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建筑供暖的溫度控制與節能

10-04 19:37:37  瀏覽次數:327次  欄目:暖通空調
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  簡介:認為應根據建筑的使用情況進行室溫調節,既可以減少能耗,又利于節能,提出了室溫調節的方法和措施。

  關鍵字:建筑供暖 能耗節能 室溫調節

  供暖建筑的室內溫度是根據熱舒適性、經濟性、生產工藝等因素確定的,各類不同的建筑都規定了相應的室內溫度,一般民用建筑的主要房間,其室內溫度在16-20 ℃之間。當室內溫度低于規定的溫度時,不能滿足熱舒適性、生產工藝等方面的要求;當高于規定的溫度時,熱舒適性提高了,但耗熱量增大,不利于建筑節能。因此,供暖建筑的室內溫度是評價供暖品質和節能的重要參數。

  建筑供暖是為了滿足人、生產及其它特殊的需要,當人們在室內工作、生活時,需要保持穩定、舒適的室內溫度;當人們停止了工作,人去樓空時,應將室內溫度降低至最低水平,即值班溫度。因此,建筑供暖的室內溫度應根據建筑的使用情況,進行隨機調節,有利于建筑的節能。

  1、室溫調節的原理在通常的供暖情況下,不論房間是否有人,室溫都保持規定的溫度tn,房間內墻、地板、設備的溫度也為tn,與室內空氣不進行熱交換,房間通過外墻向室外的傳熱量為Qw,散熱器的散熱量為Qs,近似認為二者相同。

  Qw=Qs=K(tn-tw)F       (1)

  式中K為外墻傳熱系數,F為外墻傳熱面積,tw為室外計算溫度。

  當房間無人時,進行室溫調節供暖,將室內溫度tn降至值班溫度tz,近似認為室溫瞬間由tn降至tz.由于墻體的熱惰性,內墻溫度不可能在瞬間由tn降至tz,需要經歷一個降溫期。設所需時間為h,例如:240 mm磚墻,當兩側空氣溫度從18 ℃降至10 ℃時,墻中心溫度需要經過58 h才能從18 ℃降至10 ℃。在降溫期,外墻的傳熱量為Qw1,散熱器的散熱量為Qs1,內墻向室內放熱,傳熱量為Qn.

  Qw1=Qs1+Qn=K(tz-tw)F    (2)

  經過降溫期后,室內空氣溫度與內墻、地板、設備的溫度趨向一致,達到值班溫度tz,停止了熱交換,進入值班期,設值班期經歷的時間為Δh,此時,外墻的傳熱量為Qw2,散熱器的散熱量為Qs2,二者應相等。

  當房間有人時,室內升溫過程與上述過程類似。此時,外墻的傳熱量為Qw3,散熱器的散熱量為Qs3,內墻的吸熱量為Qn.

  Qw3=Qs3-Qn=K(tn-tw)F  (3)

  這樣,經過降溫期、值班期、預熱期所需的時間為(2h+Δh),消耗的熱能為:

  K(tz-tw)FΔh           (4)

  而采用恒溫供暖時,經過(2h+Δh)消耗的熱能為:

  Ew=K(tn-tw)F(2h+Δh)

  =2K(tn-tw)Fh+

  K(tn-tw)FΔh             (5)

  因為tn>tz,tn>(tn+tz)/2,E<Ew,因此,調節室溫的供暖方式是節能的,當tz越小、Δh越大,節能效果越顯著。

  降溫期、預熱期所需的時間h取決于內墻的熱物理特性,墻體的導熱性能越差,h越大。由于房間內墻、地板、設備的h值不同,計算較為困難。在實際的調節過程中,可采用如下方法,例如辦公樓,使用時間為18:00-8:00,共14 h,由于240 mm磚墻從18 ℃降至10 ℃時,需要經過58 h,而14 h是不能夠滿足需要的,為此,降溫和預熱時間h各取使用間隔時間的一半,即7 h,從18:00-1:00為降溫期,從1:00-8:00為預熱期,中間無值班期。當經過7 h的降溫后,內墻的溫度也許達不到值班溫度,再經過7 h的預熱后,內墻的溫度將恢復到原來的室內溫度。因此,只要預熱時間≥降溫時間,室內溫度能夠恢復到原來的溫度。

