开展终端采暖设备开发和性能研究的必要性

刘相栋 ，武 伟 ，颜 喆,刘 丹

(1. 临沂大学建筑学院，山东临沂 276005; 2. 临沂天元建筑设计院, 山东临沂 276000)

·建筑设备与建筑材料·

开展终端采暖设备开发和性能研究的必要性

刘相栋1，武 伟2，颜 喆1,刘 丹1

(1. 临沂大学建筑学院，山东临沂 276005; 2. 临沂天元建筑设计院, 山东临沂 276000)

通过对国内外散热器研究现状的介绍和分析，结合建筑节能的迫切要求，分析了采暖散热器高耗能的原因，针对目前盲目增加散热器数量等问题，提出了研究和开发高性能采暖终端设备的必要性。

散热器; 终端采暖设备; 集中供暖; 热量调节

1 国外散热器的研究现状

国外散热器使用已有久远的历史，英、美等国家由于工业革命较早，散热器生产水平一直处于世界领先地位[1]。早在二十世纪五、六十年代，外形美观、性能优越的钢制散热器就得到了比较普遍的应用[2]。国外对散热器的研究起步也较早，早在二十世纪初，美、英、苏等发达国家就有一批学者积极从事于这一领域的研究并取得了一些成果[3]。

国外虽然在热量计量和温度控制方面研究很早，但是进行设计热负荷计算研究时并未考虑户间传热的问题，其原因有三点：一是国外建筑物的围护结构保温性能较好，传热系数比国内建筑物低得多[4]。并且由于采暖房间与不采暖房间的温差很小，例如芬兰温差达不到5℃，基本不考虑户间热负荷。二是该地区的人均收入较高，采暖费只占人们收入的很少一部分，人们仅仅考虑到室内升温的延时和追求舒适，虽然人们有节能意识，但每天室内温度不会调得很低。三是有些国家采暖季室外温度并不低，如波兰最冷月平均气温为-1℃～-5℃，丹麦1月平均气温0℃左右，在提倡供热计量时也没有研究户间传热这一问题[5]。

2 国内散热器的研究现状

我国是一个采暖散热器生产、使用和出口大国[6]。采暖散热器在我国已有近百年的使用历史，过去很长一段时期是以灰铸铁散热器为主。随着我国人民生活水平的稳步提高和城市化建设步伐的加快，建筑业在国民经济中的重要性日益凸显，而其对新型采暖设备的需求量也呈全面迅猛增长的态势。虽然近年来，电热采暖、地热采暖悄然进入寻常百姓家，但以采暖散热器(热媒为水)进行采暖仍是我国最为普遍使用的冬季采暖方式，目前我国采暖散热器市场规模大约在80亿元/年(约合3亿片铸铁四柱760)。因此，适合热水采暖使用的散热器仍是行业研究的重点。从采暖的角度出发，散热器是采暖系统的末端装置，承担着将热媒携带的热量传输给室内的任务。

3 开展终端采暖设备开发和性能研究的必要性

3.1 性能高效的终端采暖设备开发势在必行

从以上分析可以看出，在供热过程中要达到舒适节能的效果，必须从建筑物的围护结构和供热系统的各个环节着手，进行彻底的改造，只单纯从围护结构节能或只单纯从供热系统节能都是不可行的。实际上，围护结构的节能只是为建筑节能创造了条件，而采暖系统的节能才是落实节能的关键。以北京为例，开展建筑节能工作十多年，已建成了为数不少的节能建筑，但采暖耗煤量指标却没有明显下降，其关键的原因就是供热系统的节能未能和围护结构的节能同步实施。尽管围护结构的保温性能有所提高，但采暖系统基本没有变化，缺少必要的控制调节手段，因而出现住宅室温有所提高甚至过热的情况，耗煤量并未有明显下降，形成了“节能建筑不节能”的被动局面。

采暖能耗偏高的主要原因之一是各房间的散热器面积与房间的热负荷之比不完全一致。据统计，当满足最冷房间温度不低于16℃要求时，由于部分区域的过热导致的多供出热量为总供热量的20 %～30 %。在传统的设计观念中，由于担心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，导致冬天室温过高，既造成了能源浪费，又难于调节温度。

