淺談采暖系統(tǒng)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用

紀(jì)波

摘要：

在我國(guó)北方地區(qū),冬季采暖是與人們工作、生活息息相關(guān)的大事. 供熱耗能高而熱環(huán)境差,是我國(guó)目前供暖的基本特征. 隨著人們生活水平的提高,對(duì)采暖的舒適程度要求越來越高. 室內(nèi)熱舒適性是暖通空調(diào)領(lǐng)域幾十年來一直持續(xù)的研究，對(duì)于傳統(tǒng)的供暖方式形成的室內(nèi)熱環(huán)境的研究，也已有了大量文獻(xiàn)。但現(xiàn)在多功能建筑建筑對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)的要求以及新型供暖方式的出現(xiàn)，使得室內(nèi)熱環(huán)境具有了不同于傳統(tǒng)供暖房間的熱工特性。

關(guān)鍵詞：供暖方式、采暖系統(tǒng)、建筑節(jié)能、能源結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TS958文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

人們?cè)谌粘Ｉ詈蜕鐣?huì)生產(chǎn)中都需要使用大量的熱能。將自然界的能源直接或間接地轉(zhuǎn)化為熱能，以滿足人們需要的科學(xué)技術(shù)，稱為熱能工程。供暖就是用人工方法向室內(nèi)供給熱量，使保持一定的室內(nèi)溫度，以創(chuàng)造適宜的生活條件或工作條件的技術(shù)。所有供暖系統(tǒng)都由熱媒制備（熱源）、熱媒輸送和熱媒利用（散熱設(shè)備）三個(gè)主要部分組成。

隨著我國(guó)建筑業(yè)的飛速發(fā)展，建筑能耗占總能耗的比重越來越大，已經(jīng)達(dá)到27％。其中約有55％為采暖能耗，是建筑能耗的最主要部分，也是浪費(fèi)最為嚴(yán)重和節(jié)能潛力最大的部分。鑒于此，選用推廣最優(yōu)化的采暖方式、對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行有效地管理、執(zhí)行合理的相關(guān)政策等來降低采暖能耗，對(duì)建筑節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至為關(guān)鍵。我國(guó)的建筑節(jié)能程度相比發(fā)達(dá)國(guó)家還很低，但是這也從另一方面說明我國(guó)存在巨大的節(jié)能潛力，現(xiàn)階段節(jié)能的邊際成本還是比較低的，值得投入。隨著城市能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)調(diào)整、采暖制度改革、建筑節(jié)能等因素的要求，現(xiàn)在出現(xiàn)了多種多樣的采暖方式。如以燃?xì)鉃槟茉吹牟膳绞?，包括燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)、大型燃?xì)忮仩t房集中供熱、小型模塊化單棟建筑或單元式燃?xì)夤帷⒎謶羧細(xì)鉅t供熱等；以燃油為能源的采暖方式，包括大中型燃油鍋爐房集中供熱、商業(yè)建筑中的直燃機(jī)等；以電為能源的供熱方式，主要有直接電熱方式（包括電暖氣與電熱膜采暖）和風(fēng)冷熱泵、集中和分戶水源熱泵、地源熱泵等熱泵采暖方式。 多種采暖方式的出現(xiàn)，為人們進(jìn)行最優(yōu)化、最適宜地采暖方式地選擇提供了可能。

集中采暖系統(tǒng)的熱媒，應(yīng)根據(jù)建筑物的用途、供熱情況和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)等條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，采暖系統(tǒng)常用的熱媒為水、蒸汽和空氣。并應(yīng)按下列規(guī)定選擇：民用建筑應(yīng)采用熱水做熱媒。工業(yè)建筑，當(dāng)廠區(qū)只有采暖用熱或以采暖用熱為主時(shí)，亦采用高溫水做熱媒；當(dāng)廠區(qū)供熱以工藝用蒸汽為主時(shí)，在不違反衛(wèi)生、技術(shù)和節(jié)能要求的條件下，可采用蒸汽做熱媒。熱水和蒸汽是集中采暖系統(tǒng)最常用的兩種熱媒。多年的實(shí)踐證明，熱水采暖比蒸汽采暖具有許多優(yōu)點(diǎn)，從實(shí)際使用情況看，熱水做熱媒不但采暖效果好，而且鍋爐設(shè)備、燃料消耗和司爐維修人員等比使用蒸汽采暖減少了30%左右。在我國(guó)，習(xí)慣認(rèn)為：水溫低于100℃的熱水，稱為低溫水，室內(nèi)供暖系統(tǒng)，大多采用低溫水為熱媒；設(shè)計(jì)供、回水溫度多采用95℃/70℃。水溫超過100℃的熱水，稱為高溫水，高溫水供暖系統(tǒng)一般宜在生產(chǎn)廠房中應(yīng)用，設(shè)計(jì)供、回水溫度到多采用120~130℃/70~80℃。

