北京某宾馆低温散热器采暖设计及研究

姬立敏

（中国城市建设研究院有限公司，北京100120）

1 引言

我国传统采暖设计供回水温度为70～95℃，而GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》5.3.1中“散热器集中供暖系统宜按75℃/50℃连续供暖进行设计，且供水温度不宜大于85℃，供回水温差不宜小于20℃”，实际工程采暖的设计温度多为80～60℃，有的为70～50℃。由此可见，我国开始提倡低温连续供暖并开始降低传统的供暖温度。而欧洲很多国家早已采用60℃以下低温热水采暖，并朝着进一步降低系统温度的方向发展。瑞典的Jonn Are Myhren等人还采用CFD模拟的方法得出在气密性较差的房间中低温散热器采暖的舒适性最佳的结论【1】。同时，由于采暖系统的能耗在建筑能耗中占相当大比例，在建筑节能的背景下，使用更高效的采暖系统对降低建筑能耗尤为重要，因此，尝试采用既有建筑的低温散热器采暖系统改造的设计并研究其运行可行性，对我国研究低温采暖技术具有一定的支持作用。

2 工程概况

本项目位于北京丰台区某小区内，总建筑面积6 101.4m2，地上建筑面积5 164.5m2，地下建筑面积936.9m2。地下1层为员工宿舍、设备用房、KTV、健身房；1层为大堂、厨房、餐厅及办公室；2层为餐饮包间及会议室；3、4、5层为客房。

本建筑原始功能为办公楼，始建于20世纪90年代，后改造为宾馆。现因装修及节能需求再次重新进行大规模改造，改造前建筑原有供暖方式为散热器供暖。原有供暖系统为下供下回双立管异程式系统，散热器为铸铁柱形散热器。由于为改造项目，市政条件不明确，笔者多次走访小区热力站，最终得到该建筑改造前冬季实际运行供回水温度为60℃/50℃。

3 供暖方案的确定

考虑本建筑位于居住小区内，红线用地紧张，同时房间层高较低、市政热源温度不稳定等因素，风机盘管和地板采暖均不适用于本项目，最终采用散热器采暖，系统形式仍采用下供下回双立管异程式系统，供回水计算温度按甲方及热力站提供的60℃/50℃，散热器采用散热量较大的铜铝复合柱翼型散热器。

3.1 低温散热器采暖舒适性、节能型、系统适用性分析

散热器主要依靠对流传热，因此，热气流上升使上部空间的温度明显高于下部，温度分布不均；散热器内热水温度越高，产生的垂直温差越大，使人产生干燥的感觉。同时，散热器供水温度高于70℃时，有机灰尘会在散热器表面分解、散发气味、熏黑墙面的情况明显。如果散热器进出口温度降低，那么，在室内空间范围内，温度梯度减小，空间温度分布会趋于均匀，也就会使人感到舒适。由于散热器与室温的温差减小，低温散热器采暖不会使室内空气的相对湿度剧烈减小，从而室内物体和空气电离程度降低，人体带静电减少，更舒适健康。

垂直温度梯度越大，房间上部无益的热损失就越大，通过降低采暖系统热媒温度使得散热器表面温度减小，可改善这种情况。同时供回水温度的降低可以减少网路管道的热损失，提高换热器热效率，具有一定的节能性。

本建筑为节能改造的建筑，且24h不间断供暖，采暖系统分为4段，各系统规模较小且独立运行控制计量，适合低温热水散热器采暖。

3.2 低温散热器采暖设计计算

3.2.1 负荷计算

建筑节能改造后维护结构传热系数分别为：外墙K=0.41W/（m2·K），屋顶K=0.3W/（m2·K），外门窗K=2.90W/（m2·K），采用传热计算法，利用负荷计算软件对每个房间进行热负荷计算，最后得到总热负荷为159.6kW,热指标为37W/m2。

3.2.2 散热器片数计算

散热器的片数n按照下式计算【2】：

式中，QJ为房间的供暖热负荷，W；QS为散热器的单位（每片或每米）散热量，W/片或W/m；β1为柱形散热器（如铸铁柱形，柱翼型，钢制柱型等）的组装片数修正系数及扁管型、板型散热器长度修正系数；β2为散热器支管连接方式修正系数；β3为散热器安装形式修正系数；β4为进入散热器流量修正系数。

