建筑供暖系统节能大盘点

前言：如果说围护结构是建筑物的硬件部分，那么建筑照明及建筑供暖系统就无疑是软件部分。建筑供暖系统的节能改造可从多方面进行：供暖管道的保温，管道系统的水力平衡提供了物理基础，供回水温度的调节与温控阀则实现按需供暖，这些措施能够实现20%以上的节能效果。

建筑供暖系统节能即合理化供暖量，按照需求侧响应对系统进行调节，从而达到节能的效果。用户终端有温控阀进行流量的调控，路径上加以管道的保温，供热系统处进行供回水温度的调节与夜间降温控制。不仅可以将室温控制在令人舒适的范围内，还能节省能源与供热开销。接下来笔者将从一一讲起这些节能措施。

关键词：建筑节能 供暖节能 能源管理

温控阀

散热器的恒温控制器简称温控阀，在近些年在我国新建筑中开始被应用，其根据室温调节散热器的热水供应来保持室温的恒定。其由两个部分组成：恒温器头和阀门，两个部件在室温控制中协同控制。转动恒温器头到不同的刻度可以设置所需的温度。防冻标记绘制为最低室温，约6°C，以避免霜冻。刻度3表示大约20 °C。当室温超过 20°C 时，恒温器头内的液体会膨胀并将压力传导到传输销，进一步传给阀门。随着流量横截面的减少，热水的供给也逐渐减少从而降低室温。当室温低于 20°C 时，由于热胀冷缩的特性，液体会收缩。传输销向左移动，阀门打开，使更多的加热水流入散热器。中间的调节轮是要进行预设的，在水力平衡中起到了关键的作用。

结合自控技术，可使用自控恒温阀。自控恒温阀的原理类似于传统的恒温阀。电传感器可替换恒温阀内的膨胀介质。它直接测量室温，并控制电机打开阀门的程度。可编程恒温阀可以最佳地适应每个居民的需求，它特别适合早上离开家，下午回家——这些在不同时间段有着不同热需求的群体。如果室温降低 1 度，则节省约 6% 的热能。电子可编程恒温阀还可以连接到“智能家居”的应用上，达到准确和远程调节温度的效果。

热计量

在终端降低热需求无疑经济且环保，但是仍然需要借助热计量方法促进其发展与推广。我国目前的供暖是按照面积来进行收费的，如此一来，人们便不会在意自己究竟使用了多少热。当房间温度过高的时候，人们往往会选择打开窗户来降温，使得能源被白白的浪费。德国已经做到了分户计量，甚至每个暖气片上都配有热分配表，可用于记录热量。热分配表不是测量设备，而是检测设备。它的背面是金属，热分配表被加热并在加热期间把热量进行积分计算。在一户内收集所有设备的数值，并按照比例计算具体每一间的供暖费用，这尤其适用于合租公寓的形式。即使不精确到每一个暖气片，做到分户甚至分栋计量也是会激发人们资源节约的积极性，同时也对房屋的围护结构的保暖有了更高的要求。

水力平衡

水力平衡是恒温阀有效运作的先决条件，以便精确提供房间的热输出。加热 络不良意味着恒温阀无法控制所需的温度。水力平衡可确保及时为所有散热器提供所需的加热介质流量。只有在水力平衡的情况下，系统温度才能最大程度地降低。

在没有水力平衡的温度分配系统中，位于距离泵的距离最远的散热器最难被供应。那里的散热器未能得到足够的热量，这就是为什么那里的房间总是太冷，同时泵附近的房间总是太热的缘故。两个极端的情况会极大地影响人们的舒适度。为了增加远端的温度，泵的功率会增加。但随着回水温度的升高，冷凝锅炉处的效率降低，管 和锅炉的热损失增加。此外水泵需要更多的水，消耗更多的电力，并且导致不平衡现象也更加严重，供过于求的散热器仍然很热，供应不足的散热器始终得不到足够的热量。

