簡介： 通過對幾種采暖系統原理的分析,提出住宅室內采暖設計的節能方案，對于住宅小區的供暖系統設計，如果規劃和設計合理，不僅能夠實現較好的系統控制和計量功能，同時可以降低能源的浪費，極大的提高供熱的社會效益并獲得相當的經濟效益。為建設高質量住宅小區采暖提供參考依據。
關鍵字：住宅 室內采暖 節能 分戶計量 控制 計量
1、引言
    節能是我國一項長遠的戰略方針。我國政府對節能工作高度重視，特別是改革開放以后節能工作出現了欣欣向榮的局面。節能對于供熱行業來說潛力是相當大的。供熱行業是能耗大戶，能耗支出占據其大部分成本。由于以往的住宅供暖按面積收取熱費，存在很大的不合理性，且不便于用戶進行局部調節，造成供熱用熱浪費很大。隨著人們生活水平的提高和供暖事業的不斷發展，對供暖系統實現用熱量的分戶計量和獨立控制的呼聲越來越高。
    近年來節能問題在供暖系統設計中越來越被人們重視。因此有必要在新建住宅中采用更合適的供暖系統形式來滿足熱費按戶計量的需要。在節能問題上，尤其要特別重視能源利用過程前的處理，即在規劃設計整個供暖系統時，應該考慮該系統的節能前景及經濟效益。建設部《建筑節能“九五”計劃和2010年規劃》明確指出，“對集中供暖的民用建筑安裝熱表及有關調節設備并按戶計量收費的工作，1998年通過試點取得成效，開始推廣，2000年在重點城市新建小區中推行，2010年全面推廣”。因此，在進行住宅室內采暖系統設計時，設計人員應考慮熱用戶分戶及分室控制溫度的需要。據初步測算，采取供暖分戶計量，可以實現采暖節能20%以上。本文就幾種適宜分戶計量的采暖系統做一淺析。
2、 舊式采暖系統的基本形式及其優缺點
    長期以來，我國城市住宅室內采暖系統設計基本上都采用單管垂直系統的方案進行設計。（如圖1）這種設計方案有許多優點：1系統簡單；2施工方便；3造價低等，但是也存在一定缺陷，主要是不便于用戶進行局部調節，因而造成能源的浪費。隨著能源結構的變化及節能和物業管理的要求，這一缺陷越來越明顯，使得此種供暖系統不得不被逐步替代。

