迎接量子时代采暖智能化设计

张立阳

【摘要】本文针对国民冬季采暖舒适度要求的提高，从健康、节能、科技出发，应用现代技术通过集成智能化设计，对人居空间环境温度选取，确保有一个较好的人居空间生活环境。

【关键词】量子技术；互联网+ 温控阀；预计平均热感觉指数（PMV）

Meeting the Intelligent Design of Heating in Quantum

Zhang Li-yang，Li Wen-xi

（Shaanxi Chenguang Architectural Design & Research Co.， LtdXi'anShanxi710000）

【Abstract】In this paper， the improvement of the comfort requirements of the national winter， from the health， energy saving， science and technology， the application of modern technology through the integration of intelligent design， the humanoid space ambient temperature selection to ensure a better living space living environment.

【Key words】Quantum technology；Internet + temperature control valve；Expected average thermal sensory index （PMV）

1. 前言

（1）中国国家十三五计划已开始执行，其中要求到2020年实现量子5G通讯。这一重大科学技术的创新，将改革我国各行业技术装备，势必也将推动我国人居空间环境智能化设计改革与创新。暖气片、空调、地板辐射采暖等采暖传统器物。伴随着国民经济的量子时代的来临，采暖行业也将空前飞跃。寒冷的冬季，人们追求室内舒适的要求也将不断更新提高。

（2）人体对温度等的感觉，可以用“预计平均热感觉指数（PMV）”来解释。PMV可通过估算人体活动的代谢率及服装的隔热值获得。同时还与空气温度、平均辐射温度、温度梯度、空气流速及空气湿度等环境参数密切相关。首先通过建模计算，改变室内温度的方法，比较分析室内设计温度对热舒适的影响。

2. 地板辐射采暖地表面平均温度计算：

（1）现以西安市某小高层住宅楼5层北书房为例，建模进行设计计算。此书房几何尺寸为3.6m×3.3m×3m，北外墙3.3m×3m，北外窗1.5m×1.8m，窗墙比0.3。其他面均为内墙，仅南内墙（3.3m×3m）与楼梯间相邻，相邻房间均采暖。围护结构热工设计符合规范限值。住宅露点温度td（℃）按相对湿度60%选取。加热盘管供水45℃回水35℃，平均水温40℃，地砖面层PE-X加热管敷设等。

（2）规范规定“地板辐射采暖地表面平均温度：人员经常停留的地面，宜采用的平均温度为25℃～27℃，平均温度上线值为29℃。”

（3）地表面平均温度计算公式：tpj=tn+9.82×（q/100）0.969

（4）当室内计算温度tn=18℃，加热盘管供水45℃回水35℃，平均水温40℃，地砖面层PE-X加热管敷设，盘管间距300mm时，查JGJ142-2012表B.1.1-1代入上式得：

tpj=18+9.82×（96.2/100）0.969=27.46℃

（5）大量工程设计经验表明，住宅主要房间盘管间距常选取200mm～300mm。同理可计算出不同室内设计温度下，盘管供回水平均水温不同时，各盘管间距对应的地表面平均温度列表如表1：

（6）从上表中可以看出：盘管供回水平均水温45℃时，只有室内设计温度16℃，盘管间距300mm时，地表面平均温度28.53℃符合规范要求上限值。盘管供回水平均水温40℃时，室内设计温度应低于20℃。盘管供回水平均水温35℃时，室内设计温度16℃～24℃，地表平均温度均可满足规范要求限值。然而，根据我国生活习惯，地表面平均温度上限值规定为29℃。目前冬季地板辐射采暖的房间室内温度大都在20℃以上，大都采用加热盘管供水50℃回水40℃，平均水温45℃，地砖面层PE-X加热管敷设。和上表对照比较，自然可以理解地板采暖热传导不均匀性影响脚心。使人们有受热不均之感，这是目前传统采暖设计无法解决的技术问题。

3. 平均辐射温度tr和作用温度to计算：

3.1在辐射采暖工程设计中，可近似地认为平均辐射温度tr等于房间围护结构表面的面積加权平均温度：tr=（A1t1+ A2t2+…+ Antn）/（A1+ A2+…+ An）

