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民用建筑暖通空调系统节能设计措施

发布于:2022-11-21 10:06:21 来自:暖通空调/通风排烟 0 23

来源:郭鹏学暖通

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作者:郭鹏学暖通

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现行有关建筑节能标准:

国家行业标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

国家行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010

国家行业标准《供热计量技术规程》JGJ173-2009

国家标准《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2015

山东省地方标准《公共建筑节能设计标准》DBJ14-036-2006

山东省地方标准《居住建筑节能设计标准》DBJ14-037-2012

国家标准《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007

全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-暖通空调.动力(2007)

全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调.动力(2009)

室内设计计算温度取值:

在冬季供暖工况下,室内计算温度每降低1℃,能耗可减少5%~10%左右;在夏季供冷工况下,室内计算温度每升高1℃,能耗可减少8%~10%左右。

每提高或降低1℃能量成本的变化率:

为了节省能耗,新节能标准对室内设计温度提出了要求。

为了节省能源,应避免冬季采用过高的室内计算温度,夏季采用过低的室内计算温度。山东省的工程建设标准《公共建筑节能设计标准》DBJ14-036-2006第4.1.3条和《居住建筑节能设计标准》DBJ14-037-2012第3.0.2条,都对典型民用建筑室内采暖与空调室内设计计算温度的取值标准进行了规定,办公室、居住等建筑的冬季采暖不宜高于20℃,公共建筑一般房间的夏季空调不宜低于25℃。

对于计算全面地面辐射供暖系统,室内计算温度的取值可按相应的设计标准降低2℃,或将计算耗热量乘以0.9~0.95的修正系数(寒冷地区乘以0.9,严寒地区乘以0.95)。

冷热负荷计算:

目前,有些设计人员,在施工图设计阶段,往往不加区别地将设计手册或技术措施中提供给方案设计和初步设计时估算冷热负荷用的单位建筑面积冷、热负荷指标,直接用来作为确定施工图设计阶段空调与采暖冷、热负荷的依据。由于负荷估算偏大,导致了冷热源设备装机容量偏大、水泵配置偏大、末端设备偏大、管道直径偏大的“四大”现象。其结果是工程的初投资增高,运行费用和能耗增大,给国家和投资方造成巨大损失。

采暖系统设计:

采暖系统设计得合理,采暖系统才能具备节能运行的功能。无论是住宅还是公建,合理设计节能采暖系统的主要原则是:

1. 系统形式应合理,宜采用双管系统。

2. 采暖系统应能保证对各个房间(或每户)的温度能进行独立调控;

3. 便于实现分户或分室(区)热量(费)分摊的功能;

4. 尽量减少热力入口的数量,热力入口处应根据水力平要求设置适宜的水力平衡装置。

新建居住建筑:

国家行业标准《供热计量技术规程》 第7.1.1条规定:新建居住建筑的室内供暖系统宜采用垂直双管系统、共用立管的分户独立循环系统,也可采用垂直单管跨越式系统。

《供热计量技术规程》第7.1.4条规定:垂直单管跨越式系统的垂直层数不宜超过6层。

山东省《居住建筑节能设计标准》第5.3.5条规定:新建建筑室外和室内供暖系统的管道布置方式应采用异程式。

常用的共用立管分户独立循环室内采暖系统制式如下:

下供下回(下分式)水平双管系统;

上供上回(上分式)水平双管系统;

下供下回(下分式)全带跨越管的水平单管系统;

放射式(章鱼式)系统;

低温热水地面辐射供暖系统。

既有居住建筑改造:

国家和山东省的《既有居住建筑供热计量及节能改造实施方案》中均强调了应根据既有室内采暖系统现状选择改造后的室内采暖系统形式,改造应尽量减少对居民生活的干扰。改造后的室内采暖系统既要满足室(户)温可调控和分户计量的要求,又要满足运行和管理控制的要求。

《供热计量技术规程》第7.1.2条规定:既有居住建筑的室内垂直单管顺流系统应改造成垂直双管系统或垂直单管跨越式系统,不宜改造为分户独立循环系统。

《山东省既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则》JD14-011-2008第7.4.2条规定:室内采暖系统改造宜采用以下几种方式:

原系统为垂直单管顺流系统时,宜改造为在每组散热器的供回水管之间均设跨越管的系统,每组散热器的供水支管上应设置三通恒温阀或低阻力的两通恒温阀;

原设计为垂直双管系统时,宜维持原系统形式,每组散热器的供水支管上应设置高阻力的两通恒温阀;

原系统为单双管系统时,宜改造为垂直双管系统或维持原系统,但每组散热器的供水支管上应设置高阻力的两通恒温阀;

当原有的室内采暖系统必须改造为共用立管的分户独立循环系统时,可采用下供下回水平双管式或下供下回全带跨越管的水平单管等系统形式,且共用立管和入户装置应设在户外的公用空间内。

公共建筑的集中采暖系统管路宜按南、北向分环布置,常用的采暖系统形式如下:

上供下回垂直双管系统。

下供下回垂直双管系统。

上供下回全带跨越管(或装置H分配阀)的垂直单管系统。一般用于六层及六层以上下的建筑。

水平双管系统。该系统一般用于低层大空间采暖建筑(如汽车库、大餐厅等)。各环路负荷应尽可能均衡,各环路管径应不大于DN25。

水平单管系统。一般用于低层大空间采暖建筑,当需要单独调节散热器散热量时,应采用全带跨越管(或装置H分配阀)的水平单管系统,否则可采用水平串联式系统。

低温热水地面辐射供暖系统。公共建筑中的高大空间如大堂、候车(机)厅、展厅等处,宜采用辐射供暖方式,或采用辐射供暖作为补充。当与散热器系统合用时,应注意其对水温和水压的不同要求,必要时应分开设置。

高层建筑竖向分区供暖系统。适用于系统静水高度超过50m、或外网供水压力低于系统静水压力、或超过散热器的承压能力的采暖系统。低区系统的高度取决于室外热网的压力和散热器的承压能力,可能情况下应尽可能利用外网压力,降低高区负荷。当热媒为低温热水时,宜采用板式换热器进行换热。

