自动调节对供暖系统及建筑节能影响的探讨.doc

1、1自动调节对供暖系统及建筑节能影响的探讨摘要: 随着我国社会不断发展，我国逐渐发展为一个建筑大国，同时又是一个耗能大国，建筑能耗过高成为制约国民经济的一大因素。一般来说对于整个供热系统，尽可能地节能是非常重要的，而供暖系统的自动调节作为供暖节能的主要技术措施。供暖系统的自动调节大面积推广应用对我国暖通专业人员是一个全新的课题，它从设计、安装到运行管理都有别于传统的供暖控制系统，本文将从温度自动控制，管网水力平衡调节，热计量三个方面阐述自动化控制在供热系统中对能耗影响的大小。 关键词：供热节能，节能技术，供热控制 Pick to: along with the social developmen

2、t, our country gradually evolved into a big building and, at the same time, a high energy consumption country, building energy consumption constraints become one of the main factors of the national economy. Generally speaking to the heating system, energy saving as much as possible is very important

3、, and automatic adjustment of the heating system as heating energy saving of the main technical measures. Heating system automatic adjustment of the wide application to our country hvac professionals is a new subject, it from the design, 2installation to operation management are different from the t

4、raditional heating control system, this paper from the automatic temperature control, hydraulic balance adjustment, thermal measurement three aspects automation control in the heating system of the energy consumption of the size of the effect. Keywords: heating energy saving, energy saving technolog

5、y, heating control 中图分类号： TU833 文献标识码： A 文章编号： 绪论: 目前我国已成为仅次于美国的世界第二大能源消耗国，能源消耗高、浪费大、环境污染严重等问题依然存在。随着经济的快速增长和人口的不断增加，能源不足已成为制约我国社会不断增长的瓶颈，而建筑能耗占到社会总能耗一半左右，且我国每年建成房屋的 95以上属高耗能建筑1 2，这表明我国的节约潜力巨大，将节约潜力挖掘出来，就能为社会增加大量的财富。因此积极创建节能建筑和发展节能技术已经势在必行。我国大部分建筑供热系统能耗较高，特别是北方寒冷地区居住建筑的采暖能耗是中国建筑能耗份额中最重的部分，建筑节能工作重点围绕

6、降低采暖能耗展开，例如加强围护结构的保温隔热以减少能耗量，改善供热系统以提高能源利用效率，同时大力发展清洁可再生能源在暖通系统的应用。但是经验告诉我们，依靠提高建筑维护结构隔热性能和密封性能的节能效果是有极限的，而怎样高效利用现有的能源为建3筑提供能源，而不浪费成为目前最直接减少建筑能耗的技术之一。 民用建筑节能设计标准提出新建住宅的采暖能耗在原有的基础上降低 50%，其中供热系统的节能率应达到 23.6%的要求3，因此加强对供热系统的控制，对节约能源有着十分重要的意义。本文主要从供暖控制的三个方面来论述各种自动控制的对节能效果的影响大小，以便对降低建筑能耗，提高能源利用率有所帮助。 一、供暖

7、系统的调节 供暖系统调节目的是保证室内温度达到人们在房间内的舒适，并最大程度地实现节能。控制供暖系统可以用室内温度控制器直接控制燃烧机、采暖循环泵或三通混水阀；在集中采暖中由于一个房间的温度并不能代表整座建筑物对系统的功率需求，所以人们一般采用根据室外温度确定采暖系统供水系统温度，调节系统的输出功率；另外可以采用在散热器上安装温控阀来调节水流量，来自动保证室内温度恒定做为中央调节的补充。 1、室内温度控制调节 室内温度控制的原理是室内温度传感器检测室内温度，并将得到的检测结果传送给控制器，控制器将测量温度与设定温度（18）比较，根据差值控制器将指令下达给燃烧机、采暖循环泵或三通混水阀。室内温度

