采暖空调系统散热器供暖系统的节能分析

采暖空调系统散热器供暖系统的节能分析

目前，中国2012年发布的《供暖通用设计标准》规定了加热装置的热媒参数，大大降低了集中供暖系统的热媒设计参数，表明中国的温度供暖技术得到了改进。欧洲有的国家开始采用60℃以下低温热水供暖的研究示范,这也为我国推行散热器低温供暖起到了有益借鉴作用。1器集中供暖设计规定2012年10月1日实施的GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》标准中5.3.1条文规定:“散热器供暖系统应采用热水作为热媒;散热器集中供暖系统宜按75℃/50℃连续供暖进行设计,且供水温度不宜大于85℃,供回水温差不宜小于20℃。”这一规定是根据有关研究结果确定。实际运行情况表明,合理降低建筑物内供暖系统的供回水温度,有利于提高散热器供暖的舒适程度和供热系统节能。近些年,国内已出现降低热媒温度的趋势。通过对室内采用散热器的集中供热系统经济性分析可知:当二级网设计参数取75℃/50℃时,由于供回水处于25℃的较大温差,热媒流量减小,使得供热系统二级网的年运行耗电费用最低。1.1供热温度和采暖热舒适性可以受精于从内意大利空调制冷协会主席MicheleVio先生在著作中认为:低温散热器供暖系统,在保温性能好的新型建筑里,可以保证获得一个理想的舒适度。如果散热器布置得好,就可以防止外墙或者窗户对热舒适的负面影响,甚至可以获得超过用地板供暖系统获得的舒适度。并认为:散热器供暖热舒适度低的原因,是由于散热器的高温使用和错误地把散热器安装在内墙所造成的。还有考虑美观而把散热器罩起来的坏习惯,也助长了这一后果。散热器罩绝对减少热量和热舒适度,它隔绝了热辐射,会严重影响环境的热舒适度。资料表明:散热器供水温度高于70℃时,散热器表面会对有机灰尘分解,产生烤焦糊味,散发有害人们健康的尘粒和气体。同时,散热器低温供暖减小与室内环境换热温差,使得室内温度场愈加均匀。散热器供暖系统低温运行会改善室内热稳定性,减少产生燥热感,也会降低室内空气电离程度,减少人体静电,因而更加舒适健康。1.2采暖热水温度的作用(1)利于热泵技术推广。目前,国内大力推广应用热泵技术,利用热泵技术进行散热器低温供暖依然有良好的节能效果。但是,如果散热器供暖还是采用传统的95℃/70℃供回水温度参数进行设计就降低热泵的热效率,其节能优势将会减弱。在冬季供暖工况下,如果水源热泵低温热源侧的进出口水温不变,则水源热泵的供水温度越高,其制热性能系数(COP值)就越低,提供相同的热量所需的运行费用就会增加。如果利用水源热泵机组进行建筑物内冬季供暖,散热器供水温度越低,机组的COP值越大,经济性越好,当供、回水温度60℃/50℃时,COP值为3.31;当供、回水温度50℃/40℃时,COP为值3.85。但是,如果供水温度过低,将导致末端散热设备过大或无法满足散热设备对供水温度的内在要求。显然,合理的供水温度应该是既能满足用户的用热需求又有最佳的经济性。(2)可再生能源的利用。可再生能源:风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源一般都是低温能源,通过热泵技术可转化为可被供暖系统使用的热媒温度,散热器进行低温供暖有利于采用低位能作为热源,改变散热器供暖仅能使用较高温介质的能源状况。这对于可再生能源丰富的地区和南方供暖尤为重要。(3)降低运行耗能。散热器低温供暖除使用热泵技术达到节能外,在系统运行中也具有热损失少,降低运行耗能的特点。供暖热水温度的降低可以减少供暖系统管道的热损失。较低的供暖系统水温,有利于提高热力站内热交换器的换热效率,从而带来区域锅炉房和热电厂供热系统的节能。较低的供暖热媒温度还有助于推广使用新的节能设备和技术,如采用冷凝锅炉,地源热泵、空气源热泵,太阳能等等。2城镇供热可实现热媒化、均热化、人性化设计2012年实施的新规范GB50736标准中有关热媒温度规定,为散热器低温供暖奠定了技术法规。认为低温供暖技术具有技术先进性和可行性。清华大学江亿院士在2013年全国供暖技术交流会《我国集中供热的现状和发展途径》报告中指出:提高热源效率的关键是低温供热;低温供热可以大幅度提高各类热源效率;低温供热有利于缓解“过量供热”现象;供热温度降低,并不影响室内舒适性。只要能够释放足够的热量,保证室温,还可以避免部分区域过热、燥热,改善舒适性;只要增大面积,也可以实现散热器低温供热。(1)低温热媒制备。可有多种方式达到低温供暖热媒温度,对于城镇集中供热系统可采用换热、混水等方式;并可在热源、换热站、楼栋热力入口等位置按供暖系统需要调节控制供水温度。对于利用可再生能源作为热源时,完全可以利用热泵设备按供暖系统需要热媒温度进行运行。(2)低温运行效果良好。通过调研北方冬季供暖系统运行参数可知:当室外平均温度在-0.4~-16.6℃时,二次网供水温度在47.8~63.3℃,二次网回水温度在40~50℃;二次网运行温差为7.8~14.7℃,二次网的运行温差大大小于25℃设计温差。