高层建筑直连供暖系统。当热网供水压力不能满足系统运行要求、或者热网静水压力低于系统静水高度,并且热网供水温度较低时,宜采用直连供暖技术使建筑采暖系统与外网直接连接。高层直连供暖技术由加压泵组和压力隔断的专利技术构成,第一代的压力隔断产品为断流器和阻旋器,系统为开式运行;第二代的压力隔断产品为阻断器,系统闭式运行,安装高度不受限制。

在选配供热系统的热水循环泵时,应计算循环水泵的耗电输热比(EHR),并应标注在施工图的设计说明中。EHR值应符合下式要求:

EHR = N/Qη

EHR≤A (20.4+αΣL)/Δt

式中:N-水泵在设计工况点的轴功率,kW;

Q- 建筑供热负荷,kW ;

Η- 电机和传动部分的效率,按表1选取;

Δt- 设计供回水温度差,℃,按照设计要求选取;

A- 与热负荷有关的计算系数,按表1选取;

ΣL- 室外主干线(包括供回水管)总长度,m;

a- 与ΣL有关的计算系数,按如下选取或计算:

当ΣL≤400m时,a = 0.0115;

当400<ΣL<1000m时,

a = 0.003833 + 3.067/ΣL

当ΣL≥1000m时,a = 0.0069。

表1 电机和传动效率及EHR计算系数

热负荷Q  (kW)

<2000

≥2000

电机和传动部分的效率η

直联方式

0.87

0.89

联轴器连接方式

0.85

0.87

计算系数A

0.0062

0.0054

空调冷水系统的设计:

设置2台或2台以上冷水机组和循环水泵的空气调节水系统,应能适应负荷变化改变系统流量,并应设置相应的自控设施”。目前,常用的空调冷水系统有以下几种形式:

空调冷水机组定流量的一泵变流量系统。系统较小或各环路负荷特性或压力损失相差不大时,宜采用负荷侧变流量、冷源侧定流量的一级泵定流量系统,如图1所示。采用一级泵系统时,应按下列要求设计:

风机盘管的回水管上宜设置应设置动态平衡电动两通;新风机组、组合式空调器的回水管上,应设置动态平衡电动调节阀或电动两通调节阀。前者只受房间温度设定控制,不受外网压力波动的影响,比后者具有更好的调节特性和更长的使用寿命。

应在总供回水管之间设旁通管及由压差控制的旁通电动调节阀,旁通管管径应按 1台冷水机组的冷冻水流量确定。

冷水机组和冷水循环泵之间宜采用一一对应的连接方式。当采用方式连接困难时,可采用共用集管连接,但此时应在每台冷水机组的入口或出口水管道上设置电动隔断阀,并应与对应的冷水机组和水泵连锁开关。

应密切与电器专业配合,做好自动控制设计,使系统能够根据空调负荷的变化,自动控制冷水机组及循环水泵的运行台数。

空调冷水机组变流量的一级泵变流量系统。具有较大空调水泵节能潜力的大型系统,在确保设备的适应性、控制方案和运行管理的可靠性的前提下,可采用空调冷水机组变流量的一级泵变流量系统,且一级泵为变频调速泵,如图2所示。采用冷水机组变流量的一级变流量泵系统时,应按下列要求设计:

图2 空调冷水机组变流量的一级泵变流量系统

末端装置的回水管上宜设置“慢开”型水阀,且多台末端设备的启停时间宜错开。

应选择蒸发器流量许可变化范围大,最小流量尽可能低的冷水机组,如离心机30%~130%,螺杆机45%~120%,最小流量宜小于50%。

应选择蒸发器许可流量变化率大的冷水机组,每分钟许可变化率宜大于30%。

冷水机组和水泵台数可不对应设置,其启停分别独立控制,水泵转速一般由最不利环路的末端压差变化来控制。

冷水机组和水泵应采用共用集管的连接方式,并应在每台冷水机组的入口或出口水管道上设置与对应的冷水机组连锁“慢开/慢关”型电动隔断阀。

应在总供回水管之间设旁通管及由流量或压差控制的旁通电动调节阀,旁通管管径应按单台冷水机组的最小允许冷冻水流量确定。

1 台冷水机组仍可采用冷水机组变流量的一级泵变流量系统。

空调冷水二次泵系统。系统较大、阻力较高,且各环路负荷特性或阻力特性相差悬殊(差额大于50 kPa,相当于输送距离100m或送回管道长度在200m左右)时,应采用在冷源侧和负荷侧分别设置一级泵和二级泵的二级泵变流量系统,且一级泵为定流量运行,二级泵宜采用变频调速泵,如图3所示。采用二级泵变流量系统时,应按下列要求设计:

末端装置的回水管上宜设置动态平衡阀电动两通(调节)阀。

冷热源侧和负荷侧的供回水共用集管(或分集水器)之间应设旁通管,旁通管管径应按空调总供水管的直径来确定,旁通管上不应设置因何阀门。

一级泵与冷水机组之间的连接方式及运行台数的控制,同一级泵变流量系统。

应根据系统的供回水压差控制二级泵的转速和运行台数,控制调节循环水量适应空调负荷的变化。系统压差测点宜设在最不利环路干管靠近末端处。

两管制及四管制系统。根据建筑物的具体情况,在满足舒适性要求的前提下,合理地设计负荷侧空调水系统的制式,既可减少空调系统设备和管道的初投资,又能降低空调水系统的运行能耗。负荷侧空调水系统的制式,应按下列要求设计:

不存在同时供冷和供热,只要求按季节进行供冷和供热转换的空调系统,应采用两管制水系统。

当建筑物内有些空调区需全年供冷水,有些空调区则冷、热水定期交替供应时,宜采用分区两管制水系统。

对于全年运行中冷、热工况频繁交替转换或需要同时使用的空调系统,宜采用四管制水系统。

“一泵到顶”系统。空调冷水系统的静水压力不大于1.0MPa时,竖向不宜分区,宜采取水泵吸入式的“一泵到顶”系统,以减少由于分区而增大土建与设备的一次投资和电耗,并方便设备与系统的运行管理。

空调冷(热)水系统的输送能效比(ER)应按下式计算:

ER= 0.002342 H/(ΔT·η)≤A(B+ɑΣL)/ΔT

式中:H―水泵设计扬程,m;

