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城市供热系统中热用户的行为节能研究Research on action energy-saving of urban heating system hot users 天津城市建设学院 张丽璐1，王文起2，戴伟3Tianjin Institute of Urban Construction Zhanglilu1 Wangwenqi2 Daiwei3摘 要本文通过对城市供热系统中热用户行为节能问题的提出、调研，软件模拟，最终通过调查问卷及实际运行设备测试出的数据，进行热用户行为节能可行性及经济性的分析研究，并根据国标给出了供暖型风机盘管的设计依据及方法，为行为节能的开展提供了切实可行的办法。对当初所提技术节能和行为节能各占一半的指标的实现提供了一条很好的解决途径。关键词：城市供热系统 行为节能 热计量 供暖型风机盘管 散热器 AbstractThe article is based on putting forward and survey the issue on acion energy-saving of the heating users in the heating system of the city, research, software simulation, and ultimately through questionnaires and practical operation of the equipment to test data, users of thermal energy feasibility and economic analysis, and in accordance with GB is a fan-coil-type heating based on the design and methodology for the development of energy-saving behaviour provides a practical approach. Originally referred to the energy-saving technology and energy-saving 50% of the realization of the target provided a good solution.Keyword: City heating system Energy-saving action Heat Metering Fan coil heating Radiator1问题的提出能源和节能“瓶颈”问题已引起政府的高度重视。建设部已将集中供暖的民用建筑按热量计费列到了全国建筑节能“九五”计划和2010年规划的发展目标中，把建筑按户计量和温控技术及供热管网调节控制技术做为今后研究开发运用的主要方法。2城市供热系统中热用户的行为节能节能是供热技术发展的永恒主题。计量供热有助于推动行为节能的开展。根据我国和发达国家的一些经验，采取供热计量收费措施即可技术和行为节能2030%，其中技术和行为节能约各占15%1。2.1供暖行为节能的概念供热系统中的行为节能可以定义为：在无法改变系统形式、无法对系统进行大的调整的情况下，通过人为设定或采用一定技术手段或做法，使系统运行向着人们需要的方向发展，减少不必要的能源浪费或有利于节能的行为2。2.2城市供热系统中热用户行为节能的方式方法本文仅就城市供热系统中热用户（以单管顺流式为例）供暖系统进行分析。一般来说，在单管顺流式系统的基础上有下列改造方案3-4：（1）增设跨越管、温控阀和蒸发式热表，该改造节能可达15%20%，温控阀能调节室内设定温度，蒸发式热表的标定和计量以前认为烦琐，由于管道式热分配表的研制成功5，包括安装在内，蒸发表（液）的标定也比较简单了67。该方案的缺点是由于设置了温控调节阀改造费用较高。（2）增设跨越管和蒸发式热表，该系统节能效果有限，用户的舒适度（水力失调造成）与传统单管系统相比无多大改善，且用户不能根据自己的需要调控，但能准确计量用户的用热量，改造费用低。 （3）增设跨越管、锁闭阀和蒸发式热表，该系统无节能和提高舒适度的效果，但锁闭阀可在保证交费用户供暖的条件下，切断不交费用户的供热。该办法有“控制”用户之嫌，相对加剧了“户间传热”，有些文章810，提出了不同看法。 （4）增设跨越管、温控阀，该系统节能效果好，使用舒适度高，投资低，但在居民节能意识不高的情况下，只适用于舒适度要求较高而无需进行分户计量的建筑。这种办法与建设部的有关规定有差异，只能是一种暂时的过渡。 （5）增设跨越管、温控阀（恒温无调节功能），该系统具有节能效果，但用户的舒适度降低（水力失调），适用于只需计量建筑的总用热量且对房间的舒适度要求可根据使用性质一次锁定的建筑。该系统改变室温的变化困难，改变室温时需要重新锁定，操作不便。（6）只增加热计量装置，该系统无任何节能功能，用户的舒适度也无任何改善，仅用于只要求分户计量收费的住宅。该方法不利于用户行为节能，应该说是不能采用的。（7）将室内管路全部改为新双管式（8）都改成一户一环式.（9）将散热器与改良后的风机盘管结合使用。现以城市供热系统中最为常见的单管顺流式供热系统为例。因为墙体有热惰性，间断开机可保证房间所需的温度，这是行为节能中非常重要的一个调控手段。（长期离家或闲置的房间可以仅将暖气部分开启，维持基础室温(510)；学校可在假期关断风机开关；机关，企业每天的工作仅为8小时，下班提前关断风机开关。）3热用户行为节能的方式方法研究3.1测试方式3.1.1比较条件和约束条件的确定1.比较条件的建立。数据是在测定基础室温后进行的。由仪器采集到的数据可知，该房间在没有供暖（有邻室效应）的情况其基础室温10，相对湿度18.5%，此时室外温度-0.5，相对湿度25.5%。房间1选用的改良后的供暖型风机盘管及围护结构特性参数如下：表3.1风机盘管性能参数表型号电压（v）输入功率（w）水流量(kg/h)热量(w)风量（m3/h）B220506005250630表3.2围护结构特性围护结构名称围护结构材料传热系数（w/.k）外墙370外墙1.65分隔墙240间隔墙1.72楼板钢筋混凝土3.1外窗铝合金双层窗3.72.约束条件的建立：天津某实验室，建筑层高3.60m，分里外两间，建筑面积均为22.32m2。其建筑平面图如所示：图3.1试验间平面布置图分析模型的建立在管路上加装热计量表和调节阀，便于试验所需不同的组合形式模型的建立。设备连接方法如图所示：图3.2组合式供暖末端接管图 图3.3三维建筑模型示意图z=3.6本文对供暖型风机盘管和家庭常规使用的散热器组合成不同形式的采暖末端方式进行比较分析，进而得出结论。该结论对今后该种产品的实际应用具有一定的指导作用，模拟分三种组合方式进行。模型一仅用散热器采暖（四柱813）。对于供暖型风机盘管，采暖通风供热设计规范明确指出“风机盘管用于冬季供热时，水温不得超过60，送风温度不得超过45”。因此，散热器不能按9570选型。并且该试验所用房间未按冬季采暖热负荷进行散热器安装仅安装9片4柱813散热器。本文由常用散热器计算表中表2-1差值可得四柱813的散热面积为0.28，由测试结果可知，水系统供回水温差最小为2.45，经计算可得由可知，7.6*0.28*9*32.45=621.48w立管用水量为232.4kg/h模型二风机盘管单独运行，此时，提供给室内的热量完全由采暖用风机盘管负担，人们外出时关断风机，在下图所示的环境下，仍能维持基础室温。我们在设计上供暖型风机盘管的相关参数参照GBT 19232-2003风机盘管机组进行计算。在实际测试过程中，应用清华的DEST软件将基础室温计算出来，将典型年的室外气象参数和实际测得的室外参数，室内参数均汇总，其温度变化曲线如下图所示。图3.4温度变化曲线对比图相对湿度的变化曲线如下图所示图3.5相对湿度变化曲线对比图将典型气象条件下采集的数据采用加权平均数法，根据热量和使用时间的关系进行计算可得用热量为2.86kwh，采用均方根法计算为2.93kwh,采用算术平均法进行计算，因其误差太大，在此实验中不予以使用（采用不等式法可以证明）。