供暖末端通断调节与楼栋混水技术示范工程测试

1、暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ 117 ?供暖末端通断调节与楼栋混水技术示范工程测试3清华大学刘兰斌江亿付林孙健摘要对应用供暖末端通断调节技术和楼栋混水技术的某高校学生公寓示范工程进行了 测试。结果表明，将供暖末端通断调节技术应用于垂直单管串联系统，可以有效改善室温调节，消除楼内阴面、阳面，近端、远端的水平失调，特别是对热费公摊的办公建筑，不仅可以实现办公期间的室温正常调控 ，还可以在节假日等无人时段实现低温调控；采用楼栋混水技术 ，使楼内管网“大流量、小温差”运行，可有效降低垂直失调，因此对于垂直失调严重的楼栋，结合楼栋混水技术抑制楼内垂直失调，节能效果

2、尤为明显。关键词通断调节楼栋混水垂直单管供暖系统Testi ng of the dem onst rati on project using on2off valveregulati on tech no logy in heat ing termi nal and water 2mixi ngtech no logy in build ing heat inletBy L i u L anbi n , J i a ng Yi , Fu L i n an d Su n Ji anAbst ract Tests the operating conditions of t he demonst r

3、ation project. The results indicate t hat t he room temperatures can be adjusted and the horizontal imbala nce can be reduced obviously by adopting the on2 off valve regulation technology in vertical one2pip e series heating system , especially f or t he p ublic buildings of which t he heating costs

4、 need not to be shared individually , in w hich the room temp erature can be set at low temp erature point on holidays. In addition , the results also show that t he water 2mixing technology makes the heating syste m operated wit h higher flow rate and lower temperature diff erence , reducing the ve

5、rtical imbala nce of the syste m. Thus , t he energy saving eff ect is re markable by using the two technologies especially for the poor bala nced heating syste ms.Keywor ds on2off valve regulation , water 2mixing in building heat inlet , vertical one2pipe series heating syste m Tsinghua University

6、, Beijing , China暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?0引言目前我国北方很多办公建筑和高校学生公寓 都采用垂直单管串联供暖系统，这类建筑不涉及个 人缴纳热费问题，无需满足很高的个性化需求，节假日只有极少数人留守或值班 ，但由于末端无有效 调节手段，整栋建筑能源浪费严重 。为了改善调 节,避免用户因过热而开窗，促进建筑节能，文献 1 提出了一种供暖末端通断调节的方法，并将该方法应用于分户成环的水平单管串联系统2，而该方法对垂直单管串联供暖系统是否也适用 ？如果3国家科技支撑课题资助(编号:2006BAJ 03A05 202)适用应注意什么？

7、为此笔者于2007 2008年供暖 季在清华大学某研究生公寓进行了示范性应用，以期能够回答这些问题。1测试示范工程概况1. 1 建筑概况该示范工程位于清华大学的紫荆14号公寓,刘兰斌，男,1983年1月生，在读博士研究生 100084清华大学建筑技术科学系(010) 62773885E2mail :llb04 mails. t singhua. edu. cn收稿日期:2008209205一次修回:2008210213二次修回:2008210221暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ #

8、 ?© M94-201O China Academic Jounial ElevtrcKiic Publishiiig House, All rigiits reserved.暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ 119 ?，因此通过调节阀 A,通过调节阀B调节,从而实现“楼内低温该公寓按照民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）J GJ 26 -95）设计 于2004年竣工，总建 筑面积32.66万m2，地上15层（编号014），地下 2层，其中0层中空，作为自行车停车场,114层为学生公寓，建筑布局如图1所示。为便于比较， 同时选取了户型、围护结构

9、、朝向等基本相同的15 号公寓作为参考比较对象。图1紫荆14号、15号公寓建筑布局1.2供暖系统概况公寓楼室内供暖系统采用垂直单管串联形式 散热器布置如图2 所示，其中客厅采用铸铁散热图2通断控制系统安装示意图（立管）器，学生房间采用铜铝复合散热器。由于楼层较高，分为高、低区两个系统，其中17层为低区系 统，814层为高区系统，小区外网分4个支路进 入楼内。目前供暖存在的主要问题如下 ：1）由于供暖末端基本没有调节措施及供暖系 统设计、施工的一些问题，导致有些房间的散热器 面积、位置明显不合理。如沿竖直方向散热器面积 没有变化，同一层部分阳面房间散热器面积是相对 应的阴面房间散热器面积的近2倍