ΔT― 供回水温差,℃;

η― 水泵在设计工作点的效率,%;

A— 与负荷、点击、传动装置有关的计算参数;

B— 与机房及用户的水助力有关的计算参数;

ΣL— 从冷热机房至该系统最末端设备供回水管道的输送长度(m);

ɑ— 与ΣL有关的计算参数。

采暖与空调水系统补水及定压设计:

采暖和空调冷(热)水系统小时泄漏量是确定系统补水量、补水管管径、补水泵流量、水处理设备和补水箱容量的依据,应根据空调系统的规模和不同系统形式按系统水容量进行计算,而不应根据系统循环水量进行计算,二者相差很大。如依后者为计算依据,必然会造成补水量计算偏大,进而带来了补水管、补水泵、软水设备、补水箱的选型偏大,结果造成设备的一次投资高且运行不节能。

空调冷(热)水系统的水容量可参照表3估算,室外管线较长时取较大值。

表3   空调水系统的单位水容量(L/m 2 建筑面积)

空气调节方式

全空气系统

水/空气系统

供冷和采用换热器供暖时

0.40~0.55

0.70~1.30

热水锅炉供暖时

1.25~2.00

1.20~1.90

采暖与空调冷(热)水系统的小时泄漏量,宜按系统水容量的1%计算;系统小时补水量取系统水容量的2%,即系统小时泄漏量的2倍;补水泵流量宜取系统小时补水量的2.5~5倍,即系统水容量的5%~10%。

闭式采暖与空调冷(热)水系统的补水定压点宜设在循环水泵的吸入口处。采暖系统定压点的最低压力应使系统最高点的压力大于大气压力10KPa,空调冷(热)定压点的最低压力应使系统最高点的压力大于大气压力5KPa。补水泵的扬程应保证补水压力比系统补水定压点的压力高30~50 KPa。空调水系统宜采用高位膨胀水箱定压,该方式具有安全、可靠、消耗电力相对较少、初投资低等优点。

空调冷却水系统设计:

冷却塔应布置在环境清洁、气流通畅、通风良好、远离高温的地方,以确保其冷却效率。

多台相同规格型号的冷却塔并联使用时,冷却塔之间应设连通管 或共用连通水槽,以避免各台冷却塔补水和溢水不均匀,造成浪费。连通管的管径宜比总回水管的管径放大一号,且与各塔出水管的连接应为管顶平接。冷却塔的自来水总进水管上应设置水表。

冷却塔的总供、回水管之间,宜设旁通管并装电动两通调节阀或采三通调节阀调节控制,保证冷却水混合温度满足冷水机组对冷却水低温保护要求;并宜采用出水温度控制风机启停或变频调速控制,达到节电目的。

有内区且过渡季节或冬季仍需供冷的建筑,宜采用冷却塔免费供冷系统。

空调系统新风量的大小不仅与能耗、初投资和运行费用密切相关,而且关系到人体的健康,因此《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015对其取值进行了规定,设计人员进行工程设计时,不应随意增加或减少。另外,在人员密度相对较大且变化较大的房间,宜采用新风需求控制,即根据室内CO 2 浓度检测值增加或减少新风量,使CO 2 浓度始终维持在卫生标准规定的限值内。

“风机盘管机组加新风”空调系统的新风口,应单独设置,或布置在风机盘管机组出风口的旁边,不应将新风接至风机盘管机组的回风吸入口处,以免减少新风量或削弱风机盘管处理室内回风的能力。

房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温、湿度控制和管理的空调场所(如商场、影剧院、营业式餐厅、展览厅、候机/车楼、多功能厅、体育馆、大型会议室等),其空调风系统宜采用全空气空调系统,不宜采用风机盘管系统。全空气空调系统具有易于改变新、回风比例,必要时可实现全新风运行,从而获得较大的节能效益和环境效益,且易于集中处理噪声、过滤净化和控制空调区的温、湿度,设备集中,方便维修和管理等优点。

建筑空间高度大于或等于10m、且体积大于10000m 3 时,宜采用分层空调系统。分层空调是一种仅对室内下部空间进行空调、而对上部空间不进行空调的特殊空调方式,与全室性空调方式相比,分层空调。

空调风系统设计:

夏季可节省冷量30%左右,因此,能节省运行能耗和初投资。但在冬季供暖工况下运行时并不节能,此点特别提请设计人员注意。

对于民用建筑中的中庭等高大空间,通常来说,人员通常都在底层活动,因此舒适性范围大约为地面以上2~3m。采用分层空调,其目的是将这部分范围的空气参数控制在使用要求之内,3m 以上的空间则处于“不保证”的范畴。这里提到的分层空调只是一个概念和原则,实际工程中有多种做法,比较典型的是送风气流只负担人员活动区,同时在高空设置机械换气(排出相对“过热”的空气)等方式,因此这时需要对房间的气流组织进行适当的计算。

在冬季采用分层送风时,由于“热空气上浮”的原理,上部空间的温度也会比较高,如果没有措施,甚至会高于人员活动区,这时并不节能,这是设计过程中应该注意的问题。要改善这个问题,通常可以有两种解决方式,一是设置室内机械循环系统,将房间上部“过热”的空气通过风道送至房间下部;二是在底层设置地板辐射或地板送风供暖系统。

同一个空调风系统中,各空调区的冷、热负荷差异和变化大、低负荷运行时间较长,且需要分别控制各空调区温度,以及建筑内区全年需要送冷风的场所,宜采用变风量(VAV)空调系统。由于VAV系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化,同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用系数,所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。有关文献介绍,VAV 系统与定风量(CAV)系统相比大约可节能30%~70%,对不同的建筑物同时使用系数可取0.8左右。

对于建筑顶层、或者吊顶上部有较大发热量、或者吊顶空间较高时,不宜直接从吊顶内回风。

空调风系统的作用半径不宜过大,风机的单位风量耗功率(Ws)应按下式计算,并不应大于表4中的规定。为了确保单位风量耗功率设计值得确定,设计人员在图纸设备表中注明空调机组的风机全压与要求的最低总效率是非常必要的。

Ws =P/(3600ηt)

式中:Ws―单位风量耗功耗,W/(m 3 ·h);

