編者：上期談到，在供暖系統中室溫的控制對舒適性具有重要的意義，但是如何才能實(shí)現室溫的控制呢？眾所周知，散熱器、地暖、風(fēng)機盤(pán)管三種末端其實(shí)具有完全不同的工況特性，需要采用不同的方式進(jìn)行溫控，本期我們先從地暖開(kāi)始探討應該如何控溫。
 

眾所周知，散熱器、地暖、風(fēng)機盤(pán)管三種末端其實(shí)具有完全不同的工況特性，需要采用不同的方式進(jìn)行溫控，本期我們先從地暖開(kāi)始探討應該如何控溫。

 

室溫的高低取決于供暖末端散熱量與房間向外失熱量在動(dòng)態(tài)下的平衡點(diǎn)，房間本身在圍護結構不變的情況下室溫的控制其實(shí)是對供暖末端散熱量的控制。

 

對于地暖而言，目前常用來(lái)改變散熱量的方式有以下四種，我們分別對四種不同方式的特點(diǎn)進(jìn)行分析。
 

1、“開(kāi)關(guān)式”控溫方式
 

通過(guò)房間溫控器對壁掛爐直接控制的“整體控溫”，以及通過(guò)每個(gè)主要房間溫控器控制對應水路的“分環(huán)路或分區域控溫”。這種控制方式具有實(shí)施容易、技術(shù)成熟、成本較低的特點(diǎn)，是目前應用最廣泛的地暖控溫方式。

 

地暖分室溫控圖

地暖分戶(hù)溫控圖

 

“開(kāi)關(guān)式”地暖控溫方式比較適合熱惰性較低的干鋪地暖。當室溫達到設定值后溫控器關(guān)閉壁掛爐或者通過(guò)電熱執行器關(guān)閉對應房間的供暖，由于蓄熱量較小室溫能較快地穩定下來(lái)，同樣室溫低于設定值之后開(kāi)啟供暖也能很快地增加散熱量，從而讓房間溫度維持在設定值附近。但是這種方式用于熱惰性較大的濕鋪地暖中時(shí)，室溫的波動(dòng)將會(huì )增大：當房間溫度升高到設定值后關(guān)閉供暖，蓄熱層存儲的大量熱量仍然會(huì )讓房間內溫度繼續升高；同樣當溫度低于設定值后開(kāi)啟供暖，熱量會(huì )首先存儲在蓄熱層中而不直接散發(fā)到室內，所以室溫仍然會(huì )繼續下降一段時(shí)間后再上升，這些問(wèn)題會(huì )導致較大的室溫波動(dòng)，降低地暖的舒適性。對于壁掛爐供暖來(lái)說(shuō)，這種方式要注意幾個(gè)問(wèn)題：

 

第一、《輻射供暖供冷技術(shù)規程》JGJ 142-2012中明確規定：3.1.1 熱水地面輻射供暖系統的供、回水溫度應由計算確定，供水溫度不應大于60℃，供回水溫差不宜大于10℃，且不宜小于5℃。民用建筑供水溫度宜采用35℃～45℃ 。3.1.3 輻射供暖表面平均溫度宜符合表3.1.3的規定。

表3.1.3 輻射供暖表面平均溫度（℃）

 

地暖適宜低溫工作，家庭供暖適宜溫度應該在35℃～45℃，我們有時(shí)候設定出水溫度為60℃時(shí)，可能會(huì )導致地面溫度達到40℃以上。而如果將供水溫度設定到適合地暖的35℃～40℃，常規壁掛爐又會(huì )由于供、回水溫度都低于露點(diǎn)溫度而產(chǎn)生換熱器結露現象，從而嚴重影響到壁掛爐的使用壽命（對于冷凝爐來(lái)說(shuō)不存在這個(gè)問(wèn)題，但直接帶地暖會(huì )出現流量不足限制供暖面積和輸出功率的問(wèn)題）。

 

第二、對于大多數用戶(hù)來(lái)說(shuō)，室溫穩定后壁掛爐的最小輸出功率往往大于供暖需要的功率，因此會(huì )運行在間斷工作狀態(tài)，壁掛爐啟停時(shí)供水溫度波動(dòng)可以達到20℃～30℃，這種劇烈的溫度波動(dòng)水如果直接送到分集水器、地暖管等部件中，會(huì )產(chǎn)生熱脹冷縮的應力，影響到末端的安全性和使用壽命。

