既有公共建筑供暖系统节能改造的研究

席永刚 赵婷婷

摘要：本文对既有公共建筑供暖系统改造相关技术进行研究，分析了不同用途公共建筑供暖方式特点，探讨其热工特性，分析改造方案及改造后运行所达到的温控计量过程，主要对影响温控计量的因素进行了理论分析，最后对改造后的系统节能效果进行了分析。

关键词：公共建筑、供暖系统、温控计量

中图分类号： TE44 文献标识码： A 文章编号：

目前我国公共建筑采暖系统无有效的调控设备，由于采暖系统自身水力工况失调的原因，导致各用户冷热不均。一些用户的室温达不到设计标准要求，甚至还要辅助加热；而另一部分用户则室温过高，开窗通风，导致热量浪费。因此，为了国家的计量收费政策能够顺利实施，就必须解决好既有建筑采暖的供热计量问题。而完全废弃旧有的系统不但成本高，而且工程量也大。相对来说对原有供热采暖进行合理的改造就是最好的选择[1]。

当前国内学者对温控计量供热系统的研究较多，对于原有供热系统改造的研究中目前大都是针对住宅建筑，而对公共建筑的研究也只是定性浅显的分析。因此，对既有公共建筑供热采暖系统改造以实现分室控温，这一课题的研究成果具有十分广阔的应用前景。

公共建筑供暖系统特性分析

公共建筑从用途、规模和供热规律等方面都与住宅存在许多差别。首先从热计量方式上来说，公共建筑表现在用能单位所属关系相同。某些较大型公共建筑用户一般都隶属于一个单位或部门，这样只要在建筑物热力总入口安装热量总表，即能实现按用热量计量收费。其次其供暖时间集中，规律性强。绝大多数办公建筑的用热时间集中，除工作人员上班期间，供热系统仅维持在值班温度即可。可见原供暖系统一天中近2/3的时间供应的热量被浪费掉了。其次就是终端用热设施统一化程度高，各房间的用热设施安装结构基本相同，进行供热系统的改造相对较容易。最后建筑围护结构节能相对较好。

温控计量过程分析

温控计量供暖系统中热负荷是随着用户室温调节特性而变化的，表现为一定的阶段性、规律性。由于热用户调节特性和房间蓄热的差异，室温变化也不相同[1]。

我们将公共建筑的温度调节过程分为四个阶段：由值班温度到正常室温的升温阶段、维持正常室温阶段、由正常室温到值班温度的降温阶段、维持值班温度阶段。

升温阶段即是将室温从较低状态，迅速升高到期望的室内温度的阶段，这时供暖系统需要超量调节来满足迅速提高室温的需要。供暖设备的供暖量一般在整个升温期内是一个常量。

恒温阶段，当室温上升到用户需要的调节温度时，设备供热量如果保持不变，将导致室温温度持续升高，将不满足用户的热舒适要求，这时不需要原来那样多的热量，设备的供热量开始减少。这时的供热量除供给由于室内外温差引起的热量损失外，由于过程尚未稳定，还要供给补充内外维护结构及家具的蓄热。由于这部分蓄热量不断减小，供热量也不断减小，最后供热量只供给由于室内外温差引起的热损失。这正是传统的连续供暖时稳态计算所需的热负荷，此时散热设备的热负荷与建筑热负荷应该是相等的。

降温阶段，热用户由于晚上下班等原因需要降低室内温度以节能，通过温控阀将室内温度设定到较低温度（值班温度）。

在调节过程中，建筑物维护结构、设备、等的蓄热、放热，对室内温度和表面温度的波动起到调节作用。这种调节作用必然导致室内温度的变化相对于系统的供热量的变化有一定的时间延迟性，因此为了保证热用户在使用时房间温度处于要求的温度范围内，必须要考虑供暖系统预热期时间。预热时间的长短与很多因素有关，其中包括建筑物的蓄热性能、供热能力、室温波动范围以及气候条件的。而建筑物的蓄热特性也受到诸多因素的影响，主要包括以下几个方面：(1)蓄热材料的热物性，如材料的热容量、导热系统、厚度等；(2)蓄热墙体的结构、朝向、保温及其位置布置；

公共建筑供暖系统温控计量改造方案

按照原公共建筑功能及其采暖系统使用规律相近原则将公共建筑分了五类，并分别对其系统改造以及温控计量方式进行探讨[2] [3]。

旅馆类建筑 该类建筑与住宅建筑在运行方式方面有相近之处，每个房间都应该能满足由入住的人按照自己的需求进行调节控制。采暖运行方式不连续且无规律，需要满足区域性的独立调节。当有人员在室内的时候开启采暖，室内无人员时设置为值班采暖。原系统一般为垂直单管顺流式系统，适合改造成垂直双管或垂直单管跨越式系统，且在每个房间都安装温控阀；