P― 风机全压值,Pa;

ηt― 包含风机、电机及传动效率在内的总效率,%。

表4   风机的单位风量耗功率值   [W/(m 3 ·h)]

系统型式

办公建筑

商业、旅馆建筑

初效过滤

粗、中效过滤

初效过滤

粗、中效过滤

两管制定风量系统

0.42

0.48

0.46

0.52

四管制定风量系统

0.47

0.53

0.51

0.58

两管制变风量系统

0.58

0.64

0.62

0.68

四管制变风量系统

0.63

0.69

0.67

0.74

普通机械通风系统

0.32

注:1 普通机械通风系统中不包括厨房等需要特定过滤装置的房间的通风系统;

严寒地区增设预热盘管时,单位风量耗功率可增加0.035[W/(m 3 ·h)];

当空调机组内采用湿膜加湿方法时,单位风量耗功率可增加0.053[W/(m 3 ·h)]。

通风系统设计:

集中空调系统的排风热回收,应符合以下规定:

风机盘管加新风系统,全楼设计最小新风量大于或等于20000m 3 /h时,应设集中排风系统,并至少有总新风量的40%设置热回收装置;

送风量大于或等于3000m 3 /h的直流式空气调节系统,且新风与排风的温度差大于或等于8℃,应至少总风量的70%设置热回收装置;

设计新风量大于或等于4000m 3 /h的空气调节系统,且新风与排风的温度差大于或等于8℃,宜设置热回收装置;

宜设置跨越热回收装置的旁通风管,以便于当空调系统在制冷模式下运行,且室外气温低于室内温度时(如夏夜),新风换气机检测到这种情况,就会自动切换到旁通热回收设备的运行模式,吸入室外的冷空气来减少空调器的制冷负荷,达到最大节能的目的。

有人员长期停留且不设置集中新风、排风系统的空调房间或空调建筑(如一些设置分体式或多联机空调系统的房间或建筑),宜在各空调区(房间)分别安装带热回收功能的双向换气装置(新风换气机)。

排风热回收装置的选用,应按以下原则确定:

排风热回收装置(全热和显热)的额定热回收效率不应低于60%;

冬季也需要除湿的空调系统,应采用显热回收装置;

根据卫生要求新风与排风不应直接接触的系统,应采用显热回收装置;

其余热回收系统,宜采用全热回收装置;

汽车库有条件时应尽量采用自然通风方式,否则,应设置机械排风、自然进风系统或机械送排风系统。汽车库的通风系统,宜根据使用情况对通风机设置定时启停(台数)控制或根据车库内的CO浓度进行自动运行控制。

空调冷热源选择:

空调冷热源宜采用集中设置的冷(热)水机组或供热、换热设备,并应根据建筑规模、用途、建设地点的能源条件、结构、价格,以及国家节能减排和环保政策的规定等,按下列原则通过综合论证确定:

有可供利用的废热或工厂余热时,热源应优先采用废热和工厂余热。当废热或工厂余热的温度较高、经济合理时,冷源宜采用吸收式冷水机组。

在技术经济合理的情况下,冷热源宜优先利用浅层地能、太阳能、风能等可再生能源。当可再生能源收到气候等原因的限制无法时刻保证时,应设置辅助冷热源。

不具备上述2款的条件,但有城市或区域热网的地区,集中式空调系统的热源宜优先采用城市或区域热网。

不具备上述1、2款的条件,但城市电网夏季供电充足、且全年供冷时间达到3个月以上的地区,空调冷源宜采用电动压缩式机组。

不具备上述条件,但城市燃气供应充足的地区,宜采用燃气锅炉、燃气热水机组或燃气吸收式冷(温)水机组。

不具备上述条件的地区,可采用燃煤锅炉、燃油锅炉、蒸汽吸收式冷水机组、或燃油吸收式冷(温)水机组供冷供热。

天然气供应充足的地区,当建筑物的电力负荷、热负荷和冷负荷能较好匹配,能充分发挥热、电冷联产系统的能源综合利用效率

并经技术经济比较合理时,应优先采用分布式冷热电联供技术。

在执行分时电价、峰谷电价差较大的地区(最小峰谷电价比不宜低于3:1 ),经技术经济比较,采用低谷电价能够明显起到对电网“削峰填谷”和节省运行费用时,可采用蓄冷系统供冷。

对全年进行空调,且各房间和区域负荷特性相差较大,长时间同时分别供热和供冷的建筑物,经技术经济比较合理后,可采用水环热泵空调系统,但冬季不需供热或供热量很小的地区不宜采用。

夏热冬冷地区、干旱缺水地区的中、小型建筑可采用空气源或土壤源地源热泵冷(热)水机组供冷、供热。

有天然水等资源可供利用、或者有可利用的浅层地下水且保证能够100%回灌时,可采用水源热泵冷(热)水机组供冷、供热。

具有上述多种能源的地区,可采用复合能源供冷供热、且向大型建筑区供热供冷时,可设置区域能源站或能源中心。

除了下列情况外,不得采用电能直接作为空调系统的供暖热源和空气加湿的热源: 

以供冷为主、供暖负荷非常小、且无法利用热泵或其他方式提供供暖热源的建筑,当冬季电力供应充足、夜间利用低谷电进行蓄热,且电锅炉不在日间用电高峰和平段时间启用时;

无城市或区域集中供热,且燃气、用煤、油等燃料受到环保或消防严格限制的建筑;

利用可再生能源发电、且其发电量能够满足直接电热用量粗球地区的建筑。

冬季无加湿用蒸汽热源、且冬季室内相对湿度要求较高时。

锅炉的额定热效率、电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水(热泵)机组的性能系数(COP)及单元式空气调节机、风管送风式和屋顶式空气调节机组的能效(EER)、蒸汽和热水型溴化锂吸收式机组及直燃型溴化锂吸收式冷(温)水机组的性能参数,是反映上述设备节能效果的一个重要参数,其数值越大,节能效果就越好,反之,亦然。因此,在进行工程设计的冷热源设备选型时,一定要选择锅炉额定效率、冷水机组性能系数及空调机组能效比高的产品,并应符合国家《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015第   4 .2 冷源与热源有关条文对这些技术性能参数的取值规定。

