浅析独立供暖系统特点及应用研究
2015-04-14 14:06 来源：曼瑞德集团有限公司 浏览量：10161
摘 要：本文先介绍独立供暖与集中供暖的差异，之后重点介绍独立供暖系统特点及其应用。目前，以壁挂炉为热源的地面辐射供暖系统因其技术经济性综合性价比最佳，而成为独立供暖最舒适最适宜的采暖方式，并逐步向以热泵为热源的“冷暖一体化联供”系统，同时也宜与空调/新风/家居智能系统整合一体。散热器系统技术成熟度高，安装快捷、成本低，是既有建筑采暖改造最佳的选择。电采暖是独立供暖重要补充或辅助方式，适用于主卧室、卫生间局部安装（安装采暖面积小于三分之一），既能免维护也能利于实现行为节能。多热源的综合应用也是独立采暖的重要组成部分。文章最后总结独立供暖持续健康发展，必须“节能”，有条件的一定要给房子穿上保暖棉袄，改善房子围护结构，提高墙体门窗保温性能。综上所述，独立供暖应合理规划、优化设计，实现分室控温和行为节能。
1 独立供暖与集中供暖的差异性
上世纪50年代，在“能源奇缺”背景下，由周总理提出以秦岭、淮河为界，划定北方为集中供暖区。“南北线”从当时经济发展水平考虑是合理的。但改革开放30多年，国力增强，人民生活水平提高，南方部分城市提出冬季供暖需求是正当的。南方人发现冬天“湿冷”（湿冷冷骨、干冷冷皮）、室内比室外还冷，采暖线已移至温州，甚至广东、台湾也要冬天采暖（除湿）。南方冬季温度通常在0℃之上，供暖季节短，温差小，不适合集中供暖，南方更适合独立采暖。那么，南方“采暖”与北方“供暖”有什么不同呢？学术上只有“供暖”称呼，没有“采暖”这一说法。在我国北方有15个省市列入强制供暖区，在社会主义体制下作为一种福利由国家、单位补贴取暖费。
在南方许多人的习惯称“采暖”。虽然一字之差，不外乎存在大道理。“供”是被动供给，是满足生存基本需求，是生活必需品。“采”则多是主动采集，为了满足多元化的舒适性享受。
南方采暖主要目的是满足用户个性化、舒适化的享受需求。这与北方采暖有着一定程度的不同。南北供暖的最大不同在于自控系统。南方采暖几乎都采用分室温控，而北方采暖近两年才开始分户热计量与分户控温，按用热量收费，实现用热商品化。独立供暖与集中供暖的差异见下表：
2 独立供暖系统特点及应用研究
任何一个系统都有四个子系统组成：热源、输配、自控、末端。热源系统包含电能、燃气壁挂炉、热泵、多热源（可再生能源综合利用）；输配系统包含主管道、混水、分集水器；自控系统是指实现温度、压力、流量、联动或远程控制；末端系统包含散热器、地面盘管、保温材料、结构辅材等。根据热源及末端方式的不同，常见的独立供暖方式有：燃气壁挂炉+地暖系统、燃气壁挂炉+散热器、电地暖系统、热泵冷暖系统和多热源综合应用等。
燃气壁挂炉（燃气采暖热水炉的俗称，可参见GB25034-2010《燃气采暖热水炉》）是以天然气、人工煤气或液化气作为燃料，燃料经燃烧器输出，在燃烧室内燃烧后，由热交换器将热量吸收，采暖系统中的循环水在途经热交换器时，经过往复加热，从而不断将热量输出给建筑物，为建筑物提供热源。一般的两用燃气壁挂炉除了具有供暖功能，兼具热水功能（即除了供暖外，还具备燃气热水器的功能）。壁挂炉既可为散热片提供热源也可为地暖系统提供热源。燃气壁挂炉可采用不同的方法进行分类，如下图：
2.1.1普通型壁挂炉+地暖系统方案介绍
普通壁挂炉的换热器材质多为铜加铝翅片，使用寿命在10年～15年。目前，独立采暖比较常见的形式就是普通壁挂炉+地暖系统。根据壁挂炉的结构和功能，有方案一单采暖、方案二地暖+生活热水、方案三地暖+生活热水+外置水箱、方案四地暖+生活热水+内置水箱。
a)方案一 地暖
该方案炉子只有采暖功能，在国内有应用，欧洲几乎没有这种方案。该方案优点是系统相对简单，故障点少，维修方便。
b)方案二 地暖+生活热水
该方案炉子为采暖+生活热水两用，生活热水优先，适用于小户型（120m2以下为宜），此种方案优点是生活热水即开即热、结构简单、价格便宜、体积小。它的缺点是冷水管网供水压力不稳时，会引起热水出水温度产生波动，因此，其舒适性相对较差。由于价格低，体积小的优势，目前我国独立采暖市场上使用的主要是这种壁挂炉。
c)方案三 地暖+生活热水+外置水箱