8、控制还应在不需要供暖的时间段内，减少或停止供暖，例如办公楼需要设定工作日和周末不同的控制模式，达到可编程的控制程度。 （1）室内温度控制的类型及原理 使用室内温度控制器控制锅炉燃烧机，技术上室内温度控制器温度4开关和锅炉温度开关串联连接，让锅炉出水温度和室内环境温度均未达到预定温度时才可以启动燃烧机。此控制方式，锅炉应承受较低的回水温度，这是因为当供暖负荷小时，锅炉的出水温度在较低的情况下就能满足供暖要求，但是这样会造成回水温度较低，有可能形成具有腐蚀性的冷凝水。解决这个问题的方法有两种可供参考，一是从锅炉本身改变，如采用低温锅炉或冷凝式锅炉，二是从系统方面来解决这个问题，即可采用利用平衡罐的

9、混水的两级回路方式，其主要作用原理在平衡罐功能上，从图 1-1 中可以看出在锅炉侧水泵只克服锅炉一侧等设备的阻力，用户侧只负责用户侧的阻力，我们所需的混水工况是无论 G2 如何变化，锅炉侧的 G1 都一定保证了锅炉稳定运行，我们可以通过改变 G2 的来调节供水温度，这样平衡罐设计就很重要。3 图 1-1 平衡罐原理图（G1G2） 室内温度控制器控制循环水泵的起停也可以保持水温的恒定，不会有冷凝水腐蚀的问题，相反当循环泵停止时，锅炉内部的流量为零，此时启动燃烧机会对炉体产生热冲击，解决办法是加装一个锅炉旁通循环泵，保证锅炉有一个最小流量，以避免问题的产生。所以说用室内温度控制器控制水泵也可以避免

10、直接控制燃烧机造成的冷凝水腐蚀问题。 另外就是室内温度控制控制器控制三通阀，控制方式有两种，第一种是保持流量恒定，调节供暖水温；第二种是保持供暖水温恒定，调节供暖水流量，其中调节水温的调节方式更为普遍。通过三通阀进行温度控制当室内温度很高时，三通阀增加旁通流量，减少供水侧流量，散热5器就能得到最低的供水温度；当室内温度很低时，三通阀通过减少旁通侧流量，增加供水侧流量，混水后供给散热器的水温得到最高。以上两种控制动作方式都体现在散热器的水流量是一定的，而锅炉的流量是变化的，因此流过散热器的供水温度是根据旁通流量和锅炉供水流量的变化比例变化而变化的，安装特点是循环泵安装在散热器和和三通阀之间。通过

11、三通阀进行流量调节控制散热器的功率输出，这种方式不能同时调节几个散热器，除非各散热器之间的水力平衡有非常理想的调节。运行的原理是当室内温度很低时，这时要求散热器功率达到最大输出，可以通过减少旁通流量，使流经散热器的流量达到最大值；当室内温度较高时，可以通过增加旁通流量，使流经散热器的流量减少，达到减少散热器输出功率的目的。这种流量调节方式安装特点是循环泵安装在锅炉和三通阀之间。三通阀的两种调节方式可以使锅炉出水温度和管网的供水温度不同，锅炉通过自己的水温控制器保持水温恒定，而管网可以通过三通来调节。锅炉就可以保持一个较高的温度来产生生活热水。 通过室内温度控制采暖系统设备，可以清楚地让我们的房

12、间需要的热量反应到系统上来决定是否需要加大和减少系统的热功率输出，让我们在房间的时候能感到温暖，不在房间的时候则停止或减低供暖温度，若设定的温度越低，持续的时间越长，那我们节约的能量就越低，产生的污染气体排放就越少，根据统计计算我们平均降低室内温度（停止供暖的时间可以折算成降低温度）1就能节约 7%左右的能耗。4 （2）室内温度控制的节能效果分析 对于单独采暖区域宜采用室内温度控制采暖系统，是可以通过计算6得到采暖的实际能耗，假设建筑屋的理论能耗为 E0，也是热源的理论能耗，但是一个系统实际是不可能在理想状态下运行的，锅炉的效率、管网输送效率、各调节系统的是否准确及时和管网平衡都会使采暖系统实