 

第三、如果地暖采用分環(huán)路或分區域控溫方式，末端流量和功率大幅度變化，當末端開(kāi)啟且房間較少的時(shí)候，壁掛爐可能會(huì )由于流量過(guò)小而無(wú)法正常工作，出現頻繁啟停的問(wèn)題，嚴重時(shí)還可能導致用戶(hù)家中無(wú)法正常供暖。

 

第四、由于壁掛爐被設計為高溫差小流量的工作方式，能夠提供的有效循環(huán)流量通常不大于1t，直接帶地暖時(shí)即使壁掛爐功率很大也只能帶面積100m2左右的地暖，而在供暖能力上一臺24kW的壁掛爐能夠帶200m2～300m2地暖面積的供暖，這種方式制約了壁掛爐的輸出功率。

 

簡(jiǎn)單小結：對集中供暖來(lái)說(shuō)，如果供水溫度不高于45℃時(shí)，干鋪地暖采用溫控器開(kāi)關(guān)方式控制室溫，能夠達到較好的室溫舒適度。但是濕鋪地暖用開(kāi)關(guān)式控制室溫波動(dòng)會(huì )較大，很難給用戶(hù)提供很好的使用體驗。對于常規壁掛爐地暖來(lái)說(shuō)，分戶(hù)控溫無(wú)法解決壁掛爐供水溫度與地暖需求溫度的矛盾，同時(shí)由于流量限制對壁掛爐輸出功率和帶供暖面積的能力產(chǎn)生限制，也存在一定的問(wèn)題；如果壁掛爐帶分環(huán)路或分區域溫控地暖，還有流量負荷變化對壁掛爐本身的嚴重干擾，可能會(huì )造成大量的售后問(wèn)題，我個(gè)人不推薦這種方式。
 

2、“流量調節型”控溫方式
 

例如集中供暖時(shí)通過(guò)調節分集水器流量進(jìn)行室溫控制的方式。其實(shí)這種調節方式本身是“偽控溫方式”，除了進(jìn)行房間溫度平衡外，手動(dòng)方式無(wú)法真正實(shí)現室溫的控制。

 

調節型分水器

 

由于調節后室溫不能及時(shí)變化，需要等待一段時(shí)間后才能知道調節是否合適，而且外面的環(huán)境溫度會(huì )發(fā)生變化，所以沒(méi)有人能夠手動(dòng)調節好室溫，最后的結果只能是全部開(kāi)啟，讓室溫在最冷的天氣時(shí)不至于太低，而且大多數時(shí)間當室溫偏高時(shí)，會(huì )開(kāi)窗降溫或者在地面上潑一盆水來(lái)降低高溫。

 

即使如此，這種方式也在普遍應用，特別是集中供暖的地暖用戶(hù)，當房間溫度過(guò)高時(shí)暖通公司通常會(huì )告訴用戶(hù)，房間太熱了就把對應房間的分集水器閥門(mén)關(guān)小一點(diǎn)，這樣確實(shí)能夠將室溫降下來(lái)，但這種方式不對，原因如下：

 

首先，規程規定：3.5.11加熱供冷管和輸配管流速不宜小于0.25m/s。當通過(guò)關(guān)小流量降低室溫時(shí)地暖管道流速降低，低于規程規定的0.25m/s，管道中的氣體和雜質(zhì)不容易被水流帶走，聚集在管道中容易形成氣堵和臟堵，使用一段時(shí)間后容易導致地暖不熱。

 

另外，當流速降低后地暖進(jìn)回水溫差會(huì )增大，很有可能會(huì )超過(guò)規程規定的10℃溫差。

 

地暖是典型“低溫差大流量”的工作模式，埋在地面的管道數十米長(cháng)，要想讓整個(gè)地面都能夠供暖，就要使回水溫度明顯高于室溫和合適的地表溫度，以保證整條管道都在有效散熱，如果流量關(guān)得太小會(huì )出現回水溫度過(guò)低，那么后面一段距離的管道，實(shí)際上則不能提供散熱供暖，那么地暖也會(huì )變成局部散熱的供暖方式。