采暖系統(tǒng)分熱水和蒸汽兩個(gè)系統(tǒng)，其中，熱水采暖系統(tǒng)：按熱媒溫度的不同，可分為低溫水采暖系統(tǒng)和高溫水采暖系統(tǒng)。按系統(tǒng)循環(huán)動(dòng)力的不同，可分為重力（自然）循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)。按供、回水方式不同，可分為單管系統(tǒng)和雙管系統(tǒng)。按系統(tǒng)管道敷設(shè)方式的不同，可分為垂直式和水平式系統(tǒng)。以下詳細(xì)介紹下不同采暖系統(tǒng)的區(qū)別：

1.機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)與重力循環(huán)系統(tǒng)的對(duì)比

機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)與重力循環(huán)系統(tǒng)的主要差別是在系統(tǒng)中設(shè)置了循環(huán)水泵，靠水泵的機(jī)械能，使水在系統(tǒng)中強(qiáng)制循環(huán)。在機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)中，設(shè)置了循環(huán)水泵，增加了系統(tǒng)的經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用和維修工作量；但由于水泵所產(chǎn)生的作用壓力大，因而供暖范圍可以擴(kuò)大。機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)不僅用于單幢建筑物中，也可以用于多幢建筑物，甚至發(fā)展為區(qū)域熱水供暖系統(tǒng)。機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)成為應(yīng)用最廣泛的一種供暖系統(tǒng)。

2.單雙管系統(tǒng)的對(duì)比

首先作用壓力計(jì)算不同，各層散熱器的平均進(jìn)出水溫度也不相同。在雙管系統(tǒng)中，各層散熱器的平均進(jìn)出水溫是相同的；而在單管系統(tǒng)中，各層散熱器的進(jìn)出口水溫是不相等的。越往下層，進(jìn)水溫度越低，因而各層散熱器的傳熱系數(shù)值也不相等。由于這個(gè)影響，單管系統(tǒng)立管的散熱器總面積一般比雙管系統(tǒng)地稍大些。在者單管系統(tǒng)節(jié)省管材，散熱器不能單獨(dú)調(diào)節(jié)。雙管系統(tǒng)多一個(gè)立管，能單獨(dú)調(diào)節(jié)，易產(chǎn)生垂直失調(diào)。單管順流式系統(tǒng)的特點(diǎn)是立管中全部的水量順次流入各層散熱器。順流式系統(tǒng)型式簡(jiǎn)單、施工方便，造價(jià)低，是國(guó)內(nèi)目前一般建筑廣泛應(yīng)用的一種形式。

3.垂直式系統(tǒng)與水平式系統(tǒng)

水平式系統(tǒng)與垂直式系統(tǒng)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)的總造價(jià)，一般要比垂直式系統(tǒng)要低；②管路簡(jiǎn)單，無穿過各層樓板的立管，施工方便；③有可能利用最高層的輔助空間（如樓梯間、廁所等），架設(shè)膨脹水箱，不必在頂棚上專設(shè)安裝膨脹水箱的房間。這樣不僅降低了建筑造價(jià)，還不影響建筑物外形美觀。因此，水平式系統(tǒng)也是國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的一種形式。此外，對(duì)于一些各層有不同使用功能或不同溫度的建筑物，采用水平式系統(tǒng)，更便于分層管理和調(diào)節(jié)。但單管水平式系統(tǒng)串聯(lián)散熱器很多時(shí)，運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)水平失調(diào)，即前端過熱而末端過冷現(xiàn)象。