在供暖型风机盘管间断性开启的过程中，其温湿度运行曲线如下图所示：图3.6试验房间实测温湿度变化趋势图温度记录曲线中风机开启时间为间断运行，对所采样的数据进行处理后，可以得出：每小时平均温升为3.17，因此建议设计计算选型时需考虑此部分的影响，设计时基本上维持室内所需热负荷的40%，供热用风机盘管在不开风机时维持所设定的室温值，经试验测试数据显示，供热用风机盘管的选型应为24倍房间所需热负荷，对于室内空气相对湿度有要求的，可以在风机盘管出风口处加装水槽（如上图），以保证人们对不同生活品质的需求。模型三风机盘管和散热器同时使用散热器和供暖型风机盘管分别负担一定的热负荷，其比例关系根据住宅所在的地区、结构、朝向、楼层等现状做渗风量计算，同时兼顾基础室温的影响。人员外出后，风机停止运行期间，此时风机盘管相当于关断调节阀后的散热器 ，由房间内的散热器维持基础室温。基础室温和周围邻室温度、环境温度、盘管特性有关。基础室温总体上应控制在 510 ，以利房间快速升温 ,缩短温度回升的时间，增强人体的舒适性。根据2003年的测试数据如下图12所示：图3.7基础室温随室外温度的变化曲线由图可知 ，当风机停止时，室外温度平均值为0以下，基础室温随室外温度波动，最低为 7. 5 ，最高为11 。如果邻室的温度在 18 左右 ，考虑到临时效应的影响，该房间的,基础室温还要高。当室外温度平均值高于0时，基础室温随室外温度波动，最低为 14.7，最高为16.8 基础室温与室外温度的差值会加大，最高能达到12.7。有了基础室温以后，我们根据需要间歇开启风机盘管，室内无人时最低温度为11.7，当人上班时，需要将风机开启，使室温迅速升温，当达到指定温度时，风机停止运转，热水流经供暖型风机盘管，回到外网。数据图表分析：该房间如按面积热指标法，由暖通空调设计指南表1.3-3可知为60-80w/,因北向房间，取值为75w/，则热负荷应为1674 w/，实际上散热器只提供的热量仅为621.48w，散热器提供的热量与需求部分的差值由供暖型风机盘管承担。考虑到用户希望在短时间迅速升温的实际需求，采用5250w/的采暖用风机盘管，完全满足人们进家1小时内温度达标（18）的要求，满足人们的舒适性要求。通过对风机盘管（制热量5250w）与散热器（621.48w）组合及分别使用时的模拟工况效果图（如下表所示） 表3.3所建模型模拟对比图组合方式项目风机风机+散热器散热器残差图速度场Y=0.8Mean age of airsZ=-3.1物体表面温度场PmvX=1.8Particle triaceY=0.8无尘源PpdY=0.8通过对图中所示的残差可以看出，风机盘管与散热器组合使用时，其残差走向更趋于合理。速度场由于有动力源风机的存在，在人们的活动区域显得更加均匀稳定；但是由于正压的作用，空气龄会增加，因此需考虑室内新风的需要，开设新风口。PPD和PMV显示人的舒适度相应提高。结论由于热空气密度小，会不断上升，在风机的驱动下，强制对流成为换热的主要形式，在供暖型风机盘管开启的时间内，空气在室内形成大的回旋涡流，只在房间的角落里有小的滞留区（一般民用建筑此处无人驻留）。人的活动区域处于回旋涡流区域，室内的速度场和温度场更加均匀稳定，在风机的作用下，房间呈微正压，冷风渗透可以消除。风机的机外余压小，噪声低，出口风速低，因此此种方式易于被人们接受。采用供暖型风机盘管的强制对流，其供回水温差较散热器大，从热源的角度讲，可节省设备投资和能源消耗，同时减少了锅炉房的运行费和维持费，使得热价的固定费部分有所降低（依国家今后出台的规范标准）。混合使用或是单纯采用供暖型风机盘管，经试验证明是完全可行的一种行为节能方式。通过此种节能方式运行，在低谷时，城市供热系统中的热源、热网、热用户均可实现同步节能，这样行为节能的效果大大超出了人们的实际预想。行为节能15%是切实可行的。4 城市供热系统中行为节能的经济性分析热是一种比较特殊的商品,热价的确定不仅是经济技术问题,还涉及到许多社会及政策和历史延续的习惯等问题。