建筑供暖的温度控制与节能
作者：蔡捷
供暖建筑的室内温度是根据热舒适性、经济性、生产工艺等因素确定的，各类不同的建筑都规定了相应的室内温度，一般民用建筑的主要房间，其室内温度在16～20 ℃之间。当室内温度低于规定的温度时，不能满足热舒适性、生产工艺等方面的要求；当高于规定的温度时，热舒适性提高了，但耗热量增大，不利于建筑节能。因此，供暖建筑的室内温度是评价供暖品质和节能的重要参数。 建筑供暖是为了满足人、生产及其它特殊的需要，当人们在室内工作、生活时，需要保持稳定、舒适的室内温度；当人们停止了工作，人去楼空时，应将室内温度降低至最低水平，即值班温度。因此，建筑供暖的室内温度应根据建筑的使用情况，进行随机调节，有利于建筑的节能。
1 室温调节的原理
在通常的供暖情况下，不论房间是否有人，室温都保持规定的温度tn，房间内墙、地板、设备的温度也为tn，与室内空气不进行热交换，房间通过外墙向室外的传热量为Qw，散热器的散热量为Qs，近似认为二者相同。 Qw=Qs=K(tn-tw)F (1)
式中K为外墙传热系数，F为外墙传热面积，tw为室外计算温度。
当房间无人时，进行室温调节供暖，将室内温度tn降至值班温度tz，近似认为室温瞬间由tn降至tz。由于墙体的热惰性，内墙温度不可能在瞬间由tn降至tz，需要经历一个降温期。设所需时间为h，例如：240 mm砖墙，当两侧空气温度从18 ℃降至10 ℃时，墙中心温度需要经过58 h才能从18 ℃降至10 ℃。在降温期，外墙的传热量为Qw1，散热器的散热量为Qs1，内墙向室内放热，传热量为Qn。
Qw1=Qs1+Qn=K(tz-tw)F (2)
经过降温期后，室内空气温度与内墙、地板、设备的温度趋向一致，达到值班温度tz，停止了热交换，进入值班期，设值班期经历的时间为Δh，此时，外墙的传热量为Qw2，散热器的散热量为Qs2，二者应相等。
当房间有人时，室内升温过程与上述过程类似。此时，外墙的传热量为Qw3，散热器的散热量为Qs3，内墙的吸热量为Qn。
Qw3=Qs3-Qn=K(tn-tw)F (3)
这样，经过降温期、值班期、预热期所需的时间为(2h+Δh)，消耗的热能为： K(tz-tw)FΔh (4)
而采用恒温供暖时，经过(2h+Δh)消耗的热能为：
Ew=K(tn-tw)F(2h+Δh)
=2K(tn-tw)Fh+
K(tn-tw)FΔh (5)
因为tn＞tz，tn＞(tn+tz)/2，E＜Ew，因此，调节室温的供暖方式是节能的，当tz越小、Δh越大，节能效果越显著。
降温期、预热期所需的时间h取决于内墙的热物理特性，墙体的导热性能越差，h越大。由于房间内墙、地板、设备的h值不同，计算较为困难。在实际的调节过程中，可采用如下方法，例如办公楼，使用时间为18：00～8：00，共14 h，由于240 mm砖墙从18 ℃降至10 ℃时，需要经过58 h，而14 h是不能够满足需要的，为此，降温和预热时间h各取使用间隔时间的一半，即7 h，从18：00～1：00为降温期，从1：00～8：00为预热期，中间无值班期。当经过7 h
的降温后，内墙的温度也许达不到值班温度，再经过7 h的预热后，内墙的温度将恢复到原来的室内温度。因此，只要预热时间≥降温时间，室内温度能够恢复到原来的温度。
以上室温调节过程需要经历一个预热期，如果缩短预热期(预热时间小于降温时间)，或者取消预热期，要将室内温度很快恢复到使用温度，必须增加供热负荷，例如：提高热媒的温度和流量，或者在设计供暖系统时，放大管径、增大散热器的面积。虽然增加了供热负荷，但缩短了预热期，仍具有节能效果。其缺点是：设备的初投资增加；由于室内温度不能快速恢复到使用温度，人们进入房间后的短时间内会有冷的感觉。
2 室温调节的方法
2.1 调节热媒的温度
保持热媒的流量G不变，调节锅炉或者换热器的热媒出口温度。即 例如：当tn=18 ℃，tz=10 ℃，tw=-9 ℃时
式中c为水的比热容。
降低热媒温度，使供回水温差较原来降低30%，即可将室内温度降至10 ℃。