室温调控:

室温调控的意义及途径:

室温调控是实施“分户计量”的前提和关键。

室温调控是实现“按需供热”的基础。

室温必须有调控措施,实现调控的途径:

手动 ─ 手动调节阀,能效系数0.80(DIN 18599T5)。

自动 ─ 散热器恒温阀,能效系数0.93~0.95(DIN18599T5),初投资为3.2~6.5元/m 2 (每只60~110元)。大量恒温阀应用实践表明,使用恒温阀平均可节省能源15%~30%。

散热器供暖系统的室温调控:

《供热计量技术规程》第7.2.1条强制规定:新建和改扩建的居住建筑或以散热器为主的公共建筑的室内供暖系统,应安装自动温度控制阀进行室温调控。

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010第5.3.4条规定:当室内采用散热器供暖时,每组散热器的进水支管上应安装散热器恒温控制阀。

《山东省既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则》JD14-011-2008第7.4.1条规定:为实现热用户行为节能,散热器采暖系统每组散热器均应安装恒温阀;低温热水地面辐射供暖系统中,应在户内系统入口处设置自动控温的调节阀,实现分户集中温控,其户内分集水器上每支环路上应安装手动流量调节阀;有条件时,宜在集水器的每支环路上安装室温自动调节装置。

散热器恒温控制阀(又称温控阀、恒温器等)安装在每组散热器的进水管上,它是一种自力式调节控制阀,用户可根据对室温高低的要求,调节并设定室温。这样恒温控制阀就确保了各房间的室温,避免了立管水量不平衡,以及单管系统上层及下层室温不匀问题。同时,更重要的是当室内获得“自由热”(Free Heat,又称“免费热”,如阳光照射,室内热源 ── 炊事、照明、电器及居民等散发的热量)而使室温有升高。

低温热水地面辐射供暖系统的室温调控

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010第5.3.9条规定:当设计地面辐射供暖系统时,宜按主要房间划分供暖环路,并应配置室温自动调控装置。在每户分水器的进水管上,应设置水过滤器,并应按户设置热量分摊装置。

室温调控装置的选型与安装

散热器恒温阀的特性及其选用,应遵循《散热器恒温控制阀》JG/T195-2006的规定,且应根据室内采暖系统形式选择恒温阀的类型。

垂直单管系统可采用三通恒温阀,也可采用低阻力的两通恒温阀(应设跨越管,且跨越管管径应经计算确定,散热器的进流系数不应小于30%);垂直双管系统应采用高阻力的两通恒温阀。恒温阀应具备防冻设定功能。

散热器恒温控制阀的阀头和温包不得被破坏或遮挡,应能够正常感应室温并便于调节,温包内置式恒温控制阀的阀头应水平安装,暗装散热器应匹配温包外置式恒温控制阀。

趋势时,恒温控制阀会及时减少流经散热器的水量,不仅保持室温合适,同时达到节能目的,因此它是重要节能设备,是热计量重要的前提条件。如果不安装恒温控制阀,那么很多计量和控制手段都可能难以起到预期的作用。目前北京、天津等地方节能设计标准已将安装散热器恒温阀作为强制性条文,根据实施情况来看,有较好的效果。

低温热水地面辐射供暖系统的温度调控装置,可采用室内无线(或有线)远传温控器或室温与回水温度控制单元,或在户内系统入口的供水管上设置电动两通调节阀并设房间温控器。

低温热水地面辐射供暖系统室内温控装置的温控器应安装在避开阳光直射和有发热设备且距地面1.4~1.5m处的内墙面上。

地面辐射供暖系统的室内温度调控:

(1)房间温 度控制器+电热(热敏)执行机构(有线,需外接电源)

(2)房间温度控制器+分配器+电热执行机构(有线,需外接电源)

(3)无线发射室内恒温器+无线电接收器+电热执行机构(无线)

(4)单独室温控制单元和回水温度限制器Unibox适用于供暖面积20m 2 。当供暖面积较大时可采用两个回路,但两个回路必须等长。供暖供水温度小于60℃时,采用Unibox T。

(5)地面辐射供暖专用自力式温控阀及回水温度控制阀(带排气阀)。

(6)房间温度控制器+电动两通调节阀(需要外接电源):不能精确的控制每一个房间的温度,适用于房间控制温度要求不高的场所,特别适用于大开间的环境,统一温度控制的场所。

风机盘管加新风空调系统,室内温度的调控一般是通过在室内安装风机盘管温控器来实现的。温控器带有温度设定旋钮、风机三档转速转换开关及制冷与供热模式转换开关,分别用于调节室内温度设定值、控制送入房间的风量及供冷和供热的转换;另外,在风机盘管回水管道上安装电动两通(调节)阀或者动态平衡电动两通(调节)阀,以控制通过盘管的水量。

新风机组送风温度的控制,是通过安装在送风管道上的温度传感器检测送风温度信号,并传输至温度控制器,控制器自动调节安装在表冷器回水管道的电动调节阀的开度,以调节通过表冷器盘管的水量,从而实现控制送风温度恒定于设定值。

全空气空调系统,室温的调控一般是通过在回风管道安装温度传感器,检测回风温度信号,并传输至控制器。控制器根据温度信号自动调节安装在表冷器回水管上的电动调节阀开度,控制回风温度恒定于设定值。

另外,控制器可同时检测室外新风温度、送风温度、过滤网压差状态、风机运行状态以及风机故障状态;过渡季节,控制器可根据室内、外焓(温度)差,自动调节新、回风比例,最大程度利用室外新风,达到节能效果。

热计量方法:

热计量的原理:

热量法:测量热网供给房间的热量(Q1),如机械式、超声波热量表、热水表等);测量室内散热设备散出的热量(Q2),如蒸发式分配表、电子式分配表等。

温度法:测量围护结构损失的热量(Q3),如温度面积法。

热计量的主要目的:

激励并提高人们的节能意识,提倡和促进行为节能的发展;

确保供暖费用的分摊,保持相对的公平、合理;

合理地设定与保持室内的热环境,在满足个性要求的前提下,节省能源的消耗;