3.2当室内空气流速υ﹤0.2m/s时，tr和室内空气温度的差异小于4℃时，可近似地认为作用温度等于室内空气温度和平均辐射温度的平均值：to=1/2×（tn+tr）。

（1）地板辐射采暖：室内计算温度tn=18℃，室外温度tw=-3.4℃，加热盘管供水45℃回水35℃，平均水温40℃，地砖面层PE-X加热管敷设，盘管间距300mm时：

tr=（14.95×3.3×3+15.79×3.3×3+18×3.6×3×2+20.30×3.6×3.3+27.46×3.6×3.3）/（3.3×3×2+3.6×3×2+ 3.6×3.3×2）=19.34℃

to=1/2×（18+19.34）=18.67℃

（2）暖气片采暖：室内计算温度tn=18℃，室外温度tw=-3.4℃时：

tr=（14.95×3.3×3+15.79×3.3×3+18×3.6×3×2+18×3.6×3.3+18×3.6×3.3）/（3.3×3×2+3.6×3×2+ 3.6×3.3×2）=17.2℃

to=1/2×（18+17.2）= 17.6℃

3.3从上面计算可以看出：室内计算温度tn=18℃，室外温度tw=-3.4℃时，地板辐射采暖平均辐射温度tr=19.34℃比暖气片采暖平均辐射温度tr=17.2℃温度高2.1℃；地板辐射采暖作用温度to=18.67℃比暖气片采暖作用温度to=17.6℃温度高1.07℃。同理：室内外温度参数不同时，按上面公式计算可得（见表2）：

3.4计算结果符合地板辐射采暖平均辐射温度tr比暖气片采暖平均辐射温度tr温度高2℃左右。查资料得国内外大量实验研究证实：人体的舒适度受辐射影响很大，在相同舒适条件下的室内温度可比对流采暖时的室内温度低2℃。符合规范“全面辐射采暖室内设计温度可降低2℃。”所以，室内温度相同，暖气片采暖的房间感觉没有地板辐射采暖的房间暖和舒服。

3.5作用温度to（℃）是平均辐射温度与环境温度的加权平均值。为了保持人体的舒适感，必须使室内温度和辐射强度逐步保持在一定的比例范围之内。在辐射采暖环境中，由于热辐射的结果，室内诸表面有较高的表面温度，因此，人体的辐射散热大大减小，人的实际感觉比相同室内温度对流采暖时舒适得多。

4. 智能化发展前景：

量子时代采暖设计智能化已有一定的技术基础。其一，我国计算机已进入云计算的时代。在中国有世界顶尖的云计算电脑的城市，已有江苏省无锡市、安徽合肥已安装。在我国华北、西北地区还将各有一台。其二，世界首颗中国量子卫星已升空运行，将改变世界各国目前电子通讯卫星传输技术装备。其三，国家决定通讯升级的5G技术将在2020年前进入市场。我国这三项先进技术装备，通过集成化建筑工程设计手段促使我们叫了三十年的建筑智能化才成为可能。因此，人居空间的采暖设计智能化也就变成实现的可能。可喜的是现行采暖器材行业出现的各种创新产品，将为我们迈进量子时代采暖智能化设计打下了一定的技术和装备基础。

4.1散热器温控阀是安装在散热器上的自动控制阀门。见暖气片温控阀安装图1。散热器恒温阀是无需外加能量即可工作的比例式调节控制阀，它通过改变采暖热水流量来调节、控制室内温度，是一种经济节能产品。其控制元件是一个温包，内充感温物质，当室温升高时，温包膨胀使阀门关小，减少散热器热水供应，当室温下降时过程相反，这样就能达到控制温度的目的。散热器温控阀还可以调节设定温度，并可按设定要求自动控制和调节散热器的热水供应量。公称压力：1MPa 最大压差：0.1MP。温度调节范围：8～28℃。

