组合型末端采暖装置的热舒适性实验研究

摘 要

摘要：通过对城市供热系统中3种不同末端采暖装置(散热器、供暖型风机盘管、散热器与供暖型风机盘管相结合的组合型末端采暖装置)的室内热舒适性指标(PMV、PPD)进行测试分析，提
摘要：通过对城市供热系统中3种不同末端采暖装置(散热器、供暖型风机盘管、散热器与供暖型风机盘管相结合的组合型末端采暖装置)的室内热舒适性指标(PMV、PPD)进行测试分析，提出推动行为节能切实可行的办法，为技术节能和行为节能各占一半指标的实现提供了一种解决途径。
关键词：散热器；风机盘管；组合型末端采暖装置；行为节能；热舒适性
Experimental Study on Thermal Comfort of Combination-type Terminal Heating Unit
ZHANG Lilu，YOU Yuwen，DAI Wei，DUAN Lianjie
Abstract：The indoor thermal comfort indexes(PMV and PPD)of three kinds of terminal heating units including radiator，heating fan-coil and combination-type terminal heating unit of radiator and heating fan-coil in urban heat-supply system are tested and analyzed.A feasible method to promote behavioral energy-saving is proposed to provide a way to achieve technical energy-saving and behavioral energy-saving half-and-half.
Key words：radiator；fan-coil；combination-type terminal heating unit；behavioral energy-saving；thermal comfort
1 概述
    节能是供热技术发展的重要目标之一。文献[1]指出，实现高效节能方式的核心是把建筑物末端采暖装置的水温降下来，末端温度越低，系统效率越高，末端温度每降低1℃，系统效率提高0.5%。目前我国城市供热系统中很大一部分热用户，仍然以单管顺流式供暖为主要形式，并在此基础上进行了一系列的改造[2]。其中增设跨越管、温控阀后，系统节能效果好，室内舒适度高，造价低，但在居民节能意识不强的情况下，只适用于舒适度要求较高而无需进行分户计量的建筑。采用改变末端散热设备实现节能的核心是把建筑物末端采暖装置的水温降下来，其实现途径是增大末端采暖装置的换热能力[1]。本文将散热器与供暖型风机盘管结合使用(简称组合型末端采暖装置)，作为行为节能中一个重要调控手段。人们外出时仅将散热器开启而关闭风机盘管的风机和进水阀门，可以维持基础室温(5～10℃)[2]。
2 不同末端采暖装置的实验研究
2.1 实验条件
    在天津市某高校3间尺寸均为3600mm×5680mm×3600mm(宽×进深×高)的实验室中进行了实验研究，3间实验室的采暖装置分别是组合型末端采暖装置、维持基础室温的散热器及满足热负荷要求的散热器。实验室的平面布置见图1，围护结构特性参数见表1。对散热器、供暖型风机盘管、组合型末端采暖装置3种采暖方式进行实验研究。
 

表1 实验室的围护结构特性参数
围护结构名称
材料
传热系数/(W·m-1·K-1)
外墙
厚370mm
1.65
分隔墙
厚240mm
1.72
楼板
钢筋混凝土
3.10
外窗
铝合金双层窗
3.70
   实验室1窗户下面的散热器管路上装有热量表、球阀及供暖型风机盘管。设备连接见图2，维持基础室温的散热器和风机盘管并联。
 