地暖管道溫度變化示意圖

 

那么是不是在任何情況下都必須遵守規程中規定的供、回水溫度不大于10℃，同時(shí)不低于5℃呢？其實(shí)弄清楚這個(gè)規定的含義就明白了，因為這些需要根據不同情況而定：規程規定溫差不大于10℃的原因是當進(jìn)水溫度是45℃，溫差是10℃時(shí)，回水溫度為35℃時(shí)還可以提供有效散熱；供水溫度只有35℃，溫差保持5℃，則回水溫度會(huì )降低到30℃，還能夠正常給地面提供熱量。但是我們注意到隨著(zhù)房間保溫性能的提升，以及適合更低水溫的高效末端的誕生，有時(shí)供水溫度為30℃甚至更低都可以為房間提供舒適的溫度，這種情況下溫差可能需要降低到3℃～5℃。

 

當然還有一種情況：比如供水溫度為55℃的時(shí)候，即使供、回水溫差達到20℃，回水溫度也有35℃，還是可以散熱的，但是這種情況下供水管道經(jīng)過(guò)的地方其地面溫度會(huì )遠遠超過(guò)29℃的上限，因此也不是合適的控溫方式。

 

簡(jiǎn)單小結：除了進(jìn)行流量平衡調節外，通過(guò)改變流量來(lái)調節室溫的方式是不合適的，也很難給用戶(hù)提供舒適的供暖體驗，這種方式個(gè)人持反對意見(jiàn)。

 

3、“水溫調節型”控溫方式

 

水溫對地暖散熱量有顯著(zhù)的影響，因此通過(guò)水溫進(jìn)行室溫調節的方式非常適合地暖。

 

表1 不同水溫下加熱管間距大小對熱量的影響

 

從表1中可以看出，地暖有效散熱量與平均水溫，或者說(shuō)平均水溫與室溫的溫差具有顯著(zhù)關(guān)聯(lián)，改變此差值后很容易調節地暖散熱量，進(jìn)行室溫調節。典型方式如通過(guò)改變壁掛爐設定水溫來(lái)控制室溫，還有通過(guò)混水裝置改變地暖供水溫度的室溫調節方式。

 

壁掛爐直接帶地暖圖

 

對于常規鍋爐來(lái)說(shuō)直接通過(guò)壁掛爐設定地暖水溫的方式是不合適的，理由在前面已經(jīng)講過(guò)，通過(guò)壁掛爐設定地暖水溫會(huì )導致嚴重的冷凝現象；為了避免冷凝現象就需要將水溫設定為較高值，但超過(guò)地暖需要的水溫，就會(huì )導致室溫過(guò)高或者地面溫度過(guò)高。

 

無(wú)論是壁掛爐帶地暖還是集中供暖帶地暖，通過(guò)地暖混水系統等來(lái)改變地暖供水溫度是目前最合理的方式，可以同時(shí)解決室溫舒適性問(wèn)題和熱源匹配性問(wèn)題。

 

混水裝置是供暖系統中一個(gè)重要的工況轉換設備，在系統中具有降溫、溫度穩定、流量轉換、功率分配、負荷平衡、揚程補償等多方面的作用，對室溫的控制主要利用到混水的降溫、溫度穩定和流量轉換作用。

 

關(guān)于混水裝置的工作原理及系統中的作用，我們會(huì )在后面的章節進(jìn)行專(zhuān)門(mén)交流。

 

1）集中供暖地暖采用混水裝置的作用

 

集中供暖混水地暖圖

 

第一、集中供暖溫度不受控制，但是有了混水裝置后用戶(hù)可以自由選擇自己需要的水溫，為用戶(hù)提供更高的舒適度。

 

第二、采用混水裝置對室溫進(jìn)行有效控制后可避免用戶(hù)室溫過(guò)高或者通過(guò)開(kāi)窗降溫，可降低集中供熱熱量的浪費。

 

第三、混水裝置具有自動(dòng)負荷平衡功能和流量平衡功能，可以避免集中供熱中水力失衡導致的部分用戶(hù)家中地暖不熱的問(wèn)題。

 

第四、集中供暖具有二次循環(huán)泵增壓、改善地暖循環(huán)工況的作用，可以讓用戶(hù)家中的地面溫度更均勻，體驗更舒適。

 

