北京某賓館低溫散熱器采暖設計及研究

姬立敏

（中國城市建設研究院有限公司，北京100120）

1 引言

我國傳統采暖設計供回水溫度為70～95℃，而GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》5.3.1中“散熱器集中供暖系統宜按75℃/50℃連續供暖進行設計，且供水溫度不宜大于85℃，供回水溫差不宜小于20℃”，實際工程采暖的設計溫度多為80～60℃，有的為70～50℃。由此可見，我國開始提倡低溫連續供暖并開始降低傳統的供暖溫度。而歐洲很多國家早已采用60℃以下低溫熱水采暖，并朝著進一步降低系統溫度的方向發展。瑞典的Jonn Are Myhren等人還采用CFD模擬的方法得出在氣密性較差的房間中低溫散熱器采暖的舒適性最佳的結論【1】。同時，由于采暖系統的能耗在建筑能耗中占相當大比例，在建筑節能的背景下，使用更高效的采暖系統對降低建筑能耗尤為重要，因此，嘗試采用既有建筑的低溫散熱器采暖系統改造的設計并研究其運行可行性，對我國研究低溫采暖技術具有一定的支持作用。

2 工程概況

本項目位于北京豐臺區某小區內，總建筑面積6 101.4m2，地上建筑面積5 164.5m2，地下建筑面積936.9m2。地下1層為員工宿舍、設備用房、KTV、健身房；1層為大堂、廚房、餐廳及辦公室；2層為餐飲包間及會議室；3、4、5層為客房。

本建筑原始功能為辦公樓，始建于20世紀90年代，后改造為賓館。現因裝修及節能需求再次重新進行大規模改造，改造前建筑原有供暖方式為散熱器供暖。原有供暖系統為下供下回雙立管異程式系統，散熱器為鑄鐵柱形散熱器。由于為改造項目，市政條件不明確，筆者多次走訪小區熱力站，最終得到該建筑改造前冬季實際運行供回水溫度為60℃/50℃。

3 供暖方案的確定

考慮本建筑位于居住小區內，紅線用地緊張，同時房間層高較低、市政熱源溫度不穩定等因素，風機盤管和地板采暖均不適用于本項目，最終采用散熱器采暖，系統形式仍采用下供下回雙立管異程式系統，供回水計算溫度按甲方及熱力站提供的60℃/50℃，散熱器采用散熱量較大的銅鋁復合柱翼型散熱器。

3.1 低溫散熱器采暖舒適性、節能型、系統適用性分析

散熱器主要依靠對流傳熱，因此，熱氣流上升使上部空間的溫度明顯高于下部，溫度分布不均；散熱器內熱水溫度越高，產生的垂直溫差越大，使人產生干燥的感覺。同時，散熱器供水溫度高于70℃時，有機灰塵會在散熱器表面分解、散發氣味、熏黑墻面的情況明顯。如果散熱器進出口溫度降低，那么，在室內空間范圍內，溫度梯度減小，空間溫度分布會趨于均勻，也就會使人感到舒適。由于散熱器與室溫的溫差減小，低溫散熱器采暖不會使室內空氣的相對濕度劇烈減小，從而室內物體和空氣電離程度降低，人體帶靜電減少，更舒適健康。

垂直溫度梯度越大，房間上部無益的熱損失就越大，通過降低采暖系統熱媒溫度使得散熱器表面溫度減小，可改善這種情況。同時供回水溫度的降低可以減少網路管道的熱損失，提高換熱器熱效率，具有一定的節能性。

本建筑為節能改造的建筑，且24h不間斷供暖，采暖系統分為4段，各系統規模較小且獨立運行控制計量，適合低溫熱水散熱器采暖。

3.2 低溫散熱器采暖設計計算

3.2.1 負荷計算

建筑節能改造后維護結構傳熱系數分別為：外墻K=0.41W/（m2·K），屋頂K=0.3W/（m2·K），外門窗K=2.90W/（m2·K），采用傳熱計算法，利用負荷計算軟件對每個房間進行熱負荷計算，最后得到總熱負荷為159.6kW,熱指標為37W/m2。

3.2.2 散熱器片數計算

散熱器的片數n按照下式計算【2】：

式中，QJ為房間的供暖熱負荷，W；QS為散熱器的單位（每片或每米）散熱量，W/片或W/m；β1為柱形散熱器（如鑄鐵柱形，柱翼型，鋼制柱型等）的組裝片數修正系數及扁管型、板型散熱器長度修正系數；β2為散熱器支管連接方式修正系數；β3為散熱器安裝形式修正系數；β4為進入散熱器流量修正系數。