2.2 测试与分析
   在有邻室效应[4～5]的情况下，实验室1、2的基础室温设计为10℃。实验研究是在满足ISO 7726—2001《热环境的人类工效学 物理量测量仪器》及IS0 7730—2005《热环境的人类工效学 使用PMV和PPD指数和局部热标准计算热设备的分析测定和解释》对室内热环境测试的要求下进行的。利用室内热舒适度测试仪Swema 3000中的微处理机，完成影响人体热感觉的环境参数(干球温度、空气相对湿度、风速、平均辐射温度)和个体参数(人体活动强度MET、衣着热阻CLO)的数据采集分析工作，测得预计平均热感觉指标PMV和预计不满意者的百分数PPD。静坐工作时MET=1.2，静坐休息时MET=1.0；较多着装时CLO=1.0，一般着装时CLO=0.7。
   ① 散热器采暖
   实验室2选用维持基础室温所需的9片TZ4-6-5型4柱760散热器单独运行[6]，由Swema 3000测得：当CLO=1.0时，当人在室内静坐休息时，PMV=-2.41，PPD=91.52%；静坐工作时，PMV=-1.58，PPD=55.34%。人体感觉很不舒适。
    实验室3采用满足室内热负荷要求的散热器采暖。当CLO=1.0时，当人在室内静坐休息时，PMV=-0.71，PPD=15.63%。当人在室内静坐工作时，PMV=-0.20，PPD=5.86%，此时室内热环境符合IS0 7730—2005对可接受热环境的规定(-0.5＜PMV＜0.5、PPD＜10%)，即较多着装者静坐工作时的热舒适性较好。
    ② 供暖型风机盘管采暖
    供暖型风机盘管作为末端采暖装置，完全承担室内所需热量。当人们外出时，可关断风机盘管的风机电源，利用换热盘管(铜管串铝翅片)内流动的热水向室内自然对流散热，来维持基础室温。而当人们进入房间后，可通过调节供暖型风机盘管风机开关的档位(分高、中、低3档).来调节室内温度，同时还可控制房间升温的快慢。因此，利用供暖型风机盘管采暖，可达到调控节能的目的[7]。设计供暖型风机盘管时，相关参数的选取及计算可参照GB/T 19232—2003《风机盘管机组》进行。根据近几年对不同实验室采用的不同型号风机盘管进行实际运行数据的采集和分析，建议风机盘管选型时，供热量按照室内热负荷的2～4倍选取。实验室1选用的供暖型风机盘管性能参数见表2。
表2 风机盘管性能参数
型号
B
电压/V
220
输入功率/W
50
水质量流量/(kg·h-1)
600
供热量/W
5250
风量/(m3·h-1)
630
    供暖型风机盘管单独采暖可实现45℃供水、35℃回水，这可使供水温度降得更低(低于地板辐射采暖供水温度)，系统效率更高[1]。通过实验可知，即使人们外出时关闭风机盘管的风机电源，使得室温下降很多，但当风机开启后，风机盘管产生的强迫对流换热能使室温很快回升到人体感觉舒适的温度，这对行为节能的开展具有积极的促进作用。通过对历年采集的数据进行处理分析可知，在换热盘管维持基础室温条件下，供暖型风机盘管初开启时，每小时平均温升约为3.17℃。如业主对房间的相对湿度有要求，可在风机盘管出风口处加装条形水槽。
    当供暖型风机盘管单独运行时，采用Swema 3000对实验室1的热环境进行测试。结果显示，当CLO=1.0时，当人员静坐休息时，PMV=-0.63，PPD=13.26%；当人员静坐工作时，PMV=-0.14，PPD=5.41%。可见，当供暖型风机盘管单独采暖时，较多着装者静坐工作时的热环境符合ISO 7730—2005对可接受热环境的规定。较单纯采用满足室内热负荷要求的散热器采暖，静坐休息时PMV提高了0.08，PPD降低了2.37%；静坐工作时PMV提高了0.06，PPD降低了0.45%。
    ③ 组合型末端采暖装置采暖
    当人员离家或学校放学、单位下班时，可关闭供暖型风机盘管的风机电源及其球阀。此时，由散热器维持室内基础室温，即在进行散热器面积计算时，室内温度取室内基础室温。
    在维持基础室温的散热器开启条件下，人们可根据实际需要间歇开启风机盘管。需要时开启风机，室温迅速达到设定温度后，关闭风机电源，风机停止运转。此时，热水流经供暖型风机盘管和散热器，回到外网。
    在实验室1中，采用组合型末端采暖装置进行采暖，开启供暖型风机盘管的风机中档后进行测试。当CLO=1.0时，当人员静坐休息时，PMV的平均值为0.31，PPD的平均值为7.26%，满足IS0 7730—2005对可接受热环境的规定，即室内热环境满足大部分人的舒适要求。静坐工作时，PMV的平均值为0.63，PPD的平均值为13.38%，人们需将较多着装变为一般着装(CLO=0.7)。变为一般着装后，静坐工作时PMV的平均值为0.28，PPD的平均值为6.87%；静坐休息时PMV的平均值为-0.04，PPD的平均值为5.20%。此时静坐工作和静坐休息时的热环境均符合IS0 7730—2005对可接受热环境的规定。可见采用组合型末端采暖装置采暖，既符合人们的日常行为习惯，又提升了人们的生活品质。通过对几年实测数据的分析，建议采用组合型末端采暖装置时，在进行维持基础室温所需的散热器面积计算时，散热器的散热量宜取该房间室内采暖设计热负荷的40%。组合型末端采暖装置采暖时的PMV、PPD分别见图3、4。
 