10、等；同时由于该 公寓楼位于外网末端，楼内流量不足，以至于存在 比较严重的上热下冷垂直失调和阳面阴面的楼内 水平失调。2）寒假期间极少数学生留守，整个公寓楼存 在无效供热。清华大学从2007年寒假开始对留守 本科生采用集中居住以节热节电，但搬移宿舍给学 生带来了不便，而且只能减小楼栋入口供暖系统的 流量而不能全部关断。对于单管串联系统，流量减 小会使底层温度急剧降低 ，为防冻，流量减小有一 定局限，实际节热效果会减弱。1. 3供暖系统改造为减轻垂直、水平热力失调，实现室温合理控 制，并实现假期低温调控，节约供暖能耗，对紫荆 14号公寓的供暖系统进行了改造。1）立管安装末端通断控制阀如图2所示,在

11、各立管中部安装通断控制阀 （低区系统安装在4层房间，高区系统安装在11层 房间），同时在其中一个房间安装一个室温控制器 控制该立管所串房间的室温。2）14号公寓热力入口安装混水泵由于紫荆14号公寓位于小区外网末端，楼内 流量不足，垂直失调严重，不利于通过安装末端通 断控制阀进行节能调控，因此为减轻垂直失调，取 得更好的供热和节能效果，安装了图2所示的楼栋 热力入口混水泵系统。在热力入口的供、回水管之 间安装旁通管，同时在供水侧安装1台小型管道混 水泵旁路，通过关闭阀门3,开启阀门1 ,2 ,使外网 供水和一部分回水混合后经混水泵进入楼内循环 由于整栋楼的现有热量足够 使外网的流量仍为现有流量

12、混水量以调节楼内循环流量 大流量，楼外流量不变”，并能保证不会出现“抢水”现象，以取得更好的供热及节能效果。另外，通过开启阀门3,关闭阀门1 ,2 ,可使系统完全按照现有方式运行，保证运行灵活、可靠。紫荆14号公寓共 有4个热力入口 ，此次改造仅在其中的 1号和3号 入口安装了混水泵（见图3）,混水泵流量25 m3/h, 扬程8 m ,额定功率0. 9 kW。需要说明的是，若楼 栋垂直失调不明显，采用末端通断调节方式进行调 节时，不需要额外安装楼栋热力入口混水泵系统。3）14 ,15号公寓热力入口安装楼栋热量表和数据 远传装置暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？

13、 # ?暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?©Chiiia Acadiejiik JounwilPublishing Hou血 Allrented,ww.ciiki.nrt暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ 121 ?暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?图3紫荆14号公寓混水泵安装位置和房间平面图时则I1E姑LI2：L.t'14 ,15号公寓所有热力入口均安装了机械式 楼栋热量表，并通过数据远传系统每隔1 min将热量表所测的楼栋累计热量、累计流量、瞬态热量、瞬

14、态流量和供、回水温度通过手机GPRS网络实时传输到电脑终端。2测试结果2. 1混水泵的应用效果评价安装混水泵的目的是通过楼内“大流量、小温差”循环，削弱楼内热力失调3，为了合理评价混水 泵的实际应用效果，分别对应用混水泵前后同一立 管所串房间的室温和同一时间同一朝向混水和未 混水的两串房间室温进行了测试 。2. 1. 1某立管所串房间混水前后室温变化比较混水泵于 2007年12月25日12 :00开始工 作,由于室外温度也是影响垂直失调程度的重要因 素,因此选取了室外温度变化不大的2007年12月2527日作为考察时间段，比较混水泵工作前后各层房间的室温变化。从图3所示的平面图可以看到，23A

15、房间串（为叙述方便，将同一立管所串房间以所在位置编 号命名。女口 23A高区房间串表示 823A1423A 房间,23A低区房间串表示123A723A房间）安装有混水泵。图4 ,5为混水泵开启前后房间串的 室温变化。可以看到,混水泵开启后（红线对应的 时刻为混水泵开始工作的时间点），23A高区房间串各房间室温曲线变得密集，室温变得均匀，最大温差有明显下降趋势，说明垂直失调在混水泵开始 工作后得到了明显改善。2. 1.2混水立管与未混水立管所串房间室温变化 比较为排除太阳辐射等因素的干扰，选取同一朝向，户型结构、楼层高度等完全相同的房间进行室囹4混术泵开启前后蓉A直区咎房间就謡变比图5混水乘开肓