3.2 盲目增加散热器片数的缺点

盲目增加散热器片数容易导致实际散热面积增大，上层散热器放热高，出水温度降低。这样必然导致下层的供回水温差小于设计值或理想值，即实际供水温度降低，回水温度高，这样势必造成垂直失调现象。在由传统供热方式向实施计量收费方式转变的过程，无论是设计者，还是供热公司都必须注意到这不仅只是收费体制的改革，还是对传统的设计观念及运行模式的一个挑战。实行分户计量后，由于供热已成为商品，不同的用户对室内温度要求也不同，因此室内设计温度和温度条件应能满足可预计的室温调节范围。随着分户计量而突出的户间传热问题是当前研究的热点之一，成为当前研究的一个重要课题。

3.3 基于温度调节变流量散热器——终端机开发的必要性

在城市集中供暖环境下，热电厂(站)经城市管网、分换热站、及至各个小区、楼层、分户室，其使用条件复杂多变，但普遍存在供热太慢、供热不均、供热太冷、供热太热等问题，给广大用户造成各种不便和抱怨。同时北方城镇的集中供暖长期以来实行国家福利补贴，收费方式是按建筑面积收费，这种不管采暖量的多少都一刀切的收费方式本来就极不合理，关键还无法调动采暖用户的节能意识，造成巨大能源浪费。

供热用户实现供热计量收费以后，必须要有相应的热量可调节手段，否则不能实现真正的节能。目前实现用户热量可调节的技术主要是在用户室内的各散热器支管上安装自力式温度调节阀，用户可根据个人生活习惯及经济条件在调节阀上设定所需温度。温控阀主要有双通阀和三通阀两种方式。当采用双通阀后，室内供热系统就成为了变流量系统。供热系统采用量调节运行是最具节能潜力的方式，传统的供热系统仅在热源处或热力站处进行集中调节，只能满足用户的平均水平，而无法避免各个用户间可能出现的水力失调或热力失调，使得量调节方式一直无法得到广泛的应用。所以，国家要求推广的“热计量改革”到现在一直都进展不大。截至2011年7月底，整个北方采暖地区已完成的既有居住建筑“供热计量及节能改造”的面积仅为1.2×108m2。清华大学建筑设计节能研究中心科学院院士江亿认为，集中供暖系统中至少17 %～33 %的总热量是由于过量供热浪费的，近十年的“热改”之所以没有进展也没有太大的成效，原因就是现采暖终端设备——暖气片不能有效地调控室内温度。只有当用户的末端设备具有有效的、可操作的室温调节手段时(自由设定用户自己认为舒适的温度并可分户、分室调节)，才能彻底消除过量供热损失或将损失降到3 %以下。

4 结论

北方采暖系统的节能改造问题的焦点主要集中到了暖气片的“落后和局限”上，它既不能满足人们日益增长的采暖品质化需求，也阻碍国家节能改造的推广。可见，努力开发出一种节能、高效的智能化采暖设备来取代暖气片已是刻不容缓的当务之急。

(感谢刘丹老师对本文的指导)

[1] Kowalski,J. Triple Objective Optimum Design of a Two-column Radiator of Central Heating. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2013(5): 401-409.

[2] Hirayama,Y.,Batty, W.J. Dehumidifying Chilled Radiator System for Hot and Humid Climates. Energy and Buildings. 2009(2): 203-210.

[3] Kang,T-W,Chung,Y-C,Won,S-H,Kim,H-T. Interlaboratory Comparison of Radiated Emission Measurements Using a Spherical Dipole Radiator. IEE Proceedings. Science, Measurement and Technology. 2011,7(1):67-73.

[4] The Architecture Institute of Japan (AII). Archi-tecture for a Sustainable Future. Japan ： The Institute for Building Environment and Energy Conservation (IBEC). 2014.

[5] 于谨, 方修睦. 欧洲采暖热计量评述[J]. 节能, 2005(5):54-56.

[6] 胡必俊. 关于供暖散热器的一些热点问题[J]. 行业综述, 2005(6):56-60.

刘相栋(1992～)，男，本科；武伟，男，本科；颜喆(1993～)，女，本科。

TU832.1+2

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[定稿日期]2015-06-17