第五、混水裝置具有流量轉換的作用，當室溫達到需求后能夠自動(dòng)降低一次流量，減少集中供暖水量的需求，從而降低集中供暖輸送的能耗。

 

2）壁掛爐地暖采用混水裝置的作用

 

壁掛爐混水地暖圖

 

第一、采用混水裝置后壁掛爐可以在適宜的高溫狀態(tài)下工作，避免冷凝現象的發(fā)生。

 

第二、通過(guò)混水裝置穩定溫度的作用，將壁掛爐啟停時(shí)大幅度的水溫波動(dòng)平抑后送到地暖中，可減少熱脹冷縮應力對管道和管件壽命及安全性的影響。

 

第三、通過(guò)混水裝置流量轉換的作用，將壁掛爐高溫差小流量的熱水轉換成地暖需要的低溫差大流量用水，可以充分利用壁掛爐輸出功率，實(shí)現一臺24kW壁掛爐帶200m2～300m2房屋供暖的目的。

 

第四、混水裝置中的循環(huán)泵可以增加地暖的流速，讓地面溫度更均勻，氣體和雜質(zhì)不容易聚集，供暖更舒適、穩定。

 

第五、當壁掛爐帶大面積供暖或者多層別墅供暖時(shí)，混水裝置可以自動(dòng)實(shí)現功率、流量分配，實(shí)現系統自動(dòng)平衡，大大降低系統調試的工作量。值得注意的是，無(wú)論對壁掛爐地暖還是集中供暖地暖，都可以采用帶有氣候補償功能的混水裝置實(shí)現根據天氣自動(dòng)調節供水溫度，從而保持室溫恒定舒適的目的，這是一種舒適度高和節能效果好的方式。

 

3）壁掛爐地暖配套混水裝置具有特殊的性能要求，不可亂用。

 

特別提醒：壁掛爐配套的混水對于性能和結構設計都有特殊的要求，實(shí)際應用中也有一些必須要注意的問(wèn)題。市面上很多混水裝置并不適合用于壁掛爐，當供暖方案不合適的時(shí)候可能導致壁掛爐難以穩定工作，最好選擇專(zhuān)業(yè)公司針對壁掛爐設計的混水裝置，進(jìn)行設計方案和產(chǎn)品選型，以達到較好的使用效果。

 

4）去耦罐不能代替混水裝置

 

壁掛爐帶去耦罐地暖圖

 

這里糾正一個(gè)誤區，很多朋友用去耦罐代替混水裝置，其實(shí)兩者的作用完全不同。原因是去耦罐可以解決壁掛爐流量和末端流量不匹配的問(wèn)題，但無(wú)法控制二次供水溫度，在實(shí)際工作中往往是壁掛爐本身的高溫和溫度波動(dòng)直接通過(guò)去耦罐進(jìn)入地暖管道，無(wú)論是安全性還是舒適性都無(wú)法得到保障，個(gè)人反對采用這種方式。

4、“復合調節型”控溫方式

 

每種控制方式都有自己的特點(diǎn)，如果想達到更好的效果，復合式調節方式是很好的選擇：比如普通混水裝置能夠提供穩定的供水溫度，但室溫還會(huì )隨著(zhù)室外氣溫的變化而變化；帶有氣候補償功能的混水裝置能夠保持室溫的穩定，但不能根據需求分時(shí)段和區域進(jìn)行供暖，因此采用混水裝置加可編程溫控器或者混水裝置加分環(huán)路或分區域溫控系統，都可以給用戶(hù)提供更加舒適和節能的供暖體驗。因此，靈活掌握上述特性可以做出真正舒適節能的地暖系統。

 

壁掛爐地暖分室溫控圖

 

本章小結：這里我們對地暖的幾種控溫方式進(jìn)行了分析，希望能夠幫助到大家。但是這里只探討了室溫控制方式，想做好用戶(hù)體驗還需要系統方案本身的優(yōu)化設計，以及對不同熱源和末端特性的掌握和利用等。相關(guān)內容，我們在后期會(huì )逐步與大家分享。

 

此文由博容總經(jīng)理申國強先生原創(chuàng )，發(fā)表于《地暖月刊》第151期，敬請關(guān)注！