2.2 调节热媒的流量
保持热媒的供回水温差不变，调节热媒的流量，即：
式中Gn，Gz分别为调节前、后热媒的流量。
例如：当tn=18 ℃，tz=5 ℃， tw=-9 ℃时
减少热媒流量48%，即可将室内温度降至5 ℃。
通过调节锅炉房、单体建筑供暖干管入口处的供暖系统阀门，可以调节整个供暖小区、单体建筑内所有房间的温度，但由于使用规律不同，在夜间及节假日不使用的建筑物中，尚有些房间需要使用，采用系统调节时，不能满足这些房间的温度要求，使用电暖器也很不方便，对此可利用恒温阀解决。
在供暖系统的所有散热器上装恒温阀(单管系统应设旁通管)，下班时，将温度调至值班温度，而供暖系统的热媒温度保持不变，流量可适当减小，这样，当个别房间需要使用时，仍可满足其温度要求。
还有一种方法是在散热器上安装电磁阀。这种电磁阀有两种状态，一种是全开状态，此时不限制热媒的流量，室温达到使用温度；另一种状态为半开状态，此时限制热媒的流量，室温降至值班温度。电磁阀的开关设在办公楼的走廊中，如果人们下班后忘记操作，值班人员可检查一遍，使电磁阀处于半开状态，室温降至值班温度。这种电磁阀有两种形式，一种是直通阀，用于双管供暖系统；另一种是三通阀，用于单管供暖系统。
3 结语
调节室温的供暖方式适用于间歇使用的建筑，如办公楼、礼堂，而不适用于连续使用的建筑，如医院病房。当建筑物的每个房间使用规律相同时，可调节供暖系统的热媒温度和流量；否则，可设恒温阀或电磁阀，以满足个别房间的特殊需求。
应根据建筑的类型及其供暖设备的情况，确定适宜的值班温度，尽量保持较低的值班温度，但不宜低于 5 ℃，以防止建筑发生冻害。
当建筑的使用时间小于降温和预热时间之和时，在调温过程中，不存在值班期，降温和预热时间应相同，各取使用时间的一半，预热时间不能小于降温时间，否则，内墙温度低于室内空气温度，达不到应有的供暖效果。
值班期的时间取决于建筑的类型，对于一些不经常使用的建筑，如礼堂、体育馆，其使用间隔较长，更适合于调温供暖。
建筑供暖的温度控制与节能
作者：蔡捷
供暖建筑的室内温度是根据热舒适性、经济性、生产工艺等因素确定的，各类不同的建筑都规定了相应的室内温度，一般民用建筑的主要房间，其室内温度在16～20 ℃之间。当室内温度低于规定的温度时，不能满足热舒适性、生产工艺等方面的要求；当高于规定的温度时，热舒适性提高了，但耗热量增大，不利于建筑节能。因此，供暖建筑的室内温度是评价供暖品质和节能的重要参数。 建筑供暖是为了满足人、生产及其它特殊的需要，当人们在室内工作、生活时，需要保持稳定、舒适的室内温度；当人们停止了工作，人去楼空时，应将室内温度降低至最低水平，即值班温度。因此，建筑供暖的室内温度应根据建筑的使用情况，进行随机调节，有利于建筑的节能。
1 室温调节的原理
在通常的供暖情况下，不论房间是否有人，室温都保持规定的温度tn，房间内墙、地板、设备的温度也为tn，与室内空气不进行热交换，房间通过外墙向室外的传热量为Qw，散热器的散热量为Qs，近似认为二者相同。 Qw=Qs=K(tn-tw)F (1)
式中K为外墙传热系数，F为外墙传热面积，tw为室外计算温度。
当房间无人时，进行室温调节供暖，将室内温度tn降至值班温度tz，近似认为室温瞬间由tn降至tz。由于墙体的热惰性，内墙温度不可能在瞬间由tn降至tz，需要经历一个降温期。设所需时间为h，例如：240 mm砖墙，当两侧空气温度从18 ℃降至10 ℃时，墙中心温度需要经过58 h才能从18 ℃降至10 ℃。在降温期，外墙的传热量为Qw1，散热器的散热量为Qs1，内墙向室内放热，传热量为Qn。
Qw1=Qs1+Qn=K(tz-tw)F (2)
经过降温期后，室内空气温度与内墙、地板、设备的温度趋向一致，达到值班温度tz，停止了热交换，进入值班期，设值班期经历的时间为Δh，此时，外墙的传热量为Qw2，散热器的散热量为Qs2，二者应相等。
当房间有人时，室内升温过程与上述过程类似。此时，外墙的传热量为Qw3，散热器的散热量为Qs3，内墙的吸热量为Qn。