  以上室溫調節過程需要經歷一個預熱期,如果縮短預熱期(預熱時間小于降溫時間),或者取消預熱期,要將室內溫度很快恢復到使用溫度,必須增加供熱負荷,例如:提高熱媒的溫度和流量,或者在設計供暖系統時,放大管徑、增大散熱器的面積。雖然增加了供熱負荷,但縮短了預熱期,仍具有節能效果。其缺點是:設備的初投資增加;由于室內溫度不能快速恢復到使用溫度,人們進入房間后的短時間內會有冷的感覺。

  2、室溫調節的方法

  2.1 調節熱媒的溫度

  保持熱媒的流量G不變,調節鍋爐或者換熱器的熱媒出口溫度。即

  例如:當tn=18 ℃,tz=10 ℃,tw=-9 ℃時

  式中c為水的比熱容。

  降低熱媒溫度,使供回水溫差較原來降低30%,即可將室內溫度降至10 ℃。

  2.2 調節熱媒的流量

  保持熱媒的供回水溫差不變,調節熱媒的流量,即:

  式中Gn,Gz分別為調節前、后熱媒的流量。

  例如:當tn=18 ℃,tz=5 ℃, tw=-9 ℃時

  減少熱媒流量48%,即可將室內溫度降至5 ℃。

  通過調節鍋爐房、單體建筑供暖干管入口處的供暖系統閥門,可以調節整個供暖小區、單體建筑內所有房間的溫度,但由于使用規律不同,在夜間及節假日不使用的建筑物中,尚有些房間需要使用,采用系統調節時,不能滿足這些房間的溫度要求,使用電暖器也很不方便,對此可利用恒溫閥解決。

  在供暖系統的所有散熱器上裝恒溫閥(單管系統應設旁通管),下班時,將溫度調至值班溫度,而供暖系統的熱媒溫度保持不變,流量可適當減小,這樣,當個別房間需要使用時,仍可滿足其溫度要求。

  還有一種方法是在散熱器上安裝電磁閥。這種電磁閥有兩種狀態,一種是全開狀態,此時不限制熱媒的流量,室溫達到使用溫度;另一種狀態為半開狀態,此時限制熱媒的流量,室溫降至值班溫度。電磁閥的開關設在辦公樓的走廊中,如果人們下班后忘記操作,值班人員可檢查一遍,使電磁閥處于半開狀態,室溫降至值班溫度。這種電磁閥有兩種形式,一種是直通閥,用于雙管供暖系統;另一種是三通閥,用于單管供暖系統。

  3、結語

  調節室溫的供暖方式適用于間歇使用的建筑,如辦公樓、禮堂,而不適用于連續使用的建筑,如醫院病房。當建筑物的每個房間使用規律相同時,可調節供暖系統的熱媒溫度和流量;否則,可設恒溫閥或電磁閥,以滿足個別房間的特殊需求。

  應根據建筑的類型及其供暖設備的情況,確定適宜的值班溫度,盡量保持較低的值班溫度,但不宜低于 5 ℃,以防止建筑發生凍害。

  當建筑的使用時間小于降溫和預熱時間之和時,在調溫過程中,不存在值班期,降溫和預熱時間應相同,各取使用時間的一半,預熱時間不能小于降溫時間,否則,內墻溫度低于室內空氣溫度,達不到應有的供暖效果。

  值班期的時間取決于建筑的類型,對于一些不經常使用的建筑,如禮堂、體育館,其使用間隔較長,更適合于調溫供暖。

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