此工程中β1=1.05，β2=1，β3=1.04，β4=1。選用的銅鋁復合柱翼型散熱器TL-502-400型標準散熱量（Δt=64.5℃）：196W/片，而本項目工況Δt=35℃，利用公式進行計算【3】。公式如下：

式中，Q為計算的散熱量，W/片；Δts為實際工況下的平均溫差，℃，Δts=（T進+T出）-T室溫；a為系數，此處取值0.768。

計算得Q=86.9W/片。

選取3層4段某客房為例，房間熱負荷為1 135W，n=1 135/86.9/1.05/1/1.04/1=12片。若熱媒溫度為95℃/70℃，則房間散熱器片數為n=1135/196/1/1/1.04/1=6片。

客房平面如圖1所示。

圖1 某客房平面圖

3.2.3 管徑計算

節能改造后負荷變小，在滿足熱負荷所要求的熱媒流量條件下，確定系統的管段管徑，以及系統的壓力損失。水利計算應具備的條件是：確定供暖系統的設備及管道布置；已知系統各管段的熱負荷及管段的長度。

熱水供暖系統中計算管段的壓力損失，可用下式表示：

式中，ΔP為計算管段的阻力損失，Pa；ΔPy為計算管段的沿程阻力，Pa；ΔPi為計算管段的局部阻力，Pa；R為每米管長的沿程阻力損失，即比摩阻，Pa/m；L為管段長度，m。

通過水利計算得出，針對本項目既有建筑節能改造后低溫采暖與傳統溫度采暖相比，采暖系統供回水管管徑略有變化，可忽略不計。

3.3 本工程低溫散熱器供暖方案的分析

本工程中低溫散熱器采暖方式一方面可提高舒適性；另一方面，通過設計計算可知采用低溫散熱器采暖時，由于供回水溫度降低，散熱器面積相比于同負荷下采用傳統溫度運行的散熱器數量增加了2倍，散熱器長度加長，并且影響室內美觀。但由于選用的散熱器散熱率較大，且熱負荷比節能改造前變小30%～40%，所以，綜合來說，改造后低溫散熱器增加數量約為改造前高溫熱媒設計散熱器數量的1.4倍左右，整體散熱器布置不會影響房間使用空間。

散熱器數量過多直接導致采暖系統的初投資的大幅增加。若既有建筑節能改造后采用低溫散熱器采暖系統，其因供回水溫度降低引起的散熱器片數增加所造成的采暖系統投資的增加幅度為21.2%【4】。

4 行業低溫散熱器采暖技術研究參考

清華大學江億院士在2013年全國供暖技術交流會《我國集中供熱的現狀和發展途徑》報告中指出：提高熱源效率的關鍵是低溫供熱；低溫供熱可以大幅度提高各類熱源效率；低溫供熱有利于緩解“過量供熱”現象；供熱溫度降低，并不影響室內舒適性。

同濟大學周斌等人通過對上海某低溫散熱器采暖（空氣源熱泵提供55℃/45℃供回水）辦公樓的實測以及在實測的基礎上采用CFD模擬的方法得出低溫散熱器采暖的室內舒適性較好【5】。

哈爾濱工業大學李慶娜等人通過對哈爾濱地區現有的具有代表性的節能住宅的低溫采暖系統進行測試，驗證了應用于節能建筑的低溫散熱器采暖系統連續供熱可滿足熱用戶的用熱需求【6】。

哈爾濱工業大學陳思佳也通過對系統運行、管網熱損失等的理論分析計算和對典型散熱器采暖房間進行CFD數值模擬以及討論低溫散熱器采暖系統與熱泵及冷凝式燃氣熱水器2種高效熱源結合的節能性等得出散熱器采暖系統低溫運行時的有利因素及不利因素，為散熱器采暖系統低溫運行的技術推廣及在實際工程中應用提供理論依據【7】。

國家標準GB 50736—2012《民用建筑采暖通風與空氣調節設計規范》供暖系統設計參數專題中對于散熱器供回水溫度的確定趨于向低溫的方向發展，但總體來說，我國的低溫采暖系統研究應用仍處于落后水平。

5 結語

本文通過對北京某賓館節能改造前后分析計算及方案討論設計并結合當前業內低溫散熱器系統運行的一些研究得出如下結論：

1）低溫散熱器采暖系統改善了室內溫度場不均勻的狀況，熱舒適性較好；同時降低了房間無益熱損失以及管網熱損失，具有一定的節能性；適用于連續供熱的居住性節能建筑。

2）低溫散熱器系統由于供回水溫度降低，導致設計散熱器片數增加約1.4倍，從而增加了散熱器的投資。

3）低溫散熱器采暖已是世界采暖的趨勢，在我國，散熱器低溫供暖系統在建筑領域廣泛應用還需要暖通行業的努力。