16、葡后23A房阿卑的雄大講差比戦温比较。如图3 所示23A和15A处于同一朝向、 图68为这两个位置的房间在 2008年1月14 17日的室温变化比较。K6抚A髙区备唐间室需变代（应用凝水福）图了巧几高区各房间室海童化朱应用混水帝）紡的4-2( !：hi /kwklemic JourtsdFubhshin生Al. citJils 忙近飞亡d.暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ 123 ?暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?sTlyivoU1雪一.SEASO&SCKP宙石一tz里巴6 on>i_KB 爭r二艮e

17、G 縫-理.:冷魁=呈«_刊 ±F_»CT15H1 一妾一T-! 宮亘二皐二EXE:00.H二密.BMMrtM wgT;!fi-±-AX 丹3;苦益二 DWXJ" 写鱼汇二童苛 S"*Z-CN1 鳥 £_鱼二一曼苦暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?图8 23A和15A高区房间串的最大温差比较从图中可以看出，进行混水的23A高区房间 串室温曲线密集，室温均匀，立管所串房间最大温 差仅为12 C，而未进行混水的15A高区房间串 室温曲线疏散，立管所串房间最大温差达到45C,通过混水降低了

18、 3 C左右的失调度。因此可以 明显看出，混水泵开始工作后，各层之间的室温差 异减小，即通过混水使得楼内供暖系统“大温差、小 流量”运行，可有效改善垂直失调。2.2末端通断调节系统室温控制效果评价2. 2. 1调控房间的室温控制效果图9,10显示了通过温度自记仪测得的不同朝 向典型房间的室温变化情况，可以看出，温度控制 效果较好，基本可以保证在设定温度±0.5 C的范围内波动；即在热源充足的情况下，通过末端通断调节，不同位置、不同负荷特性的房间的室温均能 得到较好的控制。 I侧;诂邀巫洱1虫一宅外U用.图101023A室温变化达不到要求。图11，12显示了某两个立管所串所 有房间的室

19、温变化情况，可以看出，尽管只控制了 其中的一个房间（低区室温控制器放置在3层的房间，高区室温控制器放置在10层的房间），但所有房间室温均满足要求。通常将室温控制器放置在 温度低的房间比较合适（一般来说上供下回单管串 联系统放在最底层）。图12中位于最底层的115A 房间室温较高，这是由于在 115A房间的下面（0 层）是生活热水中继泵房，而其他房间下层为镂空 的自行车停车场，故115A房间相比其他底层房间 室温反而较高。暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?史一一 二左二匸奎盂看亠fifz二 0tM.xrlA%畫一上一 M至5" 岂爼二囂 垂里二

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21、3;IA3“ oosul图9315A室温变化圣 m=mt_w.54X-»:!SI 12115A-715A房间室温穽址2. 2. 2立管上所有房间的室温控制效果对于垂直单管串联系统，每根立管只安装一个 通断控制阀，检测在某个房间对整个立管的流量进 行通断调节是否可行，是否会使得其他用户的室温暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?y94-20< Lhiiia Academic Jdunwl Eleclr<MiicAll ritdils rest”亡d,titv,w

22、.nw暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ 125 ?2. 3节能效果评价2. 3. 1通断控制阀工作情况通断控制阀是否正常工作直接影响节能效果。示范工程中，由于进行调控后室温有所降低，部分房间学生私自对通断控制阀进行断电，致阀门常开,从而导致房间实际未进行调控；图13为随机抽查的某天通断控制阀的工作情况，总计安装175个通断控制阀，其中43个被学生断电，失去调控作 用，正常工作的有132个。图14为正常工作的通 断控制阀在整个供暖季累计的阀门开启占空比，最小的仅开启了 37%的时间。所有正常工作的阀门 平均开启时间为80 %。F 口一羽亡>£S

23、g£§ggE8生112D1W0 LOST IO：rMJ：亍!11r-a1g.c a c ng-g：ggTl£匸51117ZTi弭悭A - I盟期 唯 宰外世輕阳13通航控制阀工荐憎况統计图15 W22A与W22B的室温比较1022f?ig22R图161022A与10220阀门累计开启占空比比较曲序峪图14各逋斷控封阀的累计阀门开启占空比o- 9 R 7 b s- 4 3 2 1 o r也fl,o.*,-o.o.D.o.o¥七3$t2. 3. 2受控与未受控房间温度比较图15比较了处于同一位置的1022A房间（进行调控）和1022B房间（未进行调控）的室温