13、际能耗量（E1）增加4，计算公式如下： （1-1） 其中调节对实际能耗的影响系数，一个调节系统在实际中不会在理想情况下运行，总会有房间热，有房间冷，如果用户感觉到冷，就会去提高设定温度，这样会导致能耗增加，对于能耗的影响分为两个调节类型分析，一个是独立采暖的室内温度调节，此种调节方式节能效果根据有关资料统计为 13%4左右，另一个是独立采暖系统的室内温度调节和可编程时间控制器的调节方式，例如北京某大学有教学楼、展览馆活动中心、宿舍楼、办公楼、各实习车间和实验室，每个功能区要求的供暖方式都不一样，如教学楼要求白天全负荷供暖，晚上保温值班供暖就可以，展览馆活动中心在有活动的时候应全负荷供暖，其它时

14、间值班供暖就可以，且寒假学校要求值班供暖防冻。以前这个学校一直都是按照人工控制，效果不理想，在加了分时温度控制采暖后，节能效果达到 25%左右。当然不同的建筑特点取得的节能效果不一样，平均节能效果能达到19%4。 2、室外温度控制调节气候补偿 室外温度控制是根据天气冷时需要一个较高的供水温度，天气暖和是供水温度可以降低，也就是说对于一个供暖系统一个室外温度可以计7算出一个供水温度。一般散热器热水采暖系统，管网的供水温度可按下式（1-2）计算。3 （1-2） （1）室外温度控制的类型及原理 对室外温度的控制应具有以下的功能，对一天及一周的不同时段可以进行不同供暖模式的进行设置（最好有全年编程功能

15、） ，可以对供暖曲线（见图 1-2）进行设置。 图（1-2）供暖曲线 我们可以根据室外温度控制直接控制锅炉燃烧机，采暖供水温度是根据供热曲线计算出来的通过与供水温度传感器比较控制燃烧机。同样有一个问题是锅炉应承受较低的回水温度。解决办法同样可以采用冷凝式锅炉，也可以通过二次换热系统控制一侧两通调节阀控制流量的办法控制二次的供水温度。也可以利用室外温度控制器控制三通阀混水，利用二级系统（平衡罐）或二次换热系统二次侧供水温度来调节三通阀，利用调节供、回水的混合比获得需要的供水温度。 （2）室外温度控制的节能效果 依据室外温度进行调节的控制系统，可以分两种情况，一种是一个系统调节整个建筑屋，二种是一

16、个系统调节一个朝向。其中一个系统调节一个朝向对于南向的建筑可以减少功率输出减少建筑的能源消耗。一个系统调节整个建筑物的节能率在 7%，而一个系统调节一个朝向节能率在 15%左右。4 83、供暖系统中央控制的补充设置温控阀 设置散热器温控阀，用户可根据对室内温度高低的要求，调节并设定温度。这样就确保了个房间的室温恒定，避免了立管水量不平衡以及单管系统上下层室温不均匀的问题。6 同时，通过恒温控制、自由热、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。例如公共建筑在夜间、休息日无需满负荷供热。住宅用户也以尽量做到无人断热，以节省能量和热费。甚至在不同的房间可以实行不同的温度控制模式，即当人

17、员集中在客厅时，卧室等其他房间温度可以降低设定，客厅温度可以提高设定温度；在睡眠休息的时间里，卧室温度可以提高设定，客厅温度可以降低设定等。在加装了温控阀的系统中大约可以节能 5%4左右。 二、 采暖系统的平衡调节 采暖系统的平衡调节实现系统的水力平衡，同样可以实现节能，且潜力也是很大的。若未采用适当的调节手段，往往形成距离热源近的有利建筑，流量过大，室内温度较高，而距离热源远的不利建筑，其流量过小达不到要求的室内温度。在这种情况下，要达到不利建筑达到要求的温度，就必须提高整个供暖管的温度，这时各有利建筑必然超过设计温度，形成能源浪费，见图（2-1）a 图。因此水力平衡很重要，而水力平衡的调节