圖1單管垂直采暖系統

    隨著我國社會主義市場經濟的發展，“熱”也是商品的觀點逐步被人們所認識和接受。傳統的落后的按建筑面積結算收費的方法，既不科學又不合理。已不能適應社會主義市場經濟體制的要求，必須進行按熱量計量收費的改革。供熱收費由計劃經濟時期的福利制向社會主義市場經濟體制轉變，即熱用戶向供熱企業繳納熱費。因而用戶對供熱系統節能越來越關注。單管垂直采暖系統的弊病越來越明顯，其弊端具體表現在以下幾方面：
2.1 系統不具有個體調節的能力
    單管垂直采暖系統的主要缺點是不利于進行局部調節，無法改善和滿足熱用戶的熱舒適性要求。而且由于該系統是將熱水先供到住宅樓的頂層，然后依次向下分至各用戶，這就在理論上造成了各不同樓層的熱用戶的散熱器的傳熱系數K值也不相等。因此造成頂層過熱，底層過冷，冷熱不均現象。頂層用戶過熱時只能通過打開門窗的方式來放走熱量以降低室內溫度，這就造成了能源的浪費。如果采用調節熱水流量來降低室溫，就會造成以下各層過冷的現象。其次，該系統也無法對各房間的室溫進行單獨調節，從而導致能源的浪費。
2.2 系統維修時浪費能源
    由于單管垂直采暖系統是一個整體的熱水循環系統。如果該系統有一處設施漏水或堵塞，整個系統將會受到影響。嚴重時可能導致整個住宅樓停供；而且在維修時會造成大量熱水的浪費，在寒冷地區可能會出現供水管凍裂等嚴重問題，造成不必要的事故，影響居民的正常生活。
2.3 不利于供熱部門的管理
    對于拖欠熱費的用戶處理困難，如果要停止個別用戶的供暖，可能影響到整個住宅樓停供。常此下去，致使供熱企業入不敷出，連年虧損。
2.4 閑置住宅的能源浪費
    由于室內采暖系統是單管串聯式，所以每層、每戶住宅必須用熱，否則該系統就無法正常運行。如出現有些用戶不想用熱或者有些住宅長期閑置，這就必然導致能源的浪費。目前在一些非采暖且又在發展小區采暖的地區，此種現象十分突出。
3、分戶計量的發展前景及控制原理
    目前，在我國，這種分戶式計量系統的研究剛剛起步，大部分都處在嘗試階段。原有的室內供暖系統多為單管垂直系統，缺乏獨立調節能力，熱用戶對熱是商品沒有深刻的認識，缺乏節能意識，僅此使我國住宅采暖單位面積能耗高出先進國家2倍左右，且不便于供熱部門管理。供熱系統的按戶計量是供熱發展的方向，是解決收費難和實現節能的唯一出路。隨著人民生活水平的提高人們不再滿足于吃飽、穿暖，而是不斷追求高質量、高品位的生活。在江蘇淮安市，每年新建住宅近百萬平方米，這些新建住宅大部分都在申請室內采暖，而淮安市目前僅市政府西大院有采暖系統。由于本市住宅室內采暖剛剛起步，所以在采暖形式推廣中應該走在前列，實施單戶控制的采暖形式推廣前景十分可觀。
    分戶計量采暖系統的特點是對每個采暖用戶進行單獨控制，即每戶獨立采用一個供回水系統，一戶一表制，可以單獨對用戶進行調節、關斷、計量，不會影響其他用戶。達到分戶計量目的的根本方法是對用戶獨立系統的控制，具體做法是在每戶供水入口處設置熱表及散熱器上安設調節閥。通過調節散熱器使采暖房間的室溫滿足人體熱舒適性的要求。實現散熱器調節的方法，主要是通過對散熱器散熱量進行控制，以達到室溫要求。目前散熱器個體調節主要依靠改變進流散熱器熱水流量的方法來實現，但是在進行散熱器調節時必須不影響整個供熱系統的水力穩定性，所以供熱系統要有完善的調節控制措施和高水平的運行管理辦法。否則，很難實現真正意義上的分戶計量。
4、適宜分戶計量的采暖系統
4.1 單管制采暖系統
4.1.1 單管水平串聯系統
    單管水平串聯系統是一種比較常見的采暖系統。其做法是在每個住宅單元設置一個總的供回水系統（稱為大系統），每層用戶為一個獨立的小系統。總供回水立管管井設在靠樓梯的櫥衛處，每層供回水接在大系統上（每層只裝一戶），在小系統出入口管道上加調節關斷閥門及熱計量表，以便分戶計量熱費。此系統的優點是：豎向無穿樓層的立管，不影響墻面裝修；缺點是：不能分室控制溫度；每組散熱器均須設冷風閥；管線過門、陽臺須處理。（見圖2）

圖2單管水平串聯系統

圖3單管水平跨越系統

4.1.2 單管水平跨越系統
    圖3為此系統的原理圖，同單管水平串聯式系統相同，采用一個大系統，可將該系統的供、回水立管設置在管道井內。此設計方案中須增設與散熱器組數相對應數量三通調節閥，控制進入散熱器的最大流量為循環流量的30%。該方案的優點是：可實現分室控制溫度；豎向無立管，不影響墻面裝修；缺點是：管路中的附屬設備（三通調節閥）增加；管線過門、陽臺須處理；每組散熱器須設冷風閥。
4.2 雙管制采暖系統
4.2.1 雙立管并聯式系統
    對于雙立管并聯式系統，任何一層的用戶只要在散熱器支管上加調節閥就可以達到調節介質流量，從而滿足用戶對熱舒適性的要求，并實現節能。但這種調節方式在使用時，應該考慮到以下問題：(a)此系統在樓層數過多時易出現嚴重的垂直失調現象，其系統垂直高度以不超過三層為宜，實用性受到限制。(b)穿越樓層的立管數增多。(c)僅適用于安裝熱量分配表的系統。（見圖4） 

