試驗分析 | 壁掛爐散熱器系統常見控制方式之真實節能效果大比拼
市場上目前最常見的燃氣壁掛爐散熱器系統的三種控制方式,分別為:手動閥控制、溫控閥(溫包)控制,室內溫控器控制。手動閥占領市場的主導
市場上目前最常見的燃氣壁掛爐散熱器系統的三種控制方式,分別為:手動閥控制、溫控閥(溫包)控制,室內溫控器控制。手動閥占領市場的主導位置,溫控閥次之,而室內溫控器在實際應用中極少能夠見到。
隨著人民的生活水平提升,社會經濟的高速發展,環境問題逐漸顯現了出來,尤其是北方的霧霾天氣發生的頻率逐年增長。人們對環境保護的重視程度也越來越高,國家開始大力發展清潔能源供暖,政府主導的煤改氣項目正是為了改善環境而采取的措施。
與此同時,隨著各地階梯氣價政策的實行,燃氣采暖用戶用氣量很容易達到2階,3階,這無形中加大了人們用氣費的壓力,怎樣找到一款既能舒適采暖,又不用擔心燃氣量超額的好產品,成為了大家在選購采暖設備時一致的“剛需”。
今天小沃引用《散熱器采暖系統三種控制方式耗能分析-嚴世敏》論文中的部分試驗數據與小沃智能地暖分室溫控系統進行對比,為大家揭秘手動閥控制、溫控閥(溫包)控制,室內溫控器控制、小沃精靈真實的節能、溫控效果到底如何!
溫馨提示:本文試驗描述內容較長,沒耐心的朋友建議直接下劃到文章末尾看總結。
一、場所描述及試驗方法
本次試驗模擬家庭散熱器供暖系統,使用一臺額定采暖熱輸出24kW,最小供暖熱輸出7.1kW的壁掛爐,以雙管異程方式連接3組散熱器,為一面積約80m2的區域進行供暖,整個系統的水流量為480L/h。根據試驗場所的圍護結構,計算該試驗場所在試驗期間溫度工況下,采暖熱負荷為約7.2kW。
述略示意圖和場所示意圖見圖1、圖2:


為方便比較分析,三種控制方式采暖出水溫度都設置為70℃,連續采集記錄12h,當采暖出水溫度高于設定溫度+5℃時熄火,水泵繼續運轉,溫度低于設定溫度-15℃時且熄火2分鐘后,壁掛爐啟動點火。試驗期間內統計采暖出水溫度、室內溫度、室外溫度、累計水流量、燃氣耗量等數據。
二、試驗研究不同控制方式
本次參與試驗的控制方式有:手動閥控制、溫控閥(溫包)控制,室內溫控器控制、小沃精靈。
1、手動閥控制方式
三組散熱器使用手動閥門,按時常用戶使用習慣,將三組閥門打開進行全濕采暖,壁掛爐自身程序完全按系統模式運行,當室內采暖所需負荷小于機器的最小熱輸出時,壁掛爐就會超溫停機(如圖中20∶00至0∶00),當室內采暖負荷大于等于機器的熱輸出時,壁掛爐就會一直運行(如圖中)。
其運行溫度曲線叉圖,溫度數據見表1:


數據分析∶
1)采暖負荷大,增加了系統能耗:使用手動閥,室內溫度沒有感應控制,在合適條件下,室內溫度會一直上升,增大室內外溫差,溫差的加大,室內采暖負荷也會逐漸加大,當室內采暖負荷增加至大于等于壁掛爐的最小熱輸出時,壁掛爐就會一直運行,增加了系統能耗(如圖中0∶00至8∶00)。
2)室溫調節具有滯后性,易造成能源浪費:手動閥控制方式,室溫靠人體感應,有一定的滯后性,當人體感受到了溫度超高時,室內實際溫度可能早已超過了用戶實際想要的溫度,無形向造成能源浪費。本次試驗后6個小時,室內溫度一直維持在26℃左右,超出《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》所推薦的人體舒適溫度20-22℃,室溫高也造成了能源浪費,12小時試驗時間內耗氣量11.45m2。
3)室內物體越多,能源浪費越嚴重:室內溫度的攀升,室內物體(墻壁、桌椅等其他物件)也相應的吸收了更多的熱量,一定程度也浪費了一部分能源,室內物體越多,浪費的也越多。
2、溫控閥控制方式
三組散熱器換上溫控閥(溫包),將溫控閥調至制造商聲明的刻度,對應室溫24℃。
本試驗使用的溫控閥是液體溫包,感應靈敏,控溫精確,溫控閥感應溫度上升時,譯漸關識此吸門,減少散熱器的進水量,溫控器感應溫度降低時,溫控閥門逐漸打開,增加散熱器進水,提高室內溫度。
其運行溫度曲線見圖4,溫度數據見表2∶


