新型供暖终端等流程暖气终端机设计及优化

2014-09-04侯平芹姚文坤孟菲菲

四川建筑 2014年6期

侯平芹，刘丹，姚文坤，孟菲菲

(临沂大学建筑学院，山东临沂276005)

当前的供暖主要有集中供暖和分散供暖两种方式。至2010年，我国供暖建筑总面积超过100×108m2，供暖总能耗为每年1.56×108tce，其中有70 %的建筑采用集中供热方式，其余为分散供暖[1]。

集中供热模式下的散热器以自然对流为主要换热方式，一方面对室温的提升相对较慢而又无法实现室温的个性化调节，另一方面又存在供热不均及供热过量现象。造成过量供热的主要原因有：(1)由于温度调节困难，为了保证部分偏凉的房间不冷，只好加大供热量，导致多数房间(或建筑)过量供热；(2)气候转暖，不能对供热系统及时调节，室温过高而通过开窗散热，使热量白白散失[2]。在传统的设计观念中，由于害怕房间供热不足而盲目增加散热器片数，使散热器安装面积过大。根据实测和计算分析，目前集中供热系统中有17 %～33 %的总热量是由于过量供热而造成浪费[3]，而分散供暖中的空调供暖又消耗了大量的电能。

为解决上述问题，配合目前积极推进的热计量改革，吸纳散热器和空调的优点，采用强制对流的“暖气终端机”作为集中供暖的末端设备，可自由关启和调控温度，升温速度快，高效、节能、舒适，满足人们对室温的差异性需求，从而在供暖方面实现建筑节能。

1 暖气终端机设计

1.1 设计思路

通过对集中供暖模式下散热器及水冷空调等空气调节机的分析，结合散热器、换热器与空调的工作原理，使用空调的外壳，内设以联箱相连的一组铜制等流程盘管制成暖气终端机，作为集中供暖的终端设备，与集中供暖的进出水管道组成一个供热平台，以热源提供的热水为介质，通过风机使室内空气强制对流实现热交换效果，并通过遥控操作实现间歇性空气调节与集中或分户采暖。

1.2 建立数学模型

暖气终端机的散热量：

Q1=εWmin(tg-tn)

(1)

(2)

ω=KF/Wmin

(3)

式中：Wmin为散热器两侧流体的流体当量最小值，对于室内散热器，为散热器中热流体的流量当量，W/K；tg、tn分别为散热器入口温度与室内温度，℃；ε为有效系数；u为混合系数，取决于管网与建筑用户的连接方式，简单直接连接时，u=0,则ε=1/(0.5+1/ω)；ω为散热器工况系数；K为散热器总传热系数，W/(m2·K)；F为散热器传热面积，m2。

建筑物采暖热负荷：Q2=qv·V(tn-tw)

(4)

式中：qv为建筑物体积热指标，W/(m3·K)；V为建筑物体积，m3；tw为室外温度，℃。

根据热平衡原理Q1=Q2，可得

(5)

(6)

1.3 暖气终端机试制

等流程盘管采用多分路且进水至出水的管道距离完全相等的设计，可使盘管管道内单位路径的水流流程(包括压力、温度、流量)保持相等或平衡，其水流阻力是U形盘管的1/20，并通过科学的排气系统设计，有效地排除了高温热水流动时因水流富含空气气泡造成的局部管路堵塞问题，使流于盘管内的水达到最佳的流动速度，且单位面积热交换效果保持相等或平衡。

暖气终端机采用铜管铝翅强制对流型散热器设计，有效地解决了水流路径不等、水流不均匀、水流不畅(气泡阻碍)、水流压差(回流)、水流杂质结垢造成的热交换效果效率低下等问题，并使用空调静音风机系统实现散热器的强制对流散热，彻底提高了蒸发器单位面积的换热效率和换热效果，使得空调技术应用于集中采暖供热系统。

2 暖气终端机性能优化

试制过程中出现的个别问题并进一步提高暖气终端机的性能，对其进行了性能优化。试制时在焊接联箱的过程中，距联箱近的铝翅片个别受热熔化变形，为此主要构件选用高强度、耐高温、抗腐蚀的LFT复合材料，解决了铝翅片受热变形的问题。

利用微电脑控制技术建立暖气终端机的可视化智能控制系统，对于开关机和供暖温度调节可实现遥控器操作，并可在线监测室温，红外感知室内人员有无情况，自动开关机。实现供暖末端的有效调节及运行过程的全动态最优化控制。在寒冷季节机器闲置不用时，能保持系统正常工作，实现防冻功能，使机器不受低温冰冻的影响，随时可以正常使用。

3 结论及展望

经过一个采暖期的运行，以暖气终端机作为集中供暖的终端设备，室温提升速度快，强制对流使得室温均衡。可视化的操作系统更加方便快捷，在同一住宅楼取朝向相同，尺寸均为4.5 m×3.6 m×2.7 m的三个房间内分别取四个监测点进行测试，测试数据如表1及图1。由测试数据可知，暖气终端机达到设计温度的时间较空调及地板辐射采暖所用时间短。