24、变化 情况。可以看出，1022B的室温波动较大，同时室 温较高，而1022A波动较小，且室温控制在设定温 度。图16是这两个房间的阀门累计开启占空比比 较，可以发现，在房间负荷基本相同的情况下， 1022A的阀门开启时间仅为1022B的50 %也即1022B由于没有调控，室温偏高，浪费了大量能源。 2. 3. 3紫荆14号和15号公寓供暖热量比较紫荆14号和15号公寓均属于博士生公寓，在围护结构、户型设计等方面完全相同，室内人员作息规律也相近，位置也很近，比较同一时段两座公 寓的实际耗热量，可排除其他因素的干扰，从而使节能效果评价较为合理。1）总耗热量比较表1为紫荆14，15号公寓整个供暖季的

25、耗热 量比较，通过末端通断调节，14号公寓比15号公寓节约热量0. 05 GJ/m2，节能率达13 %。同时14 号公寓耗热量为 0. 341 GJ/m2 ,仍然偏高，分析主 要有以下原因：一是由于宣传不足，部分房间学生对通断控制阀进行断电，导致阀门常开，房间未进行调控；二是设定温度偏高，最低设定温度为22C;三是由于示范的是博士生公寓，放假较晚，同时由于雪灾的影响，造成晚回或留守学生较多，寒假 期间基本未能实行低温调控。因此如果加强宣传、 调低设定温度会获得更大的节能效果。总热量/ GJ供暖面积/m2单位面积供暖能耗/ （GJ/ m2）14号公寓11 13632 655. 60. 34115

26、号公寓12 69332 485. 70. 390表1总耗热量比较2）额外耗电由于增加混水泵和通断控制阀，需要额外耗电，其中混水泵的耗电量由单独电表计量，总耗电量为4 531 kWh。通断控制阀的耗电量虽没有直 接计量，但通过测试的实际功率可计算出整个供暖 季通断控制阀的耗电量为 950 kWh。则额外总耗 电量为5 481 kWh，以发电煤耗效率为 34 %计 折 合成一次煤耗为58. 03 GJ热量，而14号公寓耗热 量为11 136 GJ，考虑燃煤锅炉效率为75% ,则折ChinaJciuriialFubhshingAll rerv-ed.trttt>:?/www,Cfikinia;

27、暖通空调HV &A C 2009年第39卷第1期工程实例 ？ # ?图17节约热与室井泯度日莊代曲线E«&詈H弟亍EE寓巴EC舄fmncEE«f 込一UEsrNlT"一筍書 _§合成一次煤耗为14 848 GJ热量。从一次能源消 耗比较可以看出，额外耗电量仅占14号公寓供热耗热量的0. 39 %，几乎可以忽略不计。即使相比节约的热量1 557 GJ,从一次能源消耗比较，额夕卜的耗电也只占节约燃煤的2.8%，所占比例很小。3) 节能分析图17,18分别为紫荆14号公寓相比15号公1-.«Fllfl图怡节约綁室外猛度周菠代曲蛙寓节约

28、的热量随室外温度日变化和周变化曲线 ，可 以看出节约的热量和室外温度变化正相关 ，即室外 温度越高，节约的热量越多，说明初、末寒负荷较低 时,热源调节难以与负荷变化同步，很容易过量供热。因此有必要在末端加装自动调控措施，解决热源调节与负荷需求不匹配的问题。3结论3. 1通过楼栋混水，使楼内管网“大流量、小温差” 运行，对改善楼内热力失调有明显效果，测试结果表明垂直失调程度减轻 23 C。3. 2对于垂直单管串联系统，通过在每根立管上 安装通断控制阀，在代表房间放置室温控制器，并由维护人员统一设定温度，可有效改善末端调节 ， 单个立管的流量整体进行通断调节，所有房间的室-温均满足要求。3. 3对于垂直单管串联系统，末端进行通断调节 时，应注意立管垂直失调不能太大，否则整个立管的调节受最冷房间的室温制约，室温不能设定太低，节能效果减弱，此时可同时应用混水技术 。3.4采用末端通断调节，对于不涉及个人缴纳热费 的办公建筑和高校学生公寓，不仅可以实现正常时 段的室温调控，而且节假日等无人时段可实现低温 调控，对于垂直失调严重的楼栋，结合楼栋混水技术 抑制楼内垂直失调，节能效果尤为明显。但应加强 宣传或在施工改造过程中使用户无法对通