摘要：近年来节能问题在供暖系统设计中越来越被人们重视。在节能问题上，尤其要特别重视能源利用过程前的处理，即在规划设计整个供暖系统时，应该考虑该系统的节能前景及经济效益。在进行住宅室内采暖系统设计时，设计人员应考虑用户分户及分室控制温度的需要。据初步测算，采取供暖分户计量，可以实现采暖节能20%以上。本文在旧式采暖方式的基础上探索节能供暖问题，在分户分室计量上面进行研究。
关键词：采暖设计,常见问题,节能,分户计量
随着我国社会主义市场经济的不断向前发展，“热”也逐渐成为一个商品，这个商品的观点逐步被人们所认识和接受。从而供热收费由计划经济时期的福利制向社会主义市场经济体制转变，即热用户向供热企业缴纳热费也就顺理成章。
一、旧式采暖系统设计的弊端
用户对供热系统节能越来越关注。原来旧式的单管垂直采暖系统的弊病越来越明显，其弊端具体表现在以下几方面：
1、系统不具有个体调节的能力。单管垂直采暖系统的主要缺点是不利于进行局部调节，无法改善和满足热用户的热舒适性要求。而且由于该系统是将热水先供到住宅楼的顶层，然后依次向下分至各用户，这就在理论上造成了各不同楼层的热用户的散热器的传热系数K值也不相等。因此造成顶层过热，底层过冷，冷热不均现象。
2、系统维修时浪费能源。由于单管垂直采暖系统是一个整体的热水循环系统。如果该系统有一处设施漏水或堵塞，整个系统将会受到影响。严重时可能导致整个住宅楼停供；而且在维修时会造成大量热水的浪费，在寒冷地区可能会出现供水管冻裂等严重问题，造成不必要的事故，影响居民的正常生活。
3、不利于供热部门的管理。对于拖欠热费的用户处理困难，如果要停止个别用户的供暖，可能影响到整个住宅楼停供。常此下去，致使供热企业入不敷出，连年亏损。
4、闲置住宅的能源浪费。由于室内采暖系统是单管串联式，所以每层、每户住宅必须用热，否则该系统就无法正常运行。如出现有些用户不想用热或者有些住宅长期闲置，这就必然导致能源的浪费。目前在一些非采暖且又在发展小区采暖的地区，此种现象十分突出。
二、适宜分户计量、按需供暖的采暖系统
1、单管制采暖系统
1）单管水平串联系统。单管水平串联系统是一种比较常见的采暖系统。其做法是在每个住宅单元设置一个总的供回水系统（称为大系统），每层用户为一个独立的小系统。总供回水立管管井设在靠楼梯的橱卫处，每层供回水接在大系统上（每层只装一户），在小系统出入口管道上加调节关断阀门及热计量表，以便分户计量热费。此系统的优点是：竖向无穿楼层的立管，不影响墙面装修；缺点是：不能分室控制温度；每组散热器均须设冷风阀；管线过门、阳台须处理。
2）单管水平跨越系统。同单管水平串联式系统相同，采用一个大系统，可将该系统的供、回水立管设置在管道井内。此设计方案中须增设与散热器组数相对应数量三通调节阀，控制进入散热器的最大流量为循环流量的30%。该方案的优点是：可实现分室控制温度；竖向无立管，不影响墙面装修；缺点是：管路中的附属设备（三通调节阀）增加；管线过门、阳台须处理；每组散热器须设冷风阀。
2、双管制采暖系统
1）双立管并联式系统。对于双立管并联式系统，任何一层的用户只要在散热器支管上加调节阀就可以达到调节介质流量，从而满足用户对热舒适性的要求，并实现节能。但这种调节方式在使用时，应该考虑到以下问题：(a)此系统在楼层数过多时易出现严重的垂直失调现象，其系统垂直高度以不超过三层为宜，实用性受到限制。(b)穿越楼层的立管数增多。(c)仅适用于安装热量分配表的系统。
2）水平双管系统。采用水平双管设计方案，可以避免双立管并联式系统的垂直失调问题，而且该系统可以实现每户一个独立系统，有利于热量表的安装，能实现散热器个体调节。任何一层的用户都可以通过室内调节阀方便的调节介质流量，从而达到舒适的室温，并实现节能的目的，又不影响其他用户采暖，但该系统须增设与散热器组数相对应数量三通调节阀。该方案的优点是：能够使不易解决的供热系统垂直失调的难题得到极大的改善；可分室控制温度，调节性能优于单管系统；墙面竖向无立管，不影响装修；