提供对供热单位在供热质量和数量方面实现监督、结算的可能性。

切勿混淆技术问题与社会问题的界限与关系,按户设置锁闭阀并非分户计量所必需;与节约能源也毫无关系。

如果把按面积收供暖费比作公交车的一票制,把水、电的收费比作火车的一站一票制,那末,分户热计量收费就相当于乘坐出租车,它既有起步费(容量热费),又有里程费(计量热费),它能在一定程度上刺激人们超过起步费后尽可能缩短行程。

基本原则:

热计量方法的选择应考虑有关规定、工程条件及热计量成本的回收,并应与户内采暖系统的形式相适应。

供给建筑物的热量,是所有用户共同消耗的,建筑物所应支付的热费,应有建筑物内的全体用户来共同承担。

同一栋建筑物内的用户,如果供暖面积相同,在相同的时间内,若保持基本相同的室内热环境和舒适度,则应缴纳相同的热费。

在两部制热价的结构下,分户计量收费时,总热费为基本热费与热量热费之和。

由于供暖的特殊性,它无法精确计量其用量,因此收费的合理性只是大致的、相对的。

供暖“分户计量”的问题,其实质是如何公平合理地对建筑物的总热费进行分摊的问题。

《供热计量技术规程》第3.0.1条强制规定:集中供热的新建和既有建筑的节能改造必须安装热量计量装置。

《供热计量技术规程》第3.0.2条强制规定:集中供热系统的热量结算点必须安装热量表。

《供热计量技术规程》第3.0.3条规定:设在贸易结算点的热量表应按《中华人民共和国计量法》的规定检定。

国家和我省的《既有居住建筑供热计量及节能改造实施方案》中强调改造后的供热采暖系统必须明确一处供热企业和终端用户之间的热费决算位置,并在该位置上安装热量表。

热源和热力站热计量

《供热计量技术规程》第4.1.1条规定:热源和热力站的供热量应采用热量测量装置加以计量检测。

《供热计量技术规程》第4.1.2条规定:水-水热力站的热量测量装置的流量传感器应安装在一次网的回水管上。

楼栋热计量(热量结算点位置的规定)

《供热计量技术规程》第5.1.1条规定:居住建建应以楼栋为对象设置热量表。对对建筑类型相同、建设年代相近、围护结构作法相同、用户热分摊方式一致的若干栋建筑,也可确定一个共用位置设置热量表。

《供热计量技术规程》第5.1.2条规定:公共建筑应在热力入口或热力站设置热量表,并以此作为热量结算点。

《供热计量技术规程》第5.1.3条规定:新建建筑的热量表应设置在专用表计小室中;既有建筑的热量表计算器宜就近安装在建筑物内。

供热企业和终端用户之间的热费决算,只能选择一个热量结算点,而不应该重复结算;该热量结算点必须装有热量表,并且产品在计量检定有效期之内。有些试点在楼栋热力入口和户内都安装了热量表,这样的重复计量热量和结算热费的做法没有必要,应该确定其中唯一的一个作为决算热费的依据。

由于楼前热表为该楼所耗热量的决算表,要求有较高的精度及可靠性,价格相应较高,可以按栋楼设置热量表,即每栋楼作为一个计量单元。对于建筑形式、平面、构造等相同或相似的小区(组团),也可以若干栋建筑物设置一块热表。

《供热计量技术规程》第5.1.5条规定:楼栋计量的热量表宜选用超声波或电磁波式热量表。

分户热计量(户间热量分摊):

《供热热计量技术规程》第6.1.1条规定:在楼栋或者热力站安装热量表作为热量结算点时,分户热计量应采取热分摊的方法确定。

《供热热计量技术规程》第6.1.3条规定:同一热量结算点范围内,用户热分摊方式应统一,仪表的种类和型号应一致。

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010第5.3.3条强制规定:集中采暖(集中空调)系统,必须设置住户分室(户)温度调节、控制装置及分户热计量(分户热分摊)的装置或设施。

以楼栋或者热力站为热费决算计量位置时,该位置的热量表是耗热量的热费结算依据,而楼内住户应理解为热量分摊,当然,每户应该有相应的装置对整栋楼的耗热量进行户间分摊。

户间热量分摊,可通过下列任一途径来实现,还可采用其它鼓励用户节能的分摊方法。

1 ) 温度面积法:按户设置温度传感器,通过测量室内温度、楼栋供热量、结合建筑面积进行热量(费)分摊;

温度面积法热量分摊系统是利用所测量的每户室内温度,来对建筑的总供热量进行分摊的。

其具体做法是,在每户住户内的内门上侧安装一个温度传感器,用来对室内温度进行测量,通过采集器采集的室内温度经通讯线路送到热量采集显示器;热量采集显示器接收来自采集器的信号,并将采集器送来的用户室温送至热量计算分配器;热量计算分配器接收采集显示器、热量表送来的信号后,按照规定的程序将热量进行分摊接收采集显示器、热量表送来的信号后,按照规定的程序将热量进行分摊。

这种方法的出发点是:按照住户的平均温度来分摊热费。如果某住户在采暖期的室温维持较高,那么该住户分摊的热费也应该较多。它与住户在楼内的位置没有关系,不必进行住户位置的修正,可以避免热用户的位置差别及户间传热引起的热费纠纷问题,同时对于空置房收费也比较好处理。温度法难以避免自由热对温度的影响。

温度面积法与室内供暖系统没有直接联系,可用于新建建筑的热计量收费,也适合于既有建筑的热计量收费改造。

存储器采用记忆芯片,掉电数据不丢失。具有数据远传功能,抄表不用入户。

独特的查询软件设计,便于小区管理和收费。采用无线局域网数据传输,减少了外线(住户楼到物业)施工难度、工程量和工程费用,特别是在既有建筑改造中。

该系统在实现分户热计量的同时,还可以通过数据的的实时传输和检测,间接的监测了供暖情况,及时发现问题,及时解决问题,变被动维修为主动维护,提高了服务质量。

通过数据的实时传输、存储、查询、打印功能,可以为解决供暖纠纷及时提供真实 有效的证据,有利于化解矛盾。

温度面积法热计量分配系统即适用于新建筑,也适用于既有建筑分户热计量,特别是在既有建筑单管顺流系统的热计量改造中,它的优势会更加明显。

通过按需供热,可以挖掘供热潜力。

WDRB  型温度面积法热量分配系统的基本构成:

WDRB 型温度面积法热量分配系统由数字温度传感器、采集器、显示器、热量分配器、通讯线路五部分组成。

系统最大配置:

每栋楼装1个热量分配器;

每栋楼可装8个显示器(每个单元1个);

每个单元可装24个采集器(每户1个);

每户可装7个数字温度传感器(起居室、 卧室每间1个)。

系统选配装置:

远程通讯模块1块;无线局域网接收、发射模块;

GPRS 广域网接收、发射模块;数据接收、查询软件1套;

超声波栋用热量表每个分配系统装置1快。

抄表记录三种方式:

方式一:人工抄表:通过显示器显示屏抄录每户的累计用热量。

方式二:无线局域网:实现小区范围内相关数据的传输,并由计算机记录实时数据。

方式三:GPRS广域网:可实现供暖小区向管理部门的数据传输。

开窗降温对温度法采暖计量分配系统的影响:

温度面积法 是用室温作为热费分摊的标尺。用户开窗户导致室内温度的变化,是否导致分摊标尺发生变化而引起热费分摊的不公平,是人们关注的问题。

随着开窗时间的加长,室内温度逐渐降低;其中距离窗户较近的t1测点温度下降迅速,渐远的t2、t3测点次之,而用于热费分配的t4测点温度变化很小;这表明,作为短期合理开窗换气,对各热费分配测点影响很小,即对按温度法进行热费分摊的结果几乎无影响;24小时连续开窗试验得出的结论相同。

用户长期大开度的开窗降温,对热费的计量结果是有影响的, 但这是以损失其热舒适度作为代价的,是得不偿失的。

尽管短期开窗对分摊结果没有影响,但为了减少开窗引起的建筑能耗变化,一般都配置了开窗识别系统和惩罚措施,以避免恶意开窗户造成的能耗损失及将开窗户的影响转移到其他用户。

散热器热分配计法 :在每组散热器设置蒸发式或电子式热量分配计,通过对散热器散发热量的测量,并结合楼栋热量表测出的供热量进行热量(费)分摊;

热分配计分摊法 是利用散热器热量分配表所测量的每组散热器的散热量比例关系,来对建筑的总供热量进行分摊的。

其具体做法是,在每组散热器上安装一个散热器热量分配计,在采暖季前后读取分配表的读数,得出各组散热器的散热量比例关系,对总热量表的读数进行计算,得出每个住户的供暖热量。

热分配计法简单,分配计价格低廉(如果采用电子远传式分配计则其价格就不算低廉),测量精度够用(在北京试点研究中,将分配计与户用热量表进行了同步对比试验,证明其测量结果一致性较强)。但这种方法与户用热量表一样,由于每户居民在整幢建筑中所处位置不同,即便同样住户面积,保持同样室温,散热器热量分配计上显示的数字却是不相同的。比如顶层住户会有屋顶,与中间层住户相比多了一个屋顶散热面,为了保持同样室温,散热器必然要多散发出热量来;同样,对于有山墙的住户会比没有山墙的住户在保持同样室温时多耗热量;另外,还存在户间传热问题。因此,应考虑朝向位置和邻室传热带来的热量差异,需要将每户根据散热器热量分配表分摊的热量,根据楼内每户居民在整幢建筑中所处位置折算成当量热量后,才能进行收费。对于买房空置的业主将难以收费。

热量分配计法适用于新建和改造的散热器供暖的系统,不适用于地面辐射供暖系统等供暖系统。

热量分配计法对于既有采暖系统的热计量改造比较方便,不必非得将原有垂直系统改成按户分环的水平系统。

流量温度法 :在每组散热器入口位置安装跨越管和三通阀,并保证无论分流系数多少,三通系统的总流量稳定不变。这样只要测出三通系统的总温差,就能够计算出供暖热量进行热量分摊。

这种方法的前提条件是三通系统的总流量稳定不变,在现场测出流量比例和温差之后,就可以分摊总热表的热量值。

通断时间面积法 :在每户设置可自动通断控制室温的电动阀门,依据阀门的接通时间与每户的建筑面积,进行热量分摊;

通断时间面积法是以每户的供暖系统通水时间为依据,分摊总供热量的方法。

其具体做法是,对于分户水平连接的室内采暖系统,在各户的分支支路上安装室温通断控制阀,用于对该用户散热器的循环水进行通断控制来实现该户的室温控制。同时在各户的代表房间里放置室温控制器,用于测量室内温度和供用户设定温度,并将这两个温度值无线发送给室温通断控制阀。室温通断控制阀根据实测室温与设定值差,确定在一个控制周期内通断阀的开停比,并按照这一开停比控制通断调节阀的通断,以此调节送入室内热量,同时记录和统计各户通断控制阀的接通时间,按照各户的累计接通时间结合采暖面积分摊整栋建筑的热量。

这种方法的前提是每户为一个独立的、集中温控的循环系统,其散热设备的散热能力和采暖负荷一致性较好。它既能够分摊热量,又能够分户控温,不像其它分摊方法都必须在室温调控的前提下才能选用。但是不能实现分室温控,节能效果有所减弱。

户用热量表法 :通过户用热量表测量出的每户供热量,测算出各个热用户的用热比例,按此比例对楼栋热量表测量出的建筑物总供热量进行户间热量分摊。

该分摊系统由各户用热量表以及建筑物热力入口设置的楼栋热量表组成。

这种方法与散热器热量分配表一样,需要将各个住户的热量表显示的数据进行折算,使其做到“相同面积的用户,在相同的舒适度的条件下,交相同的热费”。

户用热量表分摊法适用于分户独立式室内采暖系统及地面辐射供暖系统,但对于既有建筑中应用垂直的采暖管路系统进行“热改”时,不太适用。

根据热量表的流量计的测量方式不同,热量表的主要类型有机械式热量表、电磁式热量表、超声波式热量表。

机械式热量表的初投资相对较低,但热量表的流量计对水质有一定要求,以防止流量计对水质有一定要求,以防止流量计的转动部件被阻塞,影响仪表的正常工作。

热计量表存在的问题


试点中使用

故障率

大口径热表

21

38

户用热表

1216

5 ~20%

存在的问题:

安装问题;水质-堵塞;电池没电或丢失;电路故障;价格太高;旧系统要改造; 表本身问题。

电磁式热量表的初投资相对机械式热量表要高,但仪表的流量计比机械式的精度要高、压损小。电磁式热量表的流量计工作需要外部电源,而且必须水平安装,还需较长的直管段,这使得仪表的安装、拆卸和维护较为不便。

超声波热量表的初投资相对较高,仪表的流量计具有精度高、压损小、不易堵塞等特点,但流量计的管壁锈蚀程度、水中杂质含量、管道振动等因素将影响流量计的精度。

《山东省既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则》JD14-011-2008第8.4.2条对我省既有居住建筑供热计量改造推荐了三种热量分摊方法,分别是温度法、热分配计法、户用热量表法。

公共建筑的冷热计量方式如下:

每栋公共建筑物的采暖热力入口处应设置总热量表,如是空调系统,总热量表应改为冷、热计量两用的总冷热量表。

公共建筑内部归属不同单位的各部分,在保证能分室(区)进行温度调控的前提下,宜分别设置冷热量计量装置。

水力平衡措施:

水力平衡:

静态水力平衡:若系统中所有末端设备的温度控制阀门(如温控阀和电动调节阀等)均处于全开位置,所有动态水力平衡设备也都设定在设计参数位置(设计流量或压差),这时,如果所有末端设备的流量均能达到设计值,则可以认为该系统已达到了静态水力平衡,使用静态水力平衡阀可以实现静态水力平衡。

动态水力平衡:对于变流量系统来说,除了必须达到静态水力平衡外,还必须同时较好地实现动态水力平衡,即在系统运行过程中,各个末端设备的流量均能达到随瞬时负荷改变的瞬时要求流量;而且各个末端设备的流量只随设备负荷的变化而变化,而不受系统压力波动的影响。使用自力式压差控制阀可以实现动态水力平衡。

水力失调:

水力失调是由于水力失衡而引起运行工况失调的一种现象,一般可分为下列两种类型:

静态水力失调:水系统自身固有的,是由于管路系统特性阻力系数的实际值偏离设计值而导致的。

动态水力失调:不是水系统自身固有的,是在系统运行过程中产生的。是因某些末端设备的阀门开度改变而导致流量变化的同时,管路系统的压力产生波动,从而引起互扰而使其它末端设备流量偏离设计值的一种现象。

水系统水力失调导致的表面现象是:冷热不匀、温、湿度达不到设计值。实际上还隐含着系统和设备效率的降低,以及由此而引起的能源消耗的增加。

水力平衡装置:

在采暖与空调水系统中合理地设置水力平衡装置,是一个解决系统水力失调、降低系统能耗、创造舒适人工环境的全新解决方案和有效的技术措施,常用的水力平衡装置有以下几种类型:

静态水力平衡阀:通过改变阀门开度,使阀门的流动阻力发生相应变化来调节流量。是一种具有良好的调节性能、开度和开度限定功能,可以在现场通过和阀体连接的专用仪表测量流经阀门的流量的手动调节阀,简称水力平衡阀或平衡阀

自力式流量控制阀:通过自力式动作,无需外界动力驱动,在某个压差范围内自动控制流量保持恒定的调节阀。又称流量限制阀,一般应用于需要限定最大流量的场合。

自力式压差控制阀:通过自力式动作,无需外界动力驱动,在某个压差范围内自动控制压差保持恒定的调节阀。

水力平衡装置的设置原则:

《供热计量技术规程》第5.2.2条规定:集中供热系统中,建筑物热力入口应安装静态水力平衡阀,并应对系统进行水力平衡调试。

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010第5.2.13条规定:室外管网应进行严格的水力平衡计算。当室外管网通过阀门截流来进行阻力平衡时,各并联环路之间的压力损失差值,不应大于15%。当室外管网水力平衡计算达不到上述要求时,应在热力站和建筑物热力入口处设置静态水力平衡阀。

《供热计量技术规程》第5.2.3条规定:当室内供暖系统为变流量系统时,不应设自力式流量控制阀,是否设置自力式压差控制阀应通过计算热力入口的压差变化幅度确定。

在组合式空调器、新风机组及风机盘管空调器的回水管路上宜设置动态平衡电动调节阀,该阀比采用普通的电动调节阀具有更好的调节特性能。

水力平衡措施:

平衡阀的排布与设置:

静态水力平衡阀

应分级安装,即干管、立管、支管路上均应安装;各个并联支管路上应同时安装;必须根据阀门系数(流通能力)(值)进行选型;静态水力平衡阀既可安装在供水侧,也可安装在回水侧,但出于避免气蚀与噪声等的考虑,建议安装于回水侧;

宜设置空调水系统集水器与各环路回水干管的连接处。

自力式流量控制阀(Flow limiter)

自力式流量控制阀必须根据设计流量进行选型;

自力式流量控制阀不必逐级安装,即在末端安装了自力式流量平衡阀的系统,在支路和立管处不需要再安装;

冷水机组、锅炉出口、热水器等所有需要限制流量的设备,宜安装自力式流量控制阀,以避免这些设备过流。

自力式压差控制阀:

A、 用于稳定立管间的压差;

B、 用于稳定支路间的压差;

C、 用于稳定控制阀上的压差。

自力式压差控制阀不应重叠设置,即在使用了自力式压差控制器的上端回路,不再需要设置任何平衡装置;

以上三种应用中,从平衡效果的角度看,C方案优于B方案,B方案又优于A方案,如果系统中每个控制阀都与一个自力式压差控制器相联,从控制的观点看,这是最好的解决方案,因为控制阀的阀权度接近于1;从性能价格比的角度看,B方案的应用为最多。

自力式压差控制阀并非必须与静态水力平衡阀配套使用。但在实际应用中,为了便于整个系统的故障诊断和调试,自力式压差控制阀通常多数是与静态水力平衡阀配套使用的。在A、B两种情况下,静态水力平衡阀除了和自力式压差控制阀配合外,还可以作为下级静态水力平衡阀的合作阀来使用。

转自暖通南社,版权属于原作者,供学习交流。

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