數據分析∶
1)相比手動閥控制方式,能耗減少了30.3%:從圖中可以看出,使用溫控閥,在測試期間,室內平均溫度在23.8℃,溫控閥基本可以將房間溫度控制在預設的24℃,沒有出現室溫超高造成的能源浪費現象,在12h試驗期間內燃氣耗量7.98m2,相比手動閥控制方式,能耗減少了30.3%。
2)有效減少了耗氣量及電量:根據溫控閥的工作原理,工作過程中溫控閥溫度的變化會改變閥門的開度,從而改變散熱器的水流量,水量減少時,采暖出水溫度超過設定溫度+5℃,壁掛爐的停止燃燒,有效減少了壁掛爐在測試時間內的緊積燃燒時間,減少了耗氣量。同時也減少了風機的運行時間,節約了電量。
3)啟停頻繁,造成一定的能源損失:本次12h試驗時間內,由于系統水量的變化,壁掛爐共啟停71次,每次啟停,采暖爐的前后清掃時間加起來約為40s,每次清掃損失的熱量約70KJ,由此計算得出,由71次啟停造成的燃氣耗量約0.14m2,多次的啟停清掃帶走的熱損失積少成多,也不容忽視。同時如圖5所示,目標采暖區域以外的管路,雖有保溫措施,但在機器的啟停過程中也會多次的冷卻又循環加熱,也造成了一定的能源損失。

3、室內溫控器控制方式
壁掛爐連接一個室內溫控器,設置溫挖器溫度24℃,當室內溫度超過溫控器設定溫度+1℃時,壁掛爐停止加熱,水泵也停止運轉,當室內溫度低于溫控器設置溫度-1℃時,壁掛爐點火啟動加熱。
其運行溫度曲線見圖6,溫度數據見表3∶


數據分析∶
1)不會出現室溫超高,浪費能源的現象:使用室內溫控器,測試期間室內平均溫度22.6℃,室溫基本處于推薦的采暖舒適溫度內,不會出現室溫超高浪費能源的現象。在12h測試時間內,溫控器能很好的控制室內外溫差,平均溫差不超過9.5℃,室內外溫差的減小,帶來了顯著的節能效果,12h測試時間內耗氣量僅4.12m2。
2)運行時間減少,節省了耗氣量、耗電量:室內溫控器根據室溫的變化來控制壁掛爐的運行,室內溫度超了溫度機器就停止運行,而環境的溫度降低是比較緩慢的,這就大大減少了機器的總運行時間,從圖6中可以看出,在12h測試時間內,機器累計運行時間約為3.15h,運行時間的減少,即節省燃氣耗量,又節省了壁掛爐的耗電量。
3)減少了熱損失:相比散熱器溫控閥,室內溫控器控制,有效減少了機器的啟停次數,也減少了風機清掃帶走的熱損失和目標采暖區域外管路重復加熱產生的熱損失。
4、小沃精靈控制方式
為確保小沃的試驗數據更具有參照性和對比性,小沃采用了同時段、同家庭散熱器供暖系統情況進行觀察試驗,我們選擇了房屋面積約為80m2,家中使用24kW常規爐的家庭用戶,于1月29日晚間20:00,至1月30日早上08:00的使用數據做為此次試驗的參照對象,同以上三種溫控方式進行對比。
本系統主要以壁掛爐,小沃精靈組成。壁掛爐通過RF模塊輸出爐內系統信息給小沃精靈,并接收小沃精靈的采暖熱需求指令。
其運行溫度曲線見圖7,1月29日、1月30日室內外溫度情況見圖8,用戶1月壁掛爐總耗氣量見圖9,溫度數據見表4∶




