淺談采暖│如何提高暖氣片供暖系統的舒適性?上
之前探討了地暖客戶如何得到舒適的室內溫度,通過混水換熱裝置和溫控器可以實現室溫控制,但是暖氣片和地暖是不同性質的供暖系統,簡單來說地暖適宜采用“質調節方式”,而暖氣片適合采用“量調節方式”,這些特點決定了暖氣片控制方式的不同。
暖氣片是一種主要通過對流加熱空氣方式散熱的末端,而地暖是一種主要以熱輻射方式散熱的末端。暖氣片的散熱包括對流散熱和輻射散熱,其中對流散熱是通過暖氣片表面加熱與之接觸的空氣,當空氣溫度升高后密度降低使其上浮,而這時下部冷空氣補充進來形成對流循環,從而提高房間內的空氣溫度。另外,暖氣片的表面也是通過熱輻射將熱量散發到房間中,而且不同類型的暖氣片之間的比例也不同,但通常對流散熱量大于輻射散熱量。
散熱量與水溫的關系
當暖氣片出廠后其散熱特性已經確定,使用中的實際散熱量由其工況決定。通常可以用一個和暖氣片平均水溫與房間空氣溫度差值成指數關系的函數進行表示:
Q=a(Δt)n,其中Q為暖氣片散熱量,a是常數,與暖氣片本身特性有關,Δt是平均溫差,指暖氣片平均水溫減去房間室溫,Δt=(tg-th)/2,n是指數,與暖氣片本身特性相關。
從函數可以看出散熱量與平均溫差不是線性關系,并且不同的指數特性其散熱量的變化也不一樣。下圖是幾種不同冪指數下暖氣片的散熱量指數圖。
圖中橫坐標是平均溫差,縱坐標是實際散熱量,不同顏色的曲線代表不同冪指數的散熱曲線;冪指數越高散熱量與溫差關系越顯著;地暖可以看作冪指數為1的暖氣片。
從圖中可以看出,當暖氣片出廠以后,散熱量只與Δt有關,而Δt是平均水溫與室溫的溫差,當進水溫度不變,改變流量,可以降低回水溫度,從而降低Δt和散熱量,因此可以在進水溫度不變的情況下通過調整暖氣片流量來調節散熱量。
散熱量與流量的關系
下圖是散熱量與流量之間的關系,橫坐標是實際流量與額定流量之比,縱坐標是實際散熱量與標準散熱量之比。
從圖中可以看出,散熱量與流量相關,但是對流量的要求寬容度很高,當流量增加1倍的時候散熱量只增加10%,而流量降低到一半的時候散熱量還有80%;另外,可以看出有效控制散熱量的流量范圍在10%~50%之間,對應實際流量可能每小時只有十幾公斤甚至幾十公斤;流量超過額定值能夠增加的散熱量是非常有限的,采用暖氣片供暖做好系統平衡是關鍵,否則多占流量的房間不會很熱,但流量嚴重不足的房間溫度會大幅度降低。
暖氣片正常工作需要多少流量
暖氣片工作需要的流量是由房間需熱量決定的,可以根據以下公式估算出流量:q=Q/Δt/1.163。
其中,q為需要的流量,單位是L/h;Q為散熱量,單位是W;Δt為溫差,單位是℃。
目前符合國家65%節能標準的建筑能耗只有20W/㎡~30W/㎡左右,實際供暖需要40W/㎡~50W/㎡,一間20㎡的房間需熱量不超過1kW,按供水溫度60℃、回水溫度45℃、溫差15℃計算,該房間暖氣片需要流量為:1000/15/1.163=57㎏/h。其實暖氣片需要的流量都不大,最大的也只有200㎏/h左右,正常情況下,一臺24kW的壁掛爐供水量約為800㎏/h~900㎏/h,如果流量分配合理可以帶10~20組暖氣片,并且不需要另外加水泵。
暖氣片供暖系統的溫度控制方式
目前,常用的暖氣片室溫控制方式有三種:手動溫控閥方式、暖氣片恒溫閥方式、溫控器方式。
手動溫控閥是通過調節暖氣片流量進行室溫控制的,并不能直接控制室溫,但這種方式具有成本低、簡單可靠、工作穩定、系統工況穩定等優點,仍有廣泛的應用,特別是在集中供熱環境下的應用更加普遍。
其中,溫控閥是通過流量調節室溫的,必須通過調節獲得適合暖氣片工作的流量,但目前大多數手動溫控閥并沒有針對暖氣片工況進行設計,導致流量過大或者難以調節,還有暖氣片失衡問題比較普遍,增加了很多售后麻煩。為此博容研發了虎牢關調節型溫控閥,可以輕松將每組暖氣片流量控制到適合的幾十公斤,利于多組暖氣片平衡,基本可實現異程并聯方式十組暖氣片免調試控制。
暖氣片恒溫閥是一種可以自動調節流量、保持房間溫度在設定值內的裝置,由恒溫控制器、流量調節閥組成,其中恒溫控制器核心部件是溫包,溫包可以感應周圍環境的溫度變化,并將溫度變化轉換成閥頭位移,帶動調節閥閥芯動作,進而調節供暖系統水量來改變暖氣片的散熱量;當實際室溫低于設定室溫時則自動開大流量,反之則關小流量,以保持室溫在設定值內。
采用暖氣片恒溫閥可以直接設置室溫,以及根據環境溫度自動調節流量,從理論上來說無論是舒適性還是節能性都優于手動閥,但需要注意恒溫閥發揮作用的前提是散熱末端實際提供的熱量能夠滿足房間需求,并且通過降低散熱量來維持室溫穩定,但無法提高散熱量。當暖氣片恒溫閥用于集中供熱時,由于現在供水溫度較低,導致暖氣片采暖用戶家里的室溫不足,這時恒溫閥并不起作用,甚至可能由于阻力較大導致進一步惡化使用效果。
壁掛爐做熱源時供水溫度可以保障,但恒溫閥會根據室溫自動調節流量,當室溫接近設定值后流量自動降低,因此整個供暖系統是變流量特性。壁掛爐可能因為流量過低導致工作失常,反而影響到正常使用,因此設計系統方案時需要考慮上述因素。
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