该方案炉子也是采暖+生活热水两用，配有外置水箱，便于采用生活热水循环，使用生活热水的舒适性得到改善。这主要体现在两个方面：一是热水流量增大，在加热功率不变的情况下，相对于即开即热式生活热水生产方式能提供更大的热水流量；二是水温稳定性得到大大的改善，由于有了一定的热水容积，降低了冷水压力的波动对热水出口温度的影响。但壁挂炉配置生活热水储水箱后其成本将增加，另外，由于较长时间储存热水，在水箱内易滋生细菌。因此，要采取相应的升温灭菌措施。适用于对热水品质要求高的别墅、小型会所的200m2以上的豪宅。
d)方案四 地暖+生活热水+内置水箱
该方案炉子是采暖+生活热水两用，内置一个60L搪瓷内胆生活热水水箱，法兰可察看，聚氨酯隔热，底部装有镁阳极，带大面积热交换表面的椭圆状线圈。系统集成度高，不占空间。适用于180m2以下，对生活热水品质要求较高的公寓楼，如是别墅地暖+生活热水，建议采用方案三。
水地暖系统作为一种成熟的供暖末端系统，它的供水温度较低，一般在40℃～50℃左右。水地暖系统供水温度的这种特点，决定了壁挂炉在与水地暖系统结合时，必须考虑这种温度特点。相对于普通壁挂炉，冷凝式壁挂炉能更方便、更完美地与水地暖结合。
按照国内壁挂炉的能效标准——GB20665-2006的规定，供回水温度为80℃/60℃时普通壁挂炉在全负荷状态下的热效率约为90%，冷凝式壁挂炉在全负荷状态下的热效率约为99%。而根据EN483的相关规定，冷凝式壁挂炉在供回水温度50℃/30℃时，在全负荷的状态下热效率约为105%，最高可达109%。而50℃/30℃的供回水温度刚好满足水地暖系统的水温要求。无需让冷凝式壁挂炉运行在低效率的高温段，即可充分发挥冷凝式壁挂炉的节能作用。由于冷凝式壁挂炉比普通壁挂炉的热效率高15%～20%左右，水地暖系统比普通散热器采暖系统的热效率约高12%，因此，“冷凝式壁挂炉+水地暖系统”比“普通壁挂炉+普通散热器采暖系统”的热效率约高30%。与此同时，冷凝式壁挂炉烟气中污染物的排放量也大大降低。应大力发展、推广冷凝式壁挂锅炉，小户型可不配混水，但常规炉应必配混水。
散热器系统技术成熟度高，安装快捷、成本低，是既有建筑采暖改造最佳的选择。
新型散热器按材质划分，可分为四类：钢制散热器、铝制散热器、铜质散热器、铜铝复合散热器。钢制板式散热器由于耐压能力强，外型多样且美观，造价适中，安装维修方便，国内外应用较广。壁挂炉热源和散热器末端是最佳“黄金搭档”，两者都具备“大温差小流量”的特性，产品工况完全符合。壁挂炉+散热器宜选用普通型壁挂炉。
2.2.1暖气片+DK辐射板
传统暖气片以对流换热为主，进水温度高，升温快，但冷却也快速，壁挂炉会频繁启停。通过增加DK辐射板可以提高辐射、蓄热能力。硅是最好的蓄热材料，铝是最好的导热材料，由硅氧代物和铝氧化物高温烧结而成的Dual Kherr辐射板具有良好的蓄热和导热能力。应用于燃气壁挂炉+散热器系统，可减少锅炉启停次数，延长锅炉寿命，使室内温度更稳定、持久。
2.2.2散热器采暖系统连接
散热器采暖系统常见的连接方式有：a单管串联，b单管串联跨越式，c单管H阀，d双管异程式，e双管同程式，f章鱼式，下面对各种连接方式的优劣势进行比较。
a)单管串联
1）该系统通过每组散热器的水流量为系统总的水流量；
2）不能单独调节每个散热器的散热量；
3）如果系统中任何一个散热器的阀门关闭，则整个系统的流量都为零，同时，还必须停止水泵的运行；
4）采暖水每经过一组散热器，温度就会降低，这就造成了系统末端的散热器的供水温度降低很多，所以，如果整个系统散热器相同时，末端散热器的散热量远小于起始散热量。为弥补这个缺陷，只能靠增加末端散热器面积来增加散热量。
b)单管串联跨越式
1）该系统散热器都并联在一个单管供暖管道上，系统中的总流量对于散热器来说，将分为两部分。一部分流过散热器（采暖流量），另一部分从散热器旁通（旁通流量）；
2）流过散热器的采暖流量水温会降低，与温度没变化的旁通流量混合，混合后的采暖水流过后续的散热器。水温也会有所降低。为获得相同的采暖功率，也需要增加散热器的散热面积；
3）其优点是每个散热器可以进行调节。
c)单管H阀
底部连接暖气片在单管系统中使用时可增加连接管件——H阀，H阀要求具备旁通功能，有利于水利平衡，且各暖气片可分别控制。H阀有直型和角型两种连接方式。
d)双管异程式