數據分析∶
1)當采暖溫度達到目標溫度后,室溫起伏小于±0.5℃:通過AI房間溫度控制,小沃可精準收集 房間溫度、家庭不同的生活習慣,采用AI數據分析和控制自動調節各個時段的溫度,讓室內在達到目標溫度后,溫度起伏不超過±0.5℃,讓采暖體驗更舒適。
2)自動采集室外溫濕度等數據,做出溫度補償:小沃先進的AI自動環境溫度補償技術,可通過互聯網上收集用戶所在地的戶外環境溫度、濕度等數據,并做出做出溫度補償。
3)采暖水溫呈緩慢變化,啟停次數明顯減少:從圖7可以看出,不同于其他室內溫控器,小沃采暖出水溫度是呈緩慢下降趨勢的,設備啟停次數明顯減少,更有利于減少不必要的能源損耗,從而達到節能的效果。
4)在同類室內溫控器控制基礎上進行革新,更節能,更舒適,更環保:革命性的AI全智能自適應熱平衡地暖控制系統,自動對每個房間進行AI計算,實現自適應環境的氣候補償,每個房間都可以實現舒適控制。完美解決地暖熱力平衡,讓每個房間都能得到最舒適的體驗。
三、總結:數據對比分析
通過數據對比分析,可以看出燃氣采暖熱水爐配散熱器采暖系統時,相同的系統采用不同控溫方式,對系統耗能有著巨大的影響。
四種控制方式數據匯總見表5,能耗比較見圖10∶


1、手動閥控制方式
提高室內采暖負荷,增加機器運行時長,造成能源浪費,容易造成室內溫度超高,超過人體舒適溫度,無形中增大室內外溫差。
2、溫控閥控制方式
溫控閥相比手動閥,有較好的室溫控制效果,減少超溫浪費,室溫的控制同時減少采暖爐的累計運行時間,帶來了顯著的節能效果。但溫控閥改變不了采暖爐的自身運行程序,采暖爐還是會根據回水溫度多次啟動,仍然會有能源浪費。
3、室內溫控器控制方式
既能較好的控制室溫,減少超溫浪費,又可能根據室溫的變化來控制采暖爐的運行,有效減少機器的啟停次數和累計運行時長,不僅節約燃氣用量還能節省電力,擁有出色的節能效果。
4、小沃精靈控制方式
小沃在原有室內溫控器控制基礎上進行革新,其AI自動環境溫度補償,可從互聯網上收集用戶所在地的戶外環境溫度、濕度等數據,做出溫度補償。
在參與試驗時,小沃所處的室外溫度(3.1℃)遠低于其他溫控器所處環境的平均室外溫度(12.9℃),其平均溫差更是達到了16.5℃(其他溫控器的平均溫差的平均值為11.3℃),在散熱量更高的情況下,小沃的耗氣量卻比手動閥、溫控閥、室內溫控器的耗氣量都要低,僅為3.7m3。
由此可見,如果在同等室外環境下,小沃的能耗損失率將更低,且節能效果更出色。
相較于其他溫控方式而言,鍋爐啟停次數明顯減少,采暖水溫的緩慢下降也讓恒溫舒適度得到了充分的保障,在本次試驗(且室外溫度、平均溫差均屬劣勢的情況下)中耗氣量最低,其節能性遙遙領先于手動閥、溫控閥、室內溫控器,真正做到了AI智能化節能。
平均溫差與耗氣量、散熱量的關系:
根據物理學原理,兩個溫度越相近的物體,相互之間所產生的散熱量越小,反之則越大。所以,平均溫差越大,為達到其目標采暖溫度,所產生的散熱量就越大。而在一般情況下,散熱量的變化往往與耗氣量呈正相關,即散熱量越大,耗氣量越高。
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