寒冷地区村镇住宅建筑单热源供热的热工设计与优化

汪静 ,庞瑞雪（通信作者）

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摘要：对不同规模的村镇住宅建筑供热热工优化设计方案与全生命周期内的经济性展开研究．首先，采用ＴＲＮＳＹＳ软件模拟得到６０～２０００ｍ２范围内不同供热面积村镇住宅建筑的动态热负荷，并对太阳能、电锅炉、地源热泵及空气源热泵４种不同热源供暖系统的控制运行情况进行模拟，得到不同热源供暖系统在不同供热面积下的优化设计方案．在此基础上，对不同热源供暖系统在全生命周期内的经济性进行对比分析，得到不同村镇住宅建筑供热面积下的热源推荐方案．结果表明：对于不同热源供暖系统的总费用，电锅炉供暖系统最大，太阳能供暖系统最小，太阳能供暖系统总费用比电锅炉供暖系统减少近６５％．

关键词：单热源供暖系统；数值模拟；能耗分析；经济性分析

长期以来，我国大量的煤炭消费带来了严重的环境污染问题．北方城镇供暖煤炭消费总量虽然不高，但煤炭燃烧产生的污染物仍对环境产生了严重影响，造成雾霾等恶劣天气现象．因此，大力发展可再生能源的清洁供热技术，减少北方城镇供暖的煤炭消费量，是实现绿色发展的有效途径之一．

1热暖设施类型与弊端

由于城镇居民住宅建造于不同年代，建筑的新旧年期不同，结构类型不同，用热管网布局也不同。目前居民住户用热方式可大体分为：分户控制式和分单元控制式单管串联、双管并联三种类型。在供热省区由于部分新建民用住宅节能未能达标，或入户管网用热计量表和室内暖气设施调控阀等缺装，实行的是按建筑面积用热及收费；对老旧式的建筑住宅，因初设安装的是分单元控制式的单管串联、双管并联用热设施，也均实行按建筑面积用热计费。加之热源流量、室内温度由供热单位调控，住户暖气设施无自行调控装置，享受的是供热单位烧的“大锅煤”、送的“大锅热”、收的“大锅费”待遇，无疑造成以下诸多弊端。

1.1热温外排，热源浪费严重

城镇居民住宅常居有老、中、青、少(幼)不同年龄的成员，对室温舒适性和需求不尽相同，许多住户在室温过高时大开门窗降温；室温较高时小开窗户降温；室外温度升高常时开窗降温，使得大量的热温排出室外，具体热温排外量尚无法估算，造成能源无形浪费令人痛惜。由于室温过高，与室外温差较大，易致使人体抗病毒免疫力下降，热寒感冒多发，造成用户医疗费用负担。

1.2住户人员减少，热受益率低

城镇居民住户常住人员逐年递减情况较多，在供暖区普遍存在。其原因一是子女高考到外地上学，毕业后在外地工作创业；二是子女出嫁或结婚，组建小家购置新房，或异地就业安家；三是老人因年高病故或丧偶，双居老人变为独居老人。据对三个小区210户居民住宅(户均面积120m2)调查测算；常居4人约占10％；3人约占24％；2人约占63％；1人约占3％，室内空置用热面积户均约38．6m2，合计空置面积约8100n12，空置率约达32％。由于用户常居受热人员少，室内使用空间减少，无需用热房间增多，加之供热方式和用热设施滞后，又未按用户实地需热面积供热，使热源受益率低，造成能源无效浪费。

1.3项层与底层温差较大，供热不均问题突出

20世纪80年代前期与后期，因国家财力有限，老旧式民用住收稿日期：2017—01—08作者简介：李群(1981一)，男，工程师宅在设计与建筑时，只考虑节时、节材和节费，未考虑室温不均的问题，特别是单管串联式用热设施，热源是由顶层住户向底层住户由上至下回流，使顶层与底层住户室温相差2℃～3oC，顶层室温过高时，只能开窗通风排热降温；底层室温过低时只能受凉，也有的住户用空调或电暖器增加热温。对此，底层住户对室温过低、热温不均和热费同收的问题反响强烈。

