流量过小而无法正常工作,出现频繁启停的问题,严重时还可能导致用户家中无法正常供暖。
 
第四、由于壁挂炉被设计为高温差小流量的工作方式,能够提供的有效循环流量通常不大于1t,直接带地暖时即使壁挂炉功率很大也只能带面积100m2左右的地暖,而在供暖能力上一台24kW的壁挂炉能够带200m2~300m2地暖面积的供暖,这种方式制约了壁挂炉的输出功率。
 
简单小结:对集中供暖来说,如果供水温度不高于45℃时,干铺地暖采用温控器开关方式控制室温,能够达到较好的室温舒适度。但是湿铺地暖用开关式控制室温波动会较大,很难给用户提供很好的使用体验。对于常规壁挂炉地暖来说,分户控温无法解决壁挂炉供水温度与地暖需求温度的矛盾,同时由于流量限制对壁挂炉输出功率和带供暖面积的能力产生限制,也存在一定的问题;如果壁挂炉带分环路或分区域温控地暖,还有流量负荷变化对壁挂炉本身的严重干扰,可能会造成大量的售后问题,我个人不推荐这种方式。
 
2、“流量调节型”控温方式
 
例如集中供暖时通过调节分集水器流量进行室温控制的方式。其实这种调节方式本身是“伪控温方式”,除了进行房间温度平衡外,手动方式无法真正实现室温的控制。
 
调节型分水器
 
由于调节后室温不能及时变化,需要等待一段时间后才能知道调节是否合适,而且外面的环境温度会发生变化,所以没有人能够手动调节好室温,最后的结果只能是全部开启,让室温在最冷的天气时不至于太低,而且大多数时间当室温偏高时,会开窗降温或者在地面上泼一盆水来降低高温。
 
即使如此,这种方式也在普遍应用,特别是集中供暖的地暖用户,当房间温度过高时暖通公司通常会告诉用户,房间太热了就把对应房间的分集水器阀门关小一点,这样确实能够将室温降下来,但这种方式不对,原因如下:
 
首先,规程规定:3.5.11加热供冷管和输配管流速不宜小于0.25m/s。当通过关小流量降低室温时地暖管道流速降低,低于规程规定的0.25m/s,管道中的气体和杂质不容易被水流带走,聚集在管道中容易形成气堵和脏堵,使用一段时间后容易导致地暖不热。
 
另外,当流速降低后地暖进回水温差会增大,很有可能会超过规程规定的10℃温差。
 
地暖是典型“低温差大流量”的工作模式,埋在地面的管道数十米长,要想让整个地面都能够供暖,就要使回水温度明显高于室温和合适的地表温度,以保证整条管道都在有效散热,如果流量关得太小会出现回水温度过低,那么后面一段距离的管道,实际上则不能提供散热供暖,那么地暖也会变成局部散热的供暖方式。
地暖管道温度变化示意图
 
那么是不是在任何情况下都必须遵守规程中规定的供、回水温度不大于10℃,同时不低于5℃呢?其实弄清楚这个规定的含义就明白了,因为这些需要根据不同情况而定:规程规定温差不大于10℃的原因是当进水温度是45℃,温差是10℃时,回水温度为35℃时还可以提供有效散热;供水温度只有35℃,温差保持5℃,则回水温度会降低到30℃,还能够正常给地面提供热量。但是我们注意到随着房间保温性能的提升,以及适合更低水温的高效末端的诞生,有时供水温度为30℃甚至更低都可以为房间提供舒适的温度,这种情况下温差可能需要降低到3℃~5℃。
 
当然还有一种情况:比如供水温度为55℃的时候,即使供、回水温差达到20℃,回水温度也有35℃,还是可以散热的,但是这种情况下供水管道经过的地方其地面温度会远远超过29℃的上限,因此也不是合适的控温方式。
 
简单小结:除了进行流量平衡调节外,通过改变流量来调节室温的方式是不合适的,也很难给用户提供舒适的供暖体验,这种方式个人持反对意见。
 
3、“水温调节型”控温方式
 
水温对地暖散热量有显著的影响,因此通过水温进行室温调节的方式非常适合地暖。
 
表1 不同水温下加热管间距大小对热量的影响
 
从表1中可以看出,地暖有效散热量与平均水温,或者说平均水温与室温的温差具有显著关联,改变此差值后很容易调节地暖散热量,进行室温调节。典型方式如通过改变壁挂炉设定水温来控制室温,还有通过混水装置改变地暖供水温度的室温调节方式。
 
壁挂炉直接带地暖图
 
对于常规锅炉来说直接通过壁挂炉设定地暖水温的方式是不合适的,理由在前面已经讲过,通过壁挂炉设定地暖水温会导致严重的冷凝现象;为了避免冷凝现象就需要将水温设定为较高值,但超过地暖需要的水温,就会导致室温过高或者地面温度过高。
 
