供暖系統漫談丨如何為地暖用戶提供舒適的溫度體驗
在采暖系統中室溫的控制對舒適性具有重要的意義,那么問題回到了如何實現室溫的控制呢?散熱器、地暖、風機盤管三種末端其實具有完全
在采暖系統中室溫的控制對舒適性具有重要的意義,那么問題回到了如何實現室溫的控制呢?散熱器、地暖、風機盤管三種末端其實具有完全不同的工況特性,需要采用不同的方式進行溫控,本期我們先從地暖開始探討一下應該如何控溫。
房間室溫的高低取決于采暖末端散熱量與房間向外失熱量動態平衡點,房間本身的圍護結構不便的情況下室溫的控制其實是對采暖末端散熱量的控制。對于地暖而言目前常用來改變散熱量的方式有以下四種,我們分別對各種不同方式的特點進行分析。
1、通過間斷式供暖方式調節末端散熱量的“開關式”控溫方式:

典型如通過房間溫控器對壁掛爐直接控制的“分戶控溫”,以及通過每個房間溫控器控制對應水路的“分室溫控”。這種控制方式具有實施容易,技術成熟,成本較低的特點,也是目前應用最廣泛的地暖控溫方式。
開關式地暖控溫方式比較適合熱惰性較低的干鋪地暖。當室溫達到設定值后溫控器關閉壁掛爐或者通過電熱執行器關閉對應房間的采暖,由于蓄熱量較小室溫能較快的穩定下來,同樣室溫低于設定之后開啟采暖很快也能增加散熱量,從而讓房間溫度維持在設定值附近。
但是這種方式用于熱惰性較大的濕式地暖時,室溫的波動將會增大:當房間溫度升高到設定值后關閉采暖,蓄熱層存儲的大量熱量仍然會讓房間室溫繼續升高;同樣當溫度低于設定值后開啟采暖,熱量首先存儲在蓄熱層中而不能直接散發到室內,所以室溫仍然會繼續下降一段時間才會上升,這些問題導致較大的室溫波動,降低了地暖的舒適性。
對于壁掛爐采暖來說這種方式還有幾個問題需要注意:
第一:《JGJ 142-2012 輻射供暖供冷技術規程》中明確規定:
3. 1. 1 熱水地面輻射供暖系統的供、回水溫度應由計算確定,供水溫度不應大于60℃ ,供回水溫差不宜大于10℃ 且不宜小于5℃ 。民用建筑供水溫度宜采用35℃-45℃ 。
3. 1. 3 輻射供暖表面平均溫度宜符合表3. 1. 3 的規定。

地暖適宜低溫工作,家庭采暖適宜溫度在35-45℃,我們有時候設定出水溫度60℃可能導致地面溫度達到40℃以上,穿著鞋都不敢在地面長時間站立。而如果將供水溫度設定到適合地暖的35-40℃,常規壁掛爐又會由于供回水溫度都低于露點溫度而產生換熱器結露現象,嚴重影響到壁掛爐使用壽命(對于冷凝爐來說不存在這個問題,但直帶地暖會出現流量不足限制供暖面積和輸出功率的問題)。
第二:對大多數用戶來說室溫穩定后壁掛爐最小輸出功率往往大于采暖需要功率,因此會運行在間斷工作狀態,壁掛爐啟停時供水溫度波動可以達到20-30℃,這種劇烈的溫度波動直接送到分水器、地暖管等部件中,會產生熱脹冷縮的應力,影響到末端的安全和使用壽命。
第三:如果地暖采用分室溫控方式,末端流量和功率大幅度變化,當末端開啟房間少的時候可能壁掛爐由于流量過小無法正常工作,出現頻繁啟停問題,嚴重時可能導致用戶家里無法正常供暖。
第四:由于壁掛爐設計為高溫差小流量工作方式,能夠提供的有效循環流量通常不大于1噸,直接帶地暖時即使壁掛爐功率很大也只能帶100平方左右的地暖面積,而從供暖能力上來說一臺24千瓦的壁掛爐應該能夠帶200-300平方采暖,這種方式制約了壁掛爐的輸出功率。
簡單小結:對集中供熱來說如果供水溫度不高于45℃時,干鋪地暖采用溫控器開關方式控制室溫,能夠達到較好的室溫舒適度。但是濕鋪地暖用開關式控制室溫波動會較大,很難給客戶提供很好的使用體驗。
對于常規壁掛爐地暖來說,分戶溫控無法解決壁掛爐供水溫度與地暖需求溫度的矛盾,同時由于流量限制對壁掛爐輸出功率和帶采暖面積的能力產生限制,也存在一定問題;如果壁掛爐帶分室溫控地暖,還有流量負荷變化對壁掛爐本身的嚴重干擾,可能造成大量的售后問題,我個人是不推薦這種方式的。
2、通過調節地暖流量改變散熱量的“流量調節型”控溫方式:

例如集中供熱時通過調節分水器流量進行室溫控制的方式。其實這種調節方式本身是個“偽控溫方式”,除了進行房間溫度平衡外,手動方式無法真正實現室溫的控制。
由于調節后室溫不能及時變化,需要等待一段時間后才知道調節是否合適,可能幾個小時后才能穩定下來,外面環境溫度又發生了變化,導致需要重新調節,實際上沒有人能夠用手動調節好室溫,最后的結果只可能是全部開起來,讓室溫在最冷的天氣時不會太冷,大多數時候室溫偏高,不行了開窗降降溫,或者在地面上潑一盆水來降低高溫干燥帶來的不適。
即使如此這種方式也在普遍應用,特別是集中供熱地暖用戶,當房間溫度過高時暖通公司通常會告訴用戶:房間太熱了就關小對應房間分水器閥門,也確實能夠將室溫降下來的,但是這種方式是錯誤的,原因如下:
首先規程規定:3.5.11 加熱供冷管和輸配管流速不宜小于0.25m/s。
當通過關小流量降低室溫時地暖管道流速降低,低于規程規定的0.25m/s,管道中的氣體和雜質不容易被水流帶走,聚集在管道中容易形成氣堵和臟堵,使用一段時間后容易導致地暖不熱;
另外當流速降低后地暖進回水溫差會增大,非常可能超過規程規定的10℃溫差。
地暖是典型的“低溫差大流量”工作模式,埋在地面的管道數十米長,要讓整個地面都能夠供熱,要求回水溫度也要明顯高于室溫和合適的地表溫度,才能保證整條管道都在有效散熱,如果流量關的太小后會出現回水溫度過低,后面一段管道其實已經不能散熱采暖,地暖變成了局部散熱的采暖方式了。

那么是不是任何情況下都必須遵守規程中規定的:進回水溫度不大于10℃,同時不低于5℃呢?其實弄清楚這個規定的含義就明白這些需要根據不同情況而定:
規程規定溫差不大于10℃的原因是當進水溫度是45℃溫差10℃時,回水溫度35℃還可以提供有效散熱;供水溫度只有35℃,溫差保持5℃則回水溫度會降低到30℃,還能夠正常給地面提供熱量。
但是我們注意到隨著房間保溫性能的提升以及適合更低水溫的高效末端的誕生,有時候供水溫度30℃甚至更低都完全可以為房間提供舒適的溫度,這種情況溫差可能需要降低到3-5℃了。
當然還有一種情況:比如供水溫度55℃的時候,即使供回水溫差達到20℃,回水溫度也有35℃還是可以散熱的,但是這種情況下進水管道經過的地方地面溫度會遠遠超過29℃的上限,也不是合適的方式。
簡單小結:除了進行流量平衡調節外,通過改變流量來調試室溫的方式是不合適的,也很難給客戶提供舒適的采暖體驗,這種方式個人持反對意見。
3、通過改變地暖供水平均溫度改變散熱量的“水溫調節型”控溫方式:
水溫對地暖散熱量有著顯著的影響,因此通過水溫進行室溫調節的方式是非常適合地暖的。

從上表可以看出,地暖有效散熱量與平均水溫,或者說平均水溫用室溫的溫差具有顯著關聯,改變此差值后很容易調節地暖散熱量,進行室溫調節。
典型方式如通過改變壁掛爐設定水溫來控制室溫,還有通過混水裝置改變地暖供水溫度的室溫調節方式。

