浅谈地板辐射供暖系统与传统散热器系统的能耗问题
2015-04-14 14:18 来源：嘉科米尼采暖制冷科技（北京）有限公司 浏览量：11573
随着我国工业化进程和城镇化速度的加快，办公建筑也如雨后春笋般在城市兴起，随着这一现象的出现，城市能耗也在逐年攀升。
据统计，在城市能耗中建筑能耗已经占据社会总能耗的27%，有些城市则接近40%。而在办公建筑能耗中，暖通空调系统所占据的比例属最高，大约为50%～70%因此如何提高暖通系统的工作效率，降低暖通工作系统的能耗对于我国建设资源节约型社会和走新型工业化道路有着至关重要的作用。并且在国家“十二五”计划中，也将建筑节能列为重点节能项目。
我们谈节能，但是很多人都不是特别清楚什么是节能。首先我们从节能的定义去分析。
节能是指加强用能管理，采用技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。
所以，节能是有条件有前提的。节能的前提就是首先要满足我们合理需求。就是在满足我们的衣食住行的同时，通过科学技术，通过好的作息习惯，用能管理等手段来减少能源的使用。故节能并不是不用能。
对于供暖系统来说，节能需要满足一个前提，那就是舒适度；影响舒适度的因素有很多，包括环境因素和人本身的心里因素等。在此我们只谈环境因素，其中环境因素包括温度、湿度、空气流动速度、光线强度、灰尘、PM2.5等因素。
在室内我们一般只控制温度、湿度、光线强度、灰尘、PM2.5。温度我们可以用供暖系统来控制。其他因素我们一般采用新风系统来控制。在我们所讨论的课题中，我们只研究温度即可。
接下来我们研究一下地暖系统和散热器系统的舒适度及能耗问题。
一、散热器系统和地暖系统关于舒适度的对比。
1、房间内温度垂直分布，如图所示：
说明：
红线代表满足人体舒适度时，最理想的房间温度分布；
绿线代表地暖系统供热产生的房间温度分布；
浅蓝线代表散热器系统供热产生的房间温度分布；
蓝线代表空调系统供热产生的房间温度分布；
如图可知，地暖系统是最贴近人体舒适度的供暖方式。
2、房间内温度水平分布，如图所示：
说明：
左侧为地暖系统的辐射散热方式以及房间内温度水平分布；
右侧为散热器系统的对流散热方式以及房间内温度水平分布；
通过上图我们可以直观的对比出，地暖系统比散热器系统更加舒适，所以在舒适度对比上，地暖更加具有优势。
二、散热器系统和地暖系统关于节能的相关因素对比
1、首先介绍一下我们以下做的研究所根据的相关标准和规范。此次我们采用欧洲HVAC暖通行业的能耗标准，如下：
1）建筑热负荷计算标准 EN13790
2）暖通系统热效率计算标准 EN153162-1
3）暖通系统主管道系统热效率计算标准 EN 153162-3
4）暖通系统锅炉热效率计算标准 EN15316-4
2、建筑暖通耗能包含哪些方面
1）根据EN15361-2-1，中5.2。我们可以得出哪些方面与建筑实际耗能有关
Qem,in=Qem,out-k·Wem,aux+Qem,ls ［Ｊ］
Qem,in=建筑实际需要的热负荷
Qem,out=是建筑内部通过围护结构而向外界散失的热量
k=设备的热损失系数
Wem,aux=用能设备的总耗能
Qem,ls=供暖系统本身造成的热量损失
2）接下来我们详细阐述一下5.2公式中一些相关因素。根据EN15361-2-1，中5.6。
（1）不同方式供热系统本身造成的热损失
Qem,in=Qem,str+Qem,emb+Qem,ctr ［Ｊ］
Qem,str=房间温度水平失调和垂直失调造成的热量损失
Qem,emb=管道预埋造成的热损失（建筑底层）
Qem,ctr=控制系统误差造成的热损失
因为散热器系统和地暖系统的散热方式不同，导致它们本身的热效率不同。
散热器系统因为水平温度失调和温度分布不均导致过热区域热损失过多，并且散热器系统造成的空气对流加剧了热量的损失；而地暖系统因为管道预埋，所以热损失则集中在地板和吊顶区域，如下图：