无论是壁挂炉带地暖还是集中供暖带地暖,通过混水装置等来改变地暖供水温度是目前最合理的方式,可以同时解决室温舒适性问题和热源匹配性问题。
 
混水装置是供暖系统中一个重要的工况转换设备,在系统中具有降温、温度稳定、流量转换、功率分配、负荷平衡、扬程补偿等多方面的作用,对室温的控制主要利用到混水的降温、温度稳定和流量转换作用。
 
关于混水装置的工作原理及系统中的作用,我们会在后面的章节进行专门交流。
 
1)集中供暖地暖采用混水装置的作用
 
集中供暖混水地暖图
 
第一、集中供暖温度不受控制,但是有了混水装置后用户可以自由选择自己需要的水温,为用户提供更高的舒适度。
 
第二、采用混水装置对室温进行有效控制后可避免用户室温过高或者通过开窗降温,可降低集中供热热量的浪费。
 
第三、混水装置具有自动负荷平衡功能和流量平衡功能,可以避免集中供热中水力失衡导致的部分用户家中地暖不热的问题。
 
第四、集中供暖具有二次循环泵增压、改善地暖循环工况的作用,可以让用户家中的地面温度更均匀,体验更舒适。
 
第五、混水装置具有流量转换的作用,当室温达到需求后能够自动降低一次流量,减少集中供暖水量的需求,从而降低集中供暖输送的能耗。
 
2)壁挂炉地暖采用混水装置的作用
 
壁挂炉混水地暖图
 
第一、采用混水装置后壁挂炉可以在适宜的高温状态下工作,避免冷凝现象的发生。
 
第二、通过混水装置稳定温度的作用,将壁挂炉启停时大幅度的水温波动平抑后送到地暖中,可减少热胀冷缩应力对管道和管件寿命及安全性的影响。
 
第三、通过混水装置流量转换的作用,将壁挂炉高温差小流量的热水转换成地暖需要的低温差大流量用水,可以充分利用壁挂炉输出功率,实现一台24kW壁挂炉带200m2~300m2房屋供暖的目的。
 
第四、混水装置中的循环泵可以增加地暖的流速,让地面温度更均匀,气体和杂质不容易聚集,供暖更舒适、稳定。
 
第五、当壁挂炉带大面积供暖或者多层别墅供暖时,混水装置可以自动实现功率、流量分配,实现系统自动平衡,大大降低系统调试的工作量。值得注意的是,无论对壁挂炉地暖还是集中供暖地暖,都可以采用带有气候补偿功能的混水装置实现根据天气自动调节供水温度,从而保持室温恒定舒适的目的,这是一种舒适度高和节能效果好的方式。
 
3)壁挂炉地暖配套混水装置具有特殊的性能要求,不可乱用。
 
特别提醒:壁挂炉配套的混水对于性能和结构设计都有特殊的要求,实际应用中也有一些必须要注意的问题。市面上很多混水装置并不适合用于壁挂炉,当供暖方案不合适的时候可能导致壁挂炉难以稳定工作,最好选择专业公司针对壁挂炉设计的混水装置,进行设计方案和产品选型,以达到较好的使用效果。
 
4)去耦罐不能代替混水装置
 
壁挂炉带去耦罐地暖图
 
这里纠正一个误区,很多朋友用去耦罐代替混水装置,其实两者的作用完全不同。原因是去耦罐可以解决壁挂炉流量和末端流量不匹配的问题,但无法控制二次供水温度,在实际工作中往往是壁挂炉本身的高温和温度波动直接通过去耦罐进入地暖管道,无论是安全性还是舒适性都无法得到保障,个人反对采用这种方式。

4、“复合调节型”控温方式
 
每种控制方式都有自己的特点,如果想达到更好的效果,复合式调节方式是很好的选择:比如普通混水装置能够提供稳定的供水温度,但室温还会随着室外气温的变化而变化;带有气候补偿功能的混水装置能够保持室温的稳定,但不能根据需求分时段和区域进行供暖,因此采用混水装置加可编程温控器或者混水装置加分环路或分区域温控系统,都可以给用户提供更加舒适和节能的供暖体验。因此,灵活掌握上述特性可以做出真正舒适节能的地暖系统。
 
壁挂炉地暖分室温控图
 
本章小结:这里我们对地暖的几种控温方式进行了分析,希望能够帮助到大家。但是这里只探讨了室温控制方式,想做好用户体验还需要系统方案本身的优化设计,以及对不同热源和末端特性的掌握和利用等。相关内容,我们在后期会逐步与大家分享。
 
此文由博容总经理申国强先生原创,发表于《地暖月刊》第151期,敬请关注!

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