現(xiàn)在的采暖方式已經(jīng)不僅僅局限于兩三種，而是有很多種選擇；選擇時(shí)要考慮的因素也越來越多，如環(huán)保能源方面、投資方面、運(yùn)行管理方面、舒適程度等等?，F(xiàn)在我國(guó)正處在基本建設(shè)加速發(fā)展的時(shí)期，許多城市迫于環(huán)境保護(hù)的壓力急需在各種采暖方式中作出選擇。而各種采暖方式在初投資、運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)境影響、安全性、舒適性等上的綜合評(píng)判尚無定論，存在很大的爭(zhēng)議。推廣哪一種采暖方式對(duì)一個(gè)城市來說都涉及巨大的資金投入，錯(cuò)誤的選擇采用某種不適當(dāng)?shù)牟膳绞?，不僅會(huì)導(dǎo)致巨大而寶貴的建設(shè)資金的浪費(fèi)、還會(huì)引起能源、環(huán)境和社會(huì)安定等方面的一系列問題。 隨著新技術(shù)、新產(chǎn)品的出現(xiàn)，集中供暖方式一統(tǒng)天下受到挑戰(zhàn)，采暖、熱水一體化的獨(dú)立分戶采暖等方式紛紛出現(xiàn)。商品住宅雙衛(wèi)、多衛(wèi)等大戶型，復(fù)式、別墅住宅結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，對(duì)家庭供暖設(shè)備和衛(wèi)生熱水提出了更高的要求。家庭采暖設(shè)施和衛(wèi)生熱水一體化被越來越多的房地產(chǎn)開發(fā)商看好。

面對(duì)改善環(huán)境的壓力，我國(guó)正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，計(jì)劃到2010年使我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中煤炭的比重降到60％以下，天然氣的比重上升到8％左右，其中增加的清潔燃料部分將主要用于大型、特大型城市的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善這些城市環(huán)境日益惡化的狀況，增強(qiáng)其可發(fā)展的能力。我國(guó)的電力供應(yīng)也已基本上扭轉(zhuǎn)了建國(guó)以來一直供不應(yīng)求、嚴(yán)重阻礙工農(nóng)業(yè)發(fā)展的局面。電力供需總量差不多平衡，但是突出的問題是電力負(fù)荷峰谷差較大。雖然長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這種局面會(huì)很快地消失，但是近期以來，為了優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行、保證安全供電，現(xiàn)階段對(duì)電力負(fù)荷削峰填谷還是比較重要的。城市能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和能源供應(yīng)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)背景，使得采暖用能系統(tǒng)的選擇趨于多元化，從而使得優(yōu)化整個(gè)城市的采暖能源系統(tǒng)成為可能。

建國(guó)以后，我國(guó)以城市集中供熱為突出代表的采暖事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，取得了巨大的建設(shè)成就，城市熱化比例不斷增大。原有的采暖方式主要包括城市集中采暖與居民家庭煤爐采暖兩大類，其中城市集中熱力網(wǎng)的熱源主要是大型區(qū)域燃煤鍋爐房與燃煤熱電廠兩種形式。隨著我國(guó)社會(huì)主義事業(yè)的不斷發(fā)展，各種客觀制約條件的變化，生產(chǎn)技術(shù)能力的提高，采暖方式日趨多樣化，人們面臨的選擇也越來越多。這就要求我們必須從各個(gè)能源消耗系統(tǒng)入手，盡最大努力，既滿足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的需求，又盡量減少由于使用能源對(duì)我們賴以生存的環(huán)境所造成的危害與破壞。具體針對(duì)采暖系統(tǒng)而言，在掌握大量可靠的第一手資料的基礎(chǔ)上，對(duì)各種常見的采暖系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)實(shí)際條件的具備情況和決策時(shí)考慮的側(cè)重點(diǎn)的不同，給出實(shí)際情況下的最為優(yōu)化與適宜的采暖方式，并進(jìn)一步結(jié)合整個(gè)城市的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，調(diào)整優(yōu)化整個(gè)城市的采暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整個(gè)城市的可持續(xù)發(fā)展能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀平，孫剛.盛昌源.供熱工程［M］. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1993.

[2] 榮秀惠，肖蘭生，隋鋒貞.實(shí)用供暖工程設(shè)計(jì)［M］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987.

[3] 顧興菳.民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)措施［S］.第二版.