4.1城市供热系统中行为节能中热价确定的基本原则我国现亦采取“两部价格”进行计费13，分为：1.基本热价：元/平方米，回收供热服务的固定成本热量，单位为热价元，或元；2.根据表所计量的用热量回收供热服务的变动成本。采取什么比例达到即合理又节能的目的，应根据各地的情况,适合当地气侯、能源、建筑围护结构状况、供热企业运行管理方式等方面的实际比例来确定。4.2 经济性分析采用热计量收费：自2008年2月1日开始进行数据测试直至2月29日结束，含间歇开启供暖型风机盘管风机开启，用热量总计104.29kwh。 按采暖期120天计算：104.2929*120*1.2=516.41kwh，按本次外调所采集的天津市某示范小区的采暖费收缴清册统计表中的热价0.126元/kwh计算，该房间今年的采暖费为热费+固定热费=0.126*516.41+10*22=285.07元电费，按每天三小时计算，风机功率取电流平均值（0.25+0.23）2*电压2201000=0.0528kw,共耗电0.0528kwh,按一度电0.45元计算，120天总计花费0.45*0.0528*3*120=8.55元；总计：285.07+8.55=293.62元按面积收费：该房间一个采暖周期122天应交费用20*22.32=446.4元整个采暖期共节约152.78元，占按面积收费的32.79%。因此，节能15%的目标在行为节能中能得以实现。由上面计算可知，一间房间就可在基础室温维持11.7时节能33.27%，若将基础室温在无人情况下维持一个值班采暖温度，则节能效果更加显著。4.3三种方案出投资分析三种组合方式的供暖末端，其差别在组合方式的不同，根据厂家提供的不同供暖设备的价格汇总如下：表4.1供暖管设备价格明细表规格型号热负荷（W）价格（元）四柱813散热器1678216供暖型风机盘管5250680钢质散热器167888铜铝复合散热器1678135钢铝复合散热器167898因此，虽然风机盘管在安装初期多投入680元，但其每年可节约446.4-293.62=152.78元，投资回收周期为4.45年，因此方案合理可行。5 结论以城市供热系统热用户为研究对象，利用调查问卷、模拟分析、实际试验等多种方式对热用户采暖设备的不同组合方式下的热流量进行比较分析而得出如下结论：采用风机盘管和散热器的混合末端，布置灵活，各房间可独立调节室温，实现随时开关机而不影响其他房间的使用，比单纯采用散热器更具有可调节性、舒适性和经济性，更符合“行为节能”的标准。从上述三种模型的模拟结果可以直观看出，选择供暖系统调控热计量混合末端方式的优势有：（1）可以大大改善底层住户的舒适度 ,相当于改善了垂直水力失调度 ,且能减少散热器的布置数量 ,使得系统布置灵活 ,不多占面积。比起当今流行的地板采暖更具有吸引力（维修简单，方便）（2） 由于布置了风机盘管 ,相对增加了换热量 ,使得旧住宅增加了散热器面积 ,从而改善整栋楼的舒适性与卫生效果。（3）利用风机的快速停运 ,对系统起到了快速关断调控的作用。（4）宏观经济性更明显；（5）推广价值高。缺点是用户增加了电耗(一部分电耗可能是低谷电) ,但对于电网而言相当于提高了设备利用率14。张丽璐，女，1970年9月，工程师，天津市西青区津静公路26#天津城市建设学院能源与安全工程实验中心，邮编：300384，电话传真子邮箱参考文献1中国建筑科学研究院.民用建筑节能设计标准 S.北京，20012潘云钢，徐稳龙.供暖分户计量及调节对设计热负荷的影响J，暖通空调，2000，5.48-493王文起，蔡波，等.单管顺流供暖系统热计量及混合末端的应用J.煤气与热力，2004，24（8）：4524王文起，冯广村.单管顺流式系统热计量中风机盘管与散热器组合的探讨J. 节能.2005，7.335张志钢，任绳风，王文起.管道测量式热分配表M.暖通空调，2002，（3）：44-466王文起，张志钢，任绳风.管道式热分配表蒸发液的一种蒸发工况J.煤气与热力，2002，（4）：303-3047王文起，张志钢.管道式热分配表不同安装情况下的测试对比M.节能与环保，2003，（2）：22-258