2.3 小结
    供暖型风机盘管或组合型末端采暖装置由于有动力源——风机的存在，在人们的活动区域气流组织显得更加均匀稳定。在相同供水温度下，采用组合型末端采暖装置的室内热舒适度最高。这是由于热空气密度小，会不断上升，在风机的驱动下，强制对流成为换热的主要形式。在供暖型风机盘管开启的时间内，空气在室内形成大的回旋涡流，室内的速度场和温度场更加均匀稳定。且在风机的作用下，房间呈微正压，冷风渗透可以消除。此外，风机的机外余压小，噪声低，出口风速低，因此该种组合形式易于被人们所接受。
3 经济技术性分析
   ① 采用供暖型风机盘管的强制对流传热方式供暖，使供暖型风机盘管的供回水温差较常规单纯散热器采暖方式大。从热源的角度来看，可节省设备造价和能源消耗，同时减少了锅炉房的运行费和维护费[8]，使热价的固定费部分[9]有所降低。
   ② 当采用常规散热器、供暖型风机盘管、维持基础室温的散热器、组合型末端采暖装置进行采暖时，室内最低温度分别为16.94、12.60、10.69、14.56℃；最高温度分别为20.19、21.30、15.13、24.30℃。可见按照温差调节范围由大到小排列为：组合型末端采暖装置、供暖型风机盘管、散热器。
   ③ 实验证明组合型末端采暖装置比单纯散热器采暖更具有可调节性、舒适性和经济性，是完全可行的一种行为节能[10]方式，而且维修简单方便。
参考文献：
[1] 江亿.北方采暖系统节能潜力及途径[EB/OL].[2010-08-21].hnp：∥blog.soufun.com/26044457/10405327/articledetail.htm.
[2] 王文起，蔡波.单管顺流供暖系统热计量及}昆合末端的应用[J].煤气与热力，2004，24(8)：452-453.
[3] 王文起，冯广村.单管顺流式系统热计量中风机盘管与散热器组合的探讨[J].节能，2005(7)：33-35.
[4] 王随林，李丽萍.不同居住建筑户间传热问题的探讨[C]∥中国建筑学会暖通空调分会，中国制冷学会空调热泵专业委员会.全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集.北京：暖通空调编辑部，2002：11-14.
[5] 刘晓华，张晓亮，燕达，等.分户计量中的邻室传热问题[C]∥中国建筑学会暖通空调分会，中国制冷学会空调热泵专业委员会.全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集.北京：暖通空调编辑部，2002：19-22.
[6] 张丽璐，王文起，戴伟.城市供热系统中热用户的行为节能研究[C]∥中国建筑学会暖通空调分会，中国制冷学会空调热泵专业委员会.全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集.北京：暖通空调编辑部，2008：14.
[7] 王文起，蔡波.风机盘管替代单管顺流式系统中的散热器分析[J].节能与环保，2004(2)：33-34.
[8] 王荣光，沈天行.可再生能源利用与建筑节能[M].北京：机械工业出版社，2004：278.
[9] 喻李葵.一种集中供热分户计费方法的研究[J].暖通空调，2003(2)：126-128.
[10] 邵宗义.采暖季节话节能[J].中国建设信息供热制冷，2006(2)：38-39.
 
(本文作者：张丽璐1 由玉文1 戴伟2 段连杰1 1.天津城市建设学院 天津 300384；2.天津市迈高超净工程技术有限公司 天津 300061)