此工程中β1=1.05，β2=1，β3=1.04，β4=1。选用的铜铝复合柱翼型散热器TL-502-400型标准散热量（Δt=64.5℃）：196W/片，而本项目工况Δt=35℃，利用公式进行计算【3】。公式如下：

式中，Q为计算的散热量，W/片；Δts为实际工况下的平均温差，℃，Δts=（T进+T出）-T室温；a为系数，此处取值0.768。

计算得Q=86.9W/片。

选取3层4段某客房为例，房间热负荷为1 135W，n=1 135/86.9/1.05/1/1.04/1=12片。若热媒温度为95℃/70℃，则房间散热器片数为n=1135/196/1/1/1.04/1=6片。

客房平面如图1所示。

图1 某客房平面图

3.2.3 管径计算

节能改造后负荷变小，在满足热负荷所要求的热媒流量条件下，确定系统的管段管径，以及系统的压力损失。水利计算应具备的条件是：确定供暖系统的设备及管道布置；已知系统各管段的热负荷及管段的长度。

热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：

式中，ΔP为计算管段的阻力损失，Pa；ΔPy为计算管段的沿程阻力，Pa；ΔPi为计算管段的局部阻力，Pa；R为每米管长的沿程阻力损失，即比摩阻，Pa/m；L为管段长度，m。

通过水利计算得出，针对本项目既有建筑节能改造后低温采暖与传统温度采暖相比，采暖系统供回水管管径略有变化，可忽略不计。

3.3 本工程低温散热器供暖方案的分析

本工程中低温散热器采暖方式一方面可提高舒适性；另一方面，通过设计计算可知采用低温散热器采暖时，由于供回水温度降低，散热器面积相比于同负荷下采用传统温度运行的散热器数量增加了2倍，散热器长度加长，并且影响室内美观。但由于选用的散热器散热率较大，且热负荷比节能改造前变小30%～40%，所以，综合来说，改造后低温散热器增加数量约为改造前高温热媒设计散热器数量的1.4倍左右，整体散热器布置不会影响房间使用空间。

散热器数量过多直接导致采暖系统的初投资的大幅增加。若既有建筑节能改造后采用低温散热器采暖系统，其因供回水温度降低引起的散热器片数增加所造成的采暖系统投资的增加幅度为21.2%【4】。

4 行业低温散热器采暖技术研究参考

清华大学江亿院士在2013年全国供暖技术交流会《我国集中供热的现状和发展途径》报告中指出：提高热源效率的关键是低温供热；低温供热可以大幅度提高各类热源效率；低温供热有利于缓解“过量供热”现象；供热温度降低，并不影响室内舒适性。

同济大学周斌等人通过对上海某低温散热器采暖（空气源热泵提供55℃/45℃供回水）办公楼的实测以及在实测的基础上采用CFD模拟的方法得出低温散热器采暖的室内舒适性较好【5】。

哈尔滨工业大学李庆娜等人通过对哈尔滨地区现有的具有代表性的节能住宅的低温采暖系统进行测试，验证了应用于节能建筑的低温散热器采暖系统连续供热可满足热用户的用热需求【6】。

哈尔滨工业大学陈思佳也通过对系统运行、管网热损失等的理论分析计算和对典型散热器采暖房间进行CFD数值模拟以及讨论低温散热器采暖系统与热泵及冷凝式燃气热水器2种高效热源结合的节能性等得出散热器采暖系统低温运行时的有利因素及不利因素，为散热器采暖系统低温运行的技术推广及在实际工程中应用提供理论依据【7】。

国家标准GB 50736—2012《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》供暖系统设计参数专题中对于散热器供回水温度的确定趋于向低温的方向发展，但总体来说，我国的低温采暖系统研究应用仍处于落后水平。

5 结语

本文通过对北京某宾馆节能改造前后分析计算及方案讨论设计并结合当前业内低温散热器系统运行的一些研究得出如下结论：

1）低温散热器采暖系统改善了室内温度场不均匀的状况，热舒适性较好；同时降低了房间无益热损失以及管网热损失，具有一定的节能性；适用于连续供热的居住性节能建筑。

2）低温散热器系统由于供回水温度降低，导致设计散热器片数增加约1.4倍，从而增加了散热器的投资。

3）低温散热器采暖已是世界采暖的趋势，在我国，散热器低温供暖系统在建筑领域广泛应用还需要暖通行业的努力。