适用于明装管路系统，该系统采暖水流过每个散热器的管道长度均不相同，所以造成采暖水流过每个散热器的沿程阻力不同。在采暖调试时，需要对采暖系统进行水力平衡调节。
e)双管同程式
适用于暗装管路系统，与双管异程系统相比较，双管同程系统采暖水流过每组散热器的管道长度均相等。虽然在系统安装时会增加一条管道的造价，但不需要安装其他的平衡设备（前提是每个末端的负荷一样大）。当系统可以组成一个闭合环路时，就可以省去第三条管路。
f)章鱼式
适用于暗埋管路系统，为欧美全面推广的安装方式，推荐章鱼式布置。这种系统是通过集、分水器直接和每个散热器相连，其突出特点是：
1）散热器和集、分水器之间没有其他分支回路和接口。
2）使用小管径的塑料管道，并放入套管中，浇筑在地板中。
3）使用专用接口连接散热器和集、分水器之间的管道，连接更为可靠、施工更容易。
2.3电采暖系统
电采暖是独立采暖的重要补充或辅助方式。如主卧室、卫生间局部安装（安装采暖面积小于三分之一），在免维的同时利于实现行为节能。卫生间的电热防雾镜、电热毛巾架，如稍微加大电功率，能解决卫生间地面面积小、铺装电缆的困难。电采暖的输配为电气线路，必须符合国家相关电气安全标准。满足用电负荷、设置漏电过载断路器、线缆应具备足够的电流承载能力。应设置地面限温器，防止因温控器失控造成对辐射构造层（面层）损坏。如若损坏严重，甚至会发生火灾安全问题。
2.4热泵冷暖系统
冬冷夏热地区，应首选热泵热源。热泵热源属清洁、可再生能源，节能效率非常显著。别墅选配地源热泵，运行噪音极低（无风噪和风干扰）、全年热稳定性好、机房占用小。公寓楼选配变频的空气能热泵主机，变容量更符合实现分室控制的行为节能。还可减少冬季除霜次数。要理性拒绝采暖、空调、热水三联供产品，建议只做地暖、空调冷暖一体热泵。如下图“一源两末端”系统，“一源”即为一个冷热源，利用热泵主机夏季供冷水、冬季供热水；“两末端”指辐射盘管和风机盘管并存的末端系统。两者构成一个以辐射供暖供冷为主、风机盘管为辅的兼顾除湿功能的冷暖系统。先启动风盘对流供冷暖（如室温16℃左右），再启动辐射冷暖末端，减少围护结构冷热惰性，使系统响应快、消除湿热、不结露。
2.5多热源综合应用
地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。但由于纬度的不同、气候条件的差异造成太阳能辐射不均匀，加上昼夜变化，使太阳能无法很好地满足采暖需要。因此，燃气壁挂炉与太阳能的结合得到了推广应用。
太阳能阀门套件用于连接两用炉至太阳能系统。套件由一个混合阀、一个分流阀及液压连接件组成。太阳能阀门套件保证了最大的节能，避免壁挂炉不必要的启动，也使多热源综合应用变得简单易行。
壁挂炉只有在太阳能采暖系统无法保证用户所需的舒适温度时才启动。它也包括一个防垢装置以保护热交换器免受太阳能采暖系统的高温影响。当两用炉安装需要与太阳能系统连接时可使用太阳能套件。通过太阳能系统对壁挂炉的生活热水进行预加热。该系统原理如下：
当分流阀检测到太阳能水箱内预加热的水T＞48℃，水由分流阀到混合阀再供给用户；当分流阀检测到太阳能水箱内预加热的水T＜48℃，太阳能系统热水被送到壁挂炉进行加热直到达到需求值再经混合阀供给用户。手动温度调节混合阀一方面接收太阳能热水或壁挂炉热水，并混合热水和冷水以保证最适宜的温度。混合阀最大可设定55℃。为避免浪费，我们建议设置壁挂炉的温度与混合阀的温度相同，以确保混合时不会冷却由壁挂炉预加热的热水。
3总结
独立供暖应符合个性化、市场化、集成化的特征，必须具备独立调控、独立计费。独立供暖的主要问题是建筑保温，有条件的一定要给房子穿上保暖棉袄，改善房子围护结构，提高墙体门窗保温性能。综上所述，独立供暖必须合理规划、优化设计，实现分室控温和行为节能。
参考文献
[1]中国国家标准《燃气采暖热水炉》GB 25034-2010
[2]燃气快速热水器设计及若干问题的讨论〔J〕.重庆大学.城市煤气
[3]燃气采暖热水炉培训资料 中国土木工程学会燃气分会燃气供热专业委员会 2014.9
[4]中国壁挂炉网www.bgl88.com
[5]中国建筑工业出版社《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012
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