對于常規鍋爐來說直接通過壁掛爐設定地暖水溫的方式是不合適的,理由前面已經講過,會導致嚴重冷凝現象;為了避免冷凝就需要將水溫設定的較高,又超過地暖需要的水溫,導致室溫過高或者地面溫度過高。
無論是壁掛爐帶地暖還是集中供熱帶地暖,通過混水裝置來改變地暖供水溫度是目前最合理的方式,可以同時解決室溫舒適性問題和熱源匹配性問題。
混水裝置是采暖系統中一個重要的工況轉換設備,在系統中具有降溫、溫度穩定、流量轉換、功率分配、負荷平衡、揚程補償等多方面的作用,對室溫的控制主要利用到混水的降溫、溫度穩定和流量轉換作用。(混水裝置的工作原理及系統中的作用我們在后面專門章節交流)。
集中供熱地暖采用混水裝置的作用:

第一:集中供熱溫度不受控制,但有了混水后用戶可以自由選擇自己需要的水溫,提供更高的舒適度。
第二:采用混水對室溫進行有效控制后避免用戶室溫過高或者開窗降溫,降低集中供熱熱量的浪費。
第三:混水具有自動負荷平衡功能和流量平衡功能,可以避免集中供熱水力失衡導致的部分用戶不熱問題。
第四:集中供熱具有二次循環泵增壓,改善地暖循環工況,讓用戶地面溫度更均勻,房間更舒適。
第五:混水具有流量轉換作用,當室溫達到需求后能夠自動降低一次流量,減少集中供熱水量的需求,從而降低集中供熱輸送能耗。
壁掛爐地暖采用混水裝置的作用:

第一:采用混水后壁掛爐可以在自己適宜的高溫狀態工作,避免冷凝現象的發生。
第二:經過混水的溫度穩定作用將壁掛爐啟停時大幅度的水溫波動平抑后送到地暖中,減少了熱脹冷縮應力對管道和管件壽命及安全性的影響。
第三:通過混水的流量轉換作用將壁掛爐高溫差小流量的熱水轉換成地暖需要的低溫差大流量用水,可以充分利用壁掛爐輸出功率,實現一臺24千瓦壁掛爐帶200-300平方采暖的目的。
第四:混水中的循環泵增加地暖流速,讓地面溫度更均勻,氣體和雜質不容易聚集,采暖更舒適穩定。
第五:當壁掛爐帶大面積采暖或者多層別墅時,混水可以自動實現功率、流量分配,實現系統自動平衡,大大降低系統調試的工作量。
特別的無論對壁掛爐地暖還是集中供熱地暖,都可以采用帶有氣候補償功能的混水實現根據天氣自動調節供水溫度,從而保持室溫恒定舒適的目的,這是一種舒適度和節能效果都很好的方式。
壁掛爐地暖配套混水具有特殊的性能要求,不可亂用:
特別提醒的是,壁掛爐配套的混水對于性能和結構設計都有特殊的要求,實際應用中也有一些必須注意的問題,市面上很多混水并不適合用于壁掛爐,當采暖方案不合適的時候可能導致壁掛爐難以穩定工作,最好選擇專業公司針對壁掛爐設計的混水裝置,在指導下設計方案和產品選型,才能達到較好的使用效果。
去耦罐不能代替混水裝置:

這里糾正一個誤區,很多朋友用去耦罐代替混水,其實兩者是完全不同的作用:去耦罐解決壁掛爐流量和末端流量不匹配問題,但無法控制二次供水溫度,在實際工作中往往是壁掛爐本身的高溫和溫度波動直接通過去耦罐進入地暖管道,無論是安全性還是舒適性方面都無法提供保障,個人是反對采用這種方式的。
4、同時采用多種方式改變地暖散熱量的“復合調節型”控溫方式:

每種控制方式都有自己的特點,如果想達到更好的效果復合式調節方式是更好的選擇:比如普通混水裝置能夠提供穩定的供水溫度,但室溫還會隨著室外氣溫的變化而變化;帶有氣候補償功能的混水能夠保持室溫的穩定,但不能根據可以需求分時段和區域進行供暖,因此采用混水裝置加可編程溫控器或者混水裝置加分室溫控系統,都是可以給用戶提供更加舒適和節能的采暖體驗的,靈活掌握上述特性可以做出真正舒適節能的地暖。
本章小結:這里我們對地暖的幾種控溫方式進行了分析,希望能幫助大家做出更舒適節能的地暖,但是這里只是探討了室溫控制方式,做好客戶體驗還需要系統方案本身的優化設計,對不同熱源和末端特性的掌握和利用等,才能真正做出一個更好的地暖。相關內容我們在后期會逐步與大家分享。
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