18、的关键是消除各有利环路的余压。最基础的工作是设计计算，使得干管、立管和支管在内的所有并联环路之间水力达到平衡，但是由于实际情况总会与理论有所不同，所以有时必要的调节手段会使系统达到一个很好的水力平衡。当出现系统“水力失调”时，我们必须从以下9几个方面调整，首先系统中锅炉水力系统应平衡；其次管网水力应平衡，保证每个用户获得设计流量；最后三通或两通调节阀应在合适工作条件下工作，使的调节阀前后的一、二次流量匹配。调节平衡的目的是使各房间温度一致，房间温度波动小，锅炉产生的热量能及时传送出去。见图（2-1）b 图。 a 不平衡产生房间冷热不均 b 理想平衡后的效果 图 2-1 水力不平衡前后房间温度差

19、异图 系统平衡的调节需要平衡阀和测量仪表，根据测量的平衡阀的压差、流量，根据流量计算出平衡阀的开度，使用户达到满意的采暖温度。由于各环路的流量都是关联的，因此调节平衡的时候应选择一个好的方法和调节顺序，其中常用的方法有预设定法、比例法、补偿法、温差法等方法。具体采用哪种方法应根据具体系统分析。平衡的顺序一般从用户开始逐步向锅炉方向进行平衡。 各种平衡类型对能耗的影响也是不一样的，当然若主管、立管和各用户末端实现了平衡大约可节能 10%15%，若只实现了立管的平衡也可节能 5%左右，若立管和各用户末端实现了平衡，且是值班供暖，对于建筑无惰性小的可以达到 25%，建筑无惰性大的建筑也能到 15%左

20、右4，因此采暖系统水力平衡自动调节对于节约能源有着重要的意义。 三、安装分户热计量系统 民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ26-95 、 民用建筑节能管理规定都要求新建采暖居住建筑采用可分户计量的双管采暖系统。但是由于分户计量系统比传统单管顺流系统造价高出很多，分10户双管系统大约传统单管造价的 1.5 到 2 倍，且费用主要是在热量表和阀组上；另外加上计量收费计算难，所以影响了采暖系统节能的顺利进行。但是如果用户需要根据实际能耗支付费用，这样用户会对自己的采暖能耗加以重视，根据欧洲经验，可使能耗量降低 20%左右。6 集中采暖热计量是我国采暖量化管理的发展趋势，也是一项节能的基本

21、措施，同时计算机监控自动化技术的发展，热计量将向小型化和计算机化方向发展。今后实现热计量系统的联网控制，将读数、计费和结算通过中心计算完成，实现计量、计费和能量消耗管理的完全自动化。8 只有实现了按热量对用户进行收费，且允许用户对热量进行自由调节，这样才能真正实现按照需求用热，避免不必要的浪费，达到真正节约能源的目的。 四、采用合适的控制实现采暖系统节能 在设计采暖系统控制时，应根据系统情况给予整体考虑，分析对系统能耗影响比较大的因素。采暖系统是独立的采暖系统，例如别墅等单独设置了锅炉热源的采暖建筑，在设计采暖控制时最简单的是通过室内温度控制，有条件加上时间时段控制采暖时间，在没有人的时候将采暖温度调到低温状态，有人的时候将温度调到舒适状态，另外在每个房间暖气片上安装温控阀，人在客厅时客厅在舒适状态，其他没人的房间可以适当调低供暖温度。对于大型集中采暖系统，例如学校，小区集中供热，室内温度控制可能就不太适合，这时可以考虑用室外温度控制采暖，通过气候补偿计算出供水温度，另外在各主管、立管加装平衡阀，保证