左图：未进行水力平衡 右图：进行了水力平衡

通过调节阀门的预设值，改变流量阻力，平衡液压系统，能够使散热器具有最佳性能，所有散热器都能接收所需的热水量。水力平衡预设的一些优点如下：

1. 水泵处，散热器阀和管道处的噪音会减少。

2. 没有极端的温差。所有房间室温均匀宜人。

3. 加热回路中的加热水的体积流量将下降，散热器和水泵可实现更高的效率。

供暖管道保温

供暖管道的良好隔热性，可以保障供暖的质量。我国目前的供暖管道的结构从内至外为供暖管道，防腐层，保温层，保护层与色漆。厚度普遍在25mm以上的无机保温层与聚氨酯泡沫保温层借助材料本身的物理性质来减少热量在运输过程中的散失。

早期施工单位多使用自然中的原材料或者天然矿物作为保温材料，后来随着科学技术的发展，施工单位则以人工生产的材料取代了早期的自然材料，如：珍珠岩、玻璃棉、蛭石等等。近些年来，各种高科技材料被研发出来，施工单位可以更有选择性地使用泡沫玻璃、聚苯乙烯泡沫塑料、泡沫石棉以及聚氨酯泡沫塑料等材料。

在选用保温材料时需要综合考虑供暖管道所处的具体工作环境，选材时应优先考虑热工性能，在满足热工性能的要求之后再考虑施工作业条件。例如，高温系统所使用的保暖材料应具有优秀的热稳定性能，振动管道则对材料的强度有极高的要求，在潮湿环境中布设的管道需要使用具有优秀吸湿性的材料，采取间歇运行模式的系统则对材料的热容量有着较高的要求。

供回水温度调节

然而温控阀在我国还没有完全普及（即个体调节还有待改善），这时回水温度调节就作为热水供热系统的初调节手段（集中调节）集中供热调节方法主要分为以下四种：

集中调节

集中调节是只改变供暖系统的供水温度，而用户的循环水量保持不变。由于 路供水温度随着室外温度升高而降低，采用集中质调节有利于提高热源的经济性，节约燃料，而且只调节水温，不必调节流量，操作简单，但在整个供暖期中消耗电能较多。

分阶段改变流量的质调节

分阶段改变流量的质调节是在供暖期中按室外温度高低分出几个阶段，在室外温度较低的阶段中，保持设计最大流量；在室外温度较高的阶段中，保持较小的流量。在每一阶段内， 路的循环水量是保持不变的，也是按改变 路的供水温度的质调节进行供热调节。分阶段改变流量的质调节，综合了质调节、量调节的优点，既能省电，又能避免热力工况失调。

间歇调节

间歇调节是当室外温度升高时，不改变 路的循环水量和供水温度，而只减少每天供暖小时数的调节方法。间歇调节可以在室外温度较高的供暖初期和末期，作为一种辅助的调节措施。当采用间歇调节时， 络的流量和供水温度保持不变， 路每天工作总时数随室外温度的升高而减少。

当采用间歇调节时，为使 路远端和近端的热用户通过热媒的小时数接近， 路循环水泵要继续运转一段时间，该时间相当于热媒从离热源最近的热用户流到最远热用户的时间。

质量-流量调节

质量—流量调节是同时改变供水温度和流量的供热调节方式。该调节方法主要用于间接连接系统， 路和用户的水力工况互不影响。这种调节方式与质调节相比， 路流量随供暖热负荷的减小而减少，可以大大节省循环水泵的电能消耗，节约了能源。但在系统中需设置变速循环水泵和配置相应的自控设施，才能达到满意的运行效果。

夜间降温

夜间降温也就是建筑物在夜间维持在一个相对白天更低的温度，公共建筑及大型写字楼会比居民建筑降低到更低的温度，因为晚间这些建筑的空置时间更久，这样也更加符合节能的要求。人们可以设定一个时间段，房间温度会在这个时间段内从设定的白天温度降低到夜间温度，晚上温度降低的程度取决于建筑物的隔热与储热能力，外部温度以及其他天气状况。同时也应该避免内壁温度降低到露点以下，从而防止霉菌的生成。在夜间降温中还需要额外的加热措施，使得房间温度可以很快达到白天的温度设定值。

夜间降温的示意图

参考资料

【1】 供暖管道及设备的保温与防腐措施

【2】 集中供热供回水温度调节技术探讨

栏目负责人 | 陈玉昇

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