办公类建筑 该类建筑中的办公建筑主要是工作人员办公的场所，办公楼的用热时间集中，规律性强，绝大多数工作人员统一上下班。且这类建筑原系统一般为垂直单管顺流式系统，适合改造成垂直单管跨越式系统，且将温控阀安装在垂直立管的顶端即可满足温控的要求，特别的对于办公类建筑中部分如会议室这样采暖运行不规律的房间，应独立设置温控阀。这类建筑的计量装备只需安装在整栋建筑的热力入口处即可。

商场类建筑 该类建筑有严格的营业时间，商场采暖运行方式同营业时间相一致，但由于商场的灯光和人员散热量较大，商场内区应在下午时刻采取值班供暖或是停止供暖来防止过热的情况出现。该类建筑采暖运行规律性强，但不连续，且调节时只需作出大范围的整体调节即可。原系统为垂直单管顺流式系统的适宜改造成垂直单管跨越式系统，温控阀的安装只需在垂直立管顶端安装，以便做出整体的温控调节。原系统为水平单管串联式系统的只需在每个串联入口处安装温控阀即可。这类建筑的计量装备只需安装在整栋建筑的热力入口处即可。

文体、交通类建筑 文体类建筑中主要包括影剧院和体育场馆等，该类建筑为空间较大层高相对较低的建筑，而且主体房间使用时间上无规律，采暖运行方式应考虑在房间使用时进行供暖，其余时间采用值班供暖。该类建筑采暖运行方式不连续且无规律，调节时作出大范围的整体调节亦能满足要求。交通类建筑主体建筑候车大厅、候机大厅均是高大空间类型，该类建筑采暖运行方式连续，采暖调节时，区域性调节浪费投资，只需整体调节就能达到要求。应注意的是当车站、机场旅客较多时，人员的负荷足够时应进行值班供暖。这类建筑适合改造成可温控水平单管串联式系统，对于高大空间温控我们只要求满足室内人员所处位置温度适宜即可，为了不浪费能源，尽量采用分区控温，在每个串联环路的入口安装温控阀即可，特别对于文体类建筑，由于使用间断性比较强，应在建筑热力入口处安装总温控阀，以便在长时期内不适用该建筑时进行整体调节。

结论

本文主要研究了既有公共建筑室内采暖系统特性，同时对供暖系统温控计量改造的相关技术进行了研究，得出以下结论：

1.对既有公共建筑采暖系统的改造，本着方便和经济的原则，且要充分考虑公共建筑的特点选用合理的改造方案。办公楼、商场类建筑原系统一般为垂直单管顺流式系统，且采暖具有一定规律性，适合改造成可温控垂直单管顺流式和垂直单管跨越式系统，温控阀安装在垂直立管的顶端即可，计量装置安装在建筑热力入口端即可满足计量要求；旅馆类建筑其采暖无规律性，且需要分室独立控温，适合改造成垂直双管或垂直单管跨越式系统，且在每个房间都安装温控阀；文体、交通类空间较大的建筑适合改造成可温控水平单管串联式系统，对于高大空间温控我们只要求满足室内人员所处位置温度适宜即可，为了不浪费能源，尽量采用分区控温，在每个串联环路的入口安装温控阀即可，特别对于文体类建筑，由于使用间断性比较强，应在建筑热力入口处安装总温控阀。

2.从散热器的工况分析研究，散热量对供水温度的变化很是敏感，对流量的变化则是随着其值的增大而逐渐减小。通过散热器的流量在一定范围内变化对散热量的影响较供水温度的影响小。同时，提高散热器的面积后，流量随负荷变化先减缓后增大，这对于调节是有利的，增大散热器面积，系统改造的投资增加，同时循环水量减少，使得运行费用降低。通过对改造后系统热负荷计算方法的分析，为了满足调节需求，设计时我们需要将负荷提高10-15%计算散热器面积或将散热器面积提高6-10%进行设计。

3.供热系统温控计量改造节能效益明显：一是通过温控阀利用太阳辐射、人体和室内电器散热、办公设备散热等自由热；二是用户可以根据需要调节室温，在办公室有人值班工作时进行供暖，晚上下班无人留守时调节室内温度，节约能源和热费。

参考文献

[1] 涂光备等编著. 供热计量技术[M]. 中国建筑工业出版社, 2003年

[2] 王东魁. 既有公共建筑采暖系统形式的改造研究. 哈尔滨工业大学硕士论文. 2009年: 32～35

[3] 廖友才.既有公共建筑供暖温控计量节能改造研究. 哈尔滨工业大学硕士论文. 2009年: 44～46

[4] 徐伟, 邹瑜主编. 供暖系统温控与热计量技术[M]. 中国计划出版社, 2000年11月