完全没有按设计温度运行。目前,我国北方一些城市采取低温供暖,其中东北的哈尔滨、牡丹江、沈阳等热力公司供暖系统供回水温度基本在60/45°C。而且国内供热行业已开始提倡低温连续供热。在这些运行的系统中,虽然按95℃/70℃热媒参数进行设计,但是在较低温度运行依然达到了设计的室内温度,说明设计有较大富裕量。(3)建筑物围护结构低能耗。国内实施的建筑节能标准,已强制执行节能50%的措施,有些城市已执行节能65%,甚至更高的要求。这就大大的减少了建筑物的能耗,也减少了散热器安装数量,在节能65%的低能耗建筑中,所设计的散热器远少于既有建筑供暖系统的安装散热器数量。3对低温运行工况的优化设计为使散热器供暖系统利用热泵技术,达到健康舒适、节能减排的良好供热效果,全国采暖散热器委员会组织有关单位进行相关内容的研究。(1)散热器低温供暖热工实验数据。供暖系统设计时按照低温参数进行设计,散热器就应有低温的热工数据。采暖散热器委员会的研究课题,已对国内常用的几种类型的散热器:铸铁柱翼散热器、钢制板式散热器、钢制柱式散热器、铝柱翼散热器、铜铝对流器、塑料散热器进行低温使用工况的散热量测试,整理给出了供低温使用的散热量计算公式。通过实验得出:散热器低温运行的热工性能曲线近似看作其高温运行性能曲线延长线的结论。(2)散热器低温供暖的经济性。通过对节能改造的既有建筑和按照节能标准新建的建筑采用不同供回水参数下运行的散热器供暖系统设备投资分析,论证了节能建筑散热器供暖系统低温运行的可行性。既有建筑节能改造后,原设计的95℃/70℃供暖系统若降低供回水温度,为满足散热需增加散热器,相对于节能改造后建筑供暖系统高温运行,当其降低供回水温度运行时,理论计算散热器需要增加数量。对于新建节能建筑散热器供暖系统,分别对其高温运行和低温运行时的设备投资进行理论分析。相比于散热器高温供暖,低温运行时散热器数量应增加,具体增加比例,与散热器低温热媒参数有关。目前的调研结果分析,已既有建筑中所安装的散热器数量即便散热器低温运行也满足实际热负荷的需求。即按高温设计的散热器供暖系统,在低温运行时依然有良好的供暖效果,也就是说如果设计时有太多的余量,因此,新设计的散热器低温供暖系统的散热器数量不会比已运行的供暖系统的散热器数量增加。通过对现有的具有代表性的节能住宅的低温供暖系统的实际测试,验证应用于节能建筑的低温散热器供暖系统连续供热时完全能满足住户的用热需求。4建筑节能相关要求修订的问题新发布的暖通设计规范规定了散热器供暖的热媒参数,实施散热器低温供暖技术时,在设计运行中应考虑以下问题。(1)设计应考虑建筑的特点。意大利空调制冷协会主席MicheleVio先生在著作中认为:散热器完全适合于低温系统,尤其是当与冷凝式燃气热水器连接时。目前,低温末端不被认识,只是因为设计者的习惯和安装者按照名义参数,或者按照散热器的平均温度和室内温度之差△T=50℃来选择散热器的习惯。暖通设计人员应根据具体工程项目,建筑物使用功能要求来确定供暖系统的热媒参数。还应考虑供暖地域的供暖方式等问题。《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003中第4.1.13条规定:工业建筑,当厂区只有采暖用热或以采暖用热为主时,宜采用高温水做热媒;当厂区供热以工艺用蒸汽为主时,在不违反卫生、技术和节能要求的条件下,可采用蒸汽做热媒。目前,该规范正在修订,但是该条规定的内容修编组还依然保留。(2)运行应注意的问题。由于以往二级供热管网习惯于不按设计参数运行,尽管室外温度达到了设计温度,运行时依然比设计温度低许多,但是采用低温供暖设计后供热系统应按设计参数进行运行调节,这样散热器低温供暖系统的散热器数量并不一定需要增加。对于对流型散热器在使用过程中出现低温效应的问题,在运行调节中完全可以通过供水温度调节其散热量,这不影响散热器低温供暖技术的应用,对于分户供暖的住宅和户内单体采暖系统这一问题则不必考虑。按照供热系统可靠性理论,低温运行则会减少出现故障少概率,增强系统安全运行。(3)充分认识散热器低温供暖。意大利空调制冷协会主席MicheleVio先生在著作中认为:散热器实际是最有效的低温末端。从这个角度来看,应该重新思考设计的原则:与节能需求(△T<35℃)差距最小的散热器的进水温度和回水温度,以及水流量,散热器表面的尺寸。散热器的制造商应该改变设计者和安装者的态度和方法,以便朝着这个目标努力。他们必须对技术更新有思想准备,以便更好地解释低温散热器系统的设计及其变化。目前,GB/T13754《采暖散热器散热量测定方法》正在修订,修订组已明确:其测试工况应考虑GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》标准中5.3.1条对散热器热水温度参数的规定。因此,我们企业在产品样本,为方便暖通设计人员使用,企业产品中应给出低温工况的散热量。并应大力宣传低温供暖的技术规范和低温供暖的趋势和特点。5.采暖连续供