世界上没有完美的控制系统，所有的控制系统都有一定的误差，正是因为这些误差，导致了一些不必要的热量损失。这些误差包括控制系统的物理特性,传感器位置和供热系统本身的特性等。
比如说温控面板和电热执行器的组合，这是我们分室温控常用的组合，温控面板的精确度、感温探测器的精确度、感温探测器放置的位置等都决定了我们温控的误差。
误差越小我们控制越精确，反之如果控制不精确，势必房间温控会波动较大，造成能源有一定的浪费。如下图：
（2）用能设备在使用时对建筑耗能有那些具体影响。
Wem,aux =Wctr+Wothers
Wem,aux=用能设备的总耗能
Wctr=用能设备中的控制设备
Wothers=用能设备中的其他耗能部分
3、系统设备和主管道的热量损失也是不可忽视的因素，例如：
1）供回水温度
2）管道长度、材质以及保温情况等
3）管外壁温度
4）主管在建筑外还是在建筑内
5）系统的水力平衡精确度
6）设备的启停频率
7）双管并联还是单管串联（散热器系统）
8）地暖系统隔热板保温效果及厚度，混凝土回填厚度等
9）地暖系统采用的地板材质（木质地板、石材、地毯等）
三、散热器系统和地暖系统关于节能的实际项目对比分析
通过项目我们来对比一下散热器系统和地暖系统的实际能耗
1、项目信息如下：
•项目位置：北京
•供暖面积：430m2
•外墙传热系数：0.48W/m2K
•屋面传热系数：0.40W/m2K
•内墙传热系数：1.00W/m2K
•分楼板传热系数：0.4W/m2K
•外窗传热系数：2.34W/m2K
•实际采暖热负荷(室外温度选用-9℃): 60W/m2
2、此气象指数为2012-2013北京采暖季的气象指数，由北京朝阳供暖办提供格式。
3、地暖系统配置
•首先我们先介绍一下地暖系统。此项目为2层，现在我们只使用一层来展示，如下图。
•此系统采用“回”管路铺法，管道为Giacomini 中间阻氧层的5层PERT红色管道。
•分集水器采用带混水功能和流量计显示的R557F系列，流量计可以配合分水器上的平衡阀来准确调节各个之路的水利平衡。
•分式温控采用K480I系列和电热执行器R473M系列。
4、散热器系统配置
•然后我们介绍一下散热器系统。此项目同上，现在我们只使用一层来展示，如上图。
•此系统采用双管并联式（异程式），管道为Giacomini铝塑复合管R999系列
•平衡阀采用外丝角阀R29系列
•温控阀采用外丝角阀R411系列+R470恒温温包来控制房间内的温度
5、锅炉及主管道
锅炉采用欧洲进口冷凝锅炉；主管道采用PPR管+保温。
6、散热器系统与地暖系统的温度设定
因为系统的散热方式不同，地暖主要以热辐射方式，散热器主要由热对流方式。而人体接受热的方式主要是辐射。
而且地暖可以均匀地散热到每个角落，所以房间温度分布比较均衡，如下图；而散热器系统造成房间温度分布不均衡，具有严重的水平失调问题，如下图。
所以，同理可言，如果要达到相同的房间舒适度，地暖系统房间的温度通常比散热器系统的温度低2℃。
所以以下计算，我们设定地暖系统为20℃，散热气系统为22℃。
7、根据欧洲标准所设计的各项参数，所得计算结果为：
1）散热器系统
2）地暖系统
3）实际此项目年度总能耗
4）系统热效率说明
（1）锅炉热效率：地暖系统采用低温水供应，所以冷凝炉热效率完全吻合，故根据欧洲标准EN 15316-4，采用锅炉热效率为98%；散热器系统采用高温供水，故采用锅炉热效率为98%。
（2）主管道热效率：地暖系统采用低温水供应，所以相同的管道和保温，地暖主管道热效率为99%；散热器系统采用高温供水，所以主管道热效率为98%，根据欧洲标准EN15316-3。
（3）系统末端和温控系统热效率：因为散热器系统和地暖系统的散热方式不同，导致它们本身的热效率不同。所以散热器系统采用热效率为91%，地暖系统热效率为93%，根据欧洲标准EN15316-1。
8、根据以上计算所得，地暖系统比散热器系统总体能耗节能15.38%
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