1.4停热及开热需审批，拆除与重安设施费用大

实行单元控制式单管串联、双管并联的用热住户，因常居人员减少，需用热空间变小，或人员外出去异地，需停用热一个或两个供暖期以上的，须经住户申请、单位(小区)初审、供热单位审批，方可拆除室内全部暖气片，并经专人到住户检查后停用热源；住户需用热时，再经申请逐级审批后，重新安装取暖设施，予以恢复用暖。据对100多户住户调查：拆除室内取暖设施约15％，仅一个住户拆除室内6组一8组暖气设施，人工费、材料费约700元～800元；重启用热还需再付安装费600元一700元。不但加大了住户费用支出，又使一些住户在寒冬期未能享受到温暖。

2改进供热方式与节能

2.1改单级供热与核算模式

首先，对用热单位(小区)进热、回水支管实施改造。在进入单位(小区)支管端口处新安装用热计量表、调控阀等配件设施，将供热直到用户变为供热到单位(小区)，供热量、供热面积和供热费由供热方与单位(小区)核算结办；其次，对住户用热面积、用热量、用热费用，由单位(小区)与住户核算结办；再次，单位(小区)结合实际，拟订本单位(小区)《用热管理与核定结算办法》等，便于操作实施。实行这一举措，使供热方由直接管理变为间接管理；直接供热变为间接供热；直接调控室温变为用户自行调控；直接核算收费变为间接核算收费。既能极大的发挥单位(小区)的监管作用，随时就近了解掌握本辖区住户基本情况，能客观、及时地解决供热、用热中存在困难与问题，又能使用热核算结办达到客观准确。

2.2改供热二元化为三元化

许多供暖省区实行分户计量、建筑面积二元化供热方式，存在弊端诸多，热源浪费等问题突出，大力推行分户控制计量供热为主的前提下，应把传统的分户计量、建筑面积二元化供热方式，变为分户计量用热、实需用热面积用热、建筑面积用热三元化供热，以达到供热方式的灵活性、多样性和节能性。

2.3改持续供热为分时段控热

供热省区的机关、事业、企业、医院、院(学)校等用热单位约达数十万个，用热单位之多，热源用量之大，节约能源潜力也大，无受益消耗热源时间和空间的问题也十分的突出，节能减排也不容忽略。例如：西部关中在实行8h工作制的单位、部门(科室)，一个供取暖期4个月约122d，其中上班约86d，在工作时段内有效用热约计688h，约占法定取暖时间的23．5％；下班后无人用热每天约16h，加上节假1336d(夜)，合计无效用热时问约2816h，约占法定取暖时间的76．5％，无效供热的时间之长，能源无效浪费也是惊人的。经测算：一栋公用办公楼建筑面积6800m2，实行分楼控制式单管串联用热，下班之后与节假13时段内人离室空率95％。若实行用热设施节能改造，分时段调温控热，一个取暖期节约热源率可达75％以上，减少热费支出约14．3万元。对此，应改变用热方式和用热设施的改造，改变工作8h之外和节假日用热失控状况，使用热节能减排扩延到每一个用热单位，每一个用热部门(科室)，每一个用热宾馆等场所，以改变公有单位和民企单位用热“大锅饭”的问题。

3结语

实施供热设施改造和改进供热方式，是实行分户计量用热、按需热面积用热和建筑面积用热三元化供热的基础工程，也是利国、利企、利民的民心工程。对此，在供热省区应实行多种供暖方式并举，设立专改机构，深研供热现状，拟定实施方案，规范改造标准，确保改造质量，保障改造工作正常实施。此项改造工程全面实施后，将降低能源消耗，提高供热源使用率，减轻环境污染，提高生态质量，保障人民群众的健康，必将产生极大的经济和社会效益。

参考文献：

［１］清华大学建筑节能研究中心．２０２０中国建筑节能年度发展研究报告［Ｄ］．北京：中国建筑工业出版社，２０２０．

［２］ＢＰ．世界能源统计年鉴［Ｍ］．北京：中国统计出版社，２０１８．

［３］张建东．热管平板式太阳能集热器热性能的研究［Ｄ］．南京：南京工业大学，２０１５．