图1暖气片温控阀安装

4.2远控型暖气片温控阀，有暖气罩的暖气片温控使用。见电子温控器产品图2。

图2电子温控器产品

图3地板温控器产品图

4.3热水地板辐射采暖电子温控器控制型。

（1）这种方法是采用在每个屋内安装一个电子温控器来对温度进行调节控制。见地板温控器产品图3。将温控器通过线路（或无线电发射接收器）和安装在分集水器上的电热执行器连接，当屋内的温度达到电子温控器设定的温度时，电子温控器会发出指令，通过线路给安装在分集水器上的电热执行器供电，使电热执行器内的加热片加热，促使内装的石蜡温包膨胀推动分集水器上的阀杆，关断相应供水管的阀门。反之，房间温度未达到电子温控器设定的温度时，电子温控器不会发出任何指令，阀门处于常开的供水状态，从而达到控制温度的效果。

（2）其实，这些温控设备，略加创新。不论地板采暖装置、暖气片采暖装置、还是风机盘管或暖风机采暖装置，都可以在进房间总管道上安装电动阀。通过室内温度和设定的温度对比，电子温控器会发出指令，通过线路供电使电动阀调节流量或启停。

地板温控器产品图3。

4.4温控阀作用。

（1）调节温度。

温控阀可以控制热水进入管道的多少，热水流量多温度就高，流量少温度就低，从而控制温度。

（2）分室采暖。

温控阀可以自由调节热水流量大小，当一个房间长期无人，用户可以关闭所在房间温控阀，可以起到分室采暖的作用。

（3）平衡水压。

目前我国的温控装置，已经不再满足于简单的温控功能，更注重整体采暖系统的流量平衡，从而平衡水压，为用户提供更加舒适的生活环境。

（4）节省能源。

用户可根据对室温高低的要求，利用温控阀调节并设定温度。这样就确保了个房间的室温恒定，避免了管道水量不平衡以及单管系统上下层室温不均匀的问题。同时，通过恒温控制、经济运行等作用可以既提高室内热环境舒适度，又实现节能。

5. 展望：

5.1人居空间环境室内温度不可以太高，暖气片采暖可控制在16℃～18℃不仅节能而且健康。全面辐射采暖室内设计温度可降低2℃。

5.2随着室外温度的降低，平均辐射温度tr和作用温度to都有所降低；同样在室外温度上升时，平均辐射温度tr和作用温度to都有所上升，但是上升或下降幅度不大，在0.5℃以内，对人体热舒适度影响不大。

5.3追求更高的舒适度，充分利用现代高科技为人们生活工作服务。可以将每个屋内安装的电子温控器（指针型或数字显示型）通过有线（wifi无线路由器等）与互联网连接，布置监控器，安装故障报警及故障分析系统，异地远程对温度进行可视化调节控制室温。对故障及早发现并立即报警，可远程调控排除的故障及时解决；热水泡冒滴漏等必须现场解决的故障，尽快赶赴现场解决，减少不必要的损失。

5.4例如：（1）可设置时钟温控：8：00～18：00室温控制在15℃，18：00～第二天8：00室温控制在18℃。（2）早上上班后通过互联网控制卧室温度15℃，下午下班前半小时通过互联网控制臥室温度18℃，回到家时房间温度升高到设定温度。（3）温度控制可调，根据自身热舒适度要求16℃、17.5℃、18℃、19.7℃、20.6℃等线性可视化调节。（4）出差时可异地远程设置室温10℃、12℃、15℃等，因各家各户情况随意随时设置室温或关闭采暖系统。不仅满足生活舒适安全，而且节能降耗。

随着采暖行业的发展，人们对室内环境的温湿度，新风，室内空气品质等都会有更舒适的要求。充分利用互联网+与建筑工程集成化设计的传输控制能力，通过联动集成使用电动控制设备运营，实现4.0工业条件下的建筑工程智能化设计。

参考文献

[1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012.

[2]《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012.

[3]《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010.

[4]《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001.

[5]《中等热环境 PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》GB/T18049.

[6]《实用供热空调设计手册》（第二版）中国建筑工业出版社.