Qw3=Qs3-Qn=K(tn-tw)F (3)
这样，经过降温期、值班期、预热期所需的时间为(2h+Δh)，消耗的热能为： K(tz-tw)FΔh (4)
而采用恒温供暖时，经过(2h+Δh)消耗的热能为：
Ew=K(tn-tw)F(2h+Δh)
=2K(tn-tw)Fh+
K(tn-tw)FΔh (5)
因为tn＞tz，tn＞(tn+tz)/2，E＜Ew，因此，调节室温的供暖方式是节能的，当tz越小、Δh越大，节能效果越显著。
降温期、预热期所需的时间h取决于内墙的热物理特性，墙体的导热性能越差，h越大。由于房间内墙、地板、设备的h值不同，计算较为困难。在实际的调节过程中，可采用如下方法，例如办公楼，使用时间为18：00～8：00，共14 h，由于240 mm砖墙从18 ℃降至10 ℃时，需要经过58 h，而14 h是不能够满足需要的，为此，降温和预热时间h各取使用间隔时间的一半，即7 h，从18：00～1：00为降温期，从1：00～8：00为预热期，中间无值班期。当经过7 h
的降温后，内墙的温度也许达不到值班温度，再经过7 h的预热后，内墙的温度将恢复到原来的室内温度。因此，只要预热时间≥降温时间，室内温度能够恢复到原来的温度。
以上室温调节过程需要经历一个预热期，如果缩短预热期(预热时间小于降温时间)，或者取消预热期，要将室内温度很快恢复到使用温度，必须增加供热负荷，例如：提高热媒的温度和流量，或者在设计供暖系统时，放大管径、增大散热器的面积。虽然增加了供热负荷，但缩短了预热期，仍具有节能效果。其缺点是：设备的初投资增加；由于室内温度不能快速恢复到使用温度，人们进入房间后的短时间内会有冷的感觉。
2 室温调节的方法
2.1 调节热媒的温度
保持热媒的流量G不变，调节锅炉或者换热器的热媒出口温度。即 例如：当tn=18 ℃，tz=10 ℃，tw=-9 ℃时
式中c为水的比热容。
降低热媒温度，使供回水温差较原来降低30%，即可将室内温度降至10 ℃。
2.2 调节热媒的流量
保持热媒的供回水温差不变，调节热媒的流量，即：
式中Gn，Gz分别为调节前、后热媒的流量。
例如：当tn=18 ℃，tz=5 ℃， tw=-9 ℃时
减少热媒流量48%，即可将室内温度降至5 ℃。
通过调节锅炉房、单体建筑供暖干管入口处的供暖系统阀门，可以调节整个供暖小区、单体建筑内所有房间的温度，但由于使用规律不同，在夜间及节假日不使用的建筑物中，尚有些房间需要使用，采用系统调节时，不能满足这些房间的温度要求，使用电暖器也很不方便，对此可利用恒温阀解决。
在供暖系统的所有散热器上装恒温阀(单管系统应设旁通管)，下班时，将温度调至值班温度，而供暖系统的热媒温度保持不变，流量可适当减小，这样，当个别房间需要使用时，仍可满足其温度要求。
还有一种方法是在散热器上安装电磁阀。这种电磁阀有两种状态，一种是全开状态，此时不限制热媒的流量，室温达到使用温度；另一种状态为半开状态，此时限制热媒的流量，室温降至值班温度。电磁阀的开关设在办公楼的走廊中，如果人们下班后忘记操作，值班人员可检查一遍，使电磁阀处于半开状态，室温降至值班温度。这种电磁阀有两种形式，一种是直通阀，用于双管供暖系统；另一种是三通阀，用于单管供暖系统。
3 结语
调节室温的供暖方式适用于间歇使用的建筑，如办公楼、礼堂，而不适用于连续使用的建筑，如医院病房。当建筑物的每个房间使用规律相同时，可调节供暖系统的热媒温度和流量；否则，可设恒温阀或电磁阀，以满足个别房间的特殊需求。
应根据建筑的类型及其供暖设备的情况，确定适宜的值班温度，尽量保持较低的值班温度，但不宜低于 5 ℃，以防止建筑发生冻害。
当建筑的使用时间小于降温和预热时间之和时，在调温过程中，不存在值班期，降温和预热时间应相同，各取使用时间的一半，预热时间不能小于降温时间，否则，内墙温度低于室内空气温度，达不到应有的供暖效果。
值班期的时间取决于建筑的类型，对于一些不经常使用的建筑，如礼堂、体育馆，其使用间隔较长，更适合于调温供暖。