圖4 雙立管并聯式系統

4.2.2 水平雙管系統
    采用水平雙管設計方案，可以避免雙立管并聯式系統的垂直失調問題，而且該系統可以實現每戶一個獨立系統，有利于熱量表的安裝，能實現散熱器個體調節。任何一層的用戶都可以通過室內調節閥方便的調節介質流量，從而達到舒適的室溫，并實現節能的目的，又不影響其他用戶采暖，但該系統須增設與散熱器組數相對應數量三通調節閥。該方案的優點是：能夠使不易解決的供熱系統垂直失調的難題得到極大的改善；可分室控制溫度，調節性能優于單管系統；墻面豎向無立管，不影響裝修；缺點是：室內散熱器下部的供回水管隱蔽困難；管線過門、陽臺不好處理；每組散熱器須安裝冷風閥。（見圖5）

圖5水平雙管系統 

4.2.3章魚式系統

圖6章魚式系統

圖6為此系統的原理圖，做法是在每戶設置一分水器，供水進入分水器后分出若干并聯的支管，末端連接至散熱器，再經回水集中到集水器。在制作安裝時應將管線埋地敷設（一般采用聚丁烯管或PB管），要防止地面因熱應力造成龜裂和破損，要妥善處理好管道熱膨脹時產生的推力傳遞給地板。該方案的優點是：可分室控制溫度，調節性能優于單管系統；管線埋地敷設，墻面豎向無立管，不影響墻面、地面裝修；缺點是：管線埋地須設隔熱措施，造價偏高；每組散熱器須設冷風閥。
5、供暖系統設計中應注意的問題
    雖然分戶式計量在新建住宅小區得到有力推廣，但其在推行過程中必然會在采暖系統設計、建筑物設計、儀表選用、管理等方面存在一些問題。
5.1 供暖系統熱負荷計算及戶內散熱器布置
    熱負荷計算是供暖系統設計的基礎，以往的設計由于害怕暖氣不熱而盲目加大熱負荷值，致使散熱器安裝面積過大，將不利于散熱器支管上溫控閥的調節，應該選擇合理的熱指標估算辦法。室內散熱器位置要布置合理，室內水平管線會增加，存在管線明裝占用空間，影響室內裝修、家具布置及過門、陽臺難處理等問題。
5.2 對建筑材料傳熱性能的要求
    新的建筑材料能否滿足現代節能房間的要求，即建筑材料的傳熱性能是否理想。采暖建筑的耗熱量主要是通過圍護結構的傳熱耗熱量構成，約占73%~77%，其次為通過門窗縫隙的空氣滲透熱量，約占23%~27%，在傳熱耗熱量中外墻占23%~34%，由此可見，提高建筑物的保溫性能將會達到很好的節能效果。另外，計算表明，對于一間不采暖的房間從周圍房間獲取傳熱量可維持12~14℃室溫，其他用戶有近1/4~1/5的熱量傳給了該房間，其他用戶將多支付這部分熱費，很不合理。所以，有必要增強戶間建筑結構的隔熱性能。
5.3 熱表參數修正及表計校核問題
    由于住戶所處樓層、圍護結構不同，保持相同室溫的耗熱量肯定存在差異，所以應該選擇合理的熱表參數。我單位在同用戶進行計量儀表校核、熱費結算中就發生過糾紛。而且，應該組織專門人員定期對計量表計進行校核。
5.4 供熱系統變流量問題
    由于實現分戶計量，系統的熱負荷變化會很頻繁，所以，供熱系統應該能自動調節供熱量，使其跟蹤所需熱負荷的變化。應該在換熱站設置有壓差控制的裝置。
5.5 住宅小區設置分戶計量裝置后，要加強節能宣傳；提高節能意識。
5.6 對供熱企業的管理提出更高的要求。
6、結束語
    綜上所述，對于住宅小區的供暖系統設計，如果規劃和設計合理，不僅能夠實現較好的系統控制和計量功能，同時可以降低能源的浪費，極大的提高供熱的社會效益并獲得相當的經濟效益。
參考文獻
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作者簡介： 
劉軍，男，1976年生，陜西蒲城人，畢業于包頭鋼鐵學院供熱通風與空調工程專業，獲學士學位，助理工程師，原在南京華電熱泉供熱技術有限公司工作，在工作期間發表多篇關于供熱方面論文，現主要從事暖通空調設計、熱泵供熱及節能方面的工作。