3）章鱼式系统。做法是在每户设置一分水器，供水进入分水器后分出若干并联的支管，末端连接至散热器，再经回水集中到集水器。在制作安装时应将管线埋地敷设（一般采用聚丁烯管或PB管），要防止地面因热应力造成龟裂和破损，要妥善处理好管道热膨胀时产生的推力传递给地板。该方案的优点是：可分室控制温度，调节性能优于单管系统；管线埋地敷设，墙面竖向无立管，不影响墙面、地面装修；缺点是：管线埋地须设隔热措施，造价偏高；每组散热器须设冷风阀。
三、供暖系统设计中应注意的问题
虽然分户式计量在新建住宅小区得到有力推广，但其在推行过程中必然会在采暖系统设计、建筑物设计、仪表选用、管理等方面存在一些问题。
1、热媒设计温度标准问题
散热器热水采暖系统的热媒设计温度，一般根据热舒适度要求、系统运行的安全性和经济性等原则确定。作为散热器“标准工况”的64.5℃，就是水温95/70℃的平均值与室温18℃的传热温差。许多采暖系统的设计计算资料，也按此条件编制。根据理论推导和实际工程运行验证，对于设计水温95/70℃的系统，当散热面积偏大10％时，运行水温约可为90/65℃；当偏大20％时，运行水温约可为85/60℃；当偏大30％时，运行水温约可为82.5/57.5℃；当偏大40％时，运行水温约可为80/55℃。由于设计保守等各种因素，一般系统的散热面积均会偏大30％以上。
2、系统补水功能不健全
某供暖建筑面积30多万m2的居住小区，存在水力失调的室内系统末端底层住户，出现以下奇怪的现象：每到晚上八九点钟后散热器就开始降温，到半夜就完全不热，而次日早晨又会逐渐热起来。经过查实，系统未设置膨胀水箱，也未设置气压水罐等膨胀容积，只是依靠功率较大的补水泵进行补水定压，而补水泵则由电接点压力表控制启停，当降至下限值时水泵启动，达到上限值时停泵。由于设置在管路上的压力表，指针会发生抖动，上下限值的整定间距不能很小，因此，停泵后重新启动必然会有较长的时间间隔。在此时段内，由于水的不可压缩性和不可避免的系统泄漏，总会有空气进入系统，并积存于流量较小的系统末端顶点。
用合理容积的膨胀水箱或气压水罐进行定压，是十分必要的，如无条件设置，则应采用不间断运行的变频补水泵，或像本工程所采取的简易方法。
3、压力平衡选择
《采暖通风与空气调节设计规范》第3.3.9条规定：“建筑物的热水采暖系统高度超过50m时，宜竖向分区设置”。条文说明作如下解释：其主要目的是为了减小散热器及配件所承受的压力，保证系统安全运行。暖通规范作上述限定十分必要。近年以来，高层建筑（尤其是高层住宅）的热水采暖系统因渗漏而使家装破坏的事故，时有发生。除散热器或其它构件的质量和施工安装队伍素质等因素外，主要由于承压过高。
有些设计在热源处设置分集水器，对高低环分别接出供回水管路，将“分环”当作竖向压力分区，这是概念上的错误。“分环”可能有利于水力平衡和调节，但不可能对高区和低区分别实施定压，并不能克服低区所承受的较高静水压力。
4、对建筑材料传热性能的要求
新的建筑材料能否满足现代节能房间的要求，即建筑材料的传热性能是否理想。采暖建筑的耗热量主要是通过围护结构的传热耗热量构成，约占73%~77%，其次为通过门窗缝隙的空气渗透热量，约占23%~27%，在传热耗热量中外墙占23%~34%，由此可见，提高建筑物的保温性能将会达到很好的节能效果。
(1)散热器的选择
铸铁散热器是一种适应性较强的品种，它的主要弊病是：体型不紧凑，如铸铁四柱或铸铁长翼型等陈旧型号,显然与节能的、装饰要求较高的建筑环境很不协调；由于价格竞争,偷工减料，常达不到额定散热量；内腔粘砂成为系统堵塞的重要原因；落后的铸造工艺和加工粗劣,组对接口容易漏水。
钢板材质的钢制散热器体型较薄且较美观,国外较多采用,引进并广泛应用以后,由于材质、生产工艺、运行水质等因素失控,八十年代后期曾发生大量腐蚀而造成过很大损失，至今，仍有过头的商业宣传误导用户，不断造成此类腐蚀现象重复发生。
铝制散热器是一种高效的散热器,同样也发生过腐蚀穿孔问题,除材质外,碱性水质和超量的氯化物都会对铝产生腐蚀,虽对此种散热器提出了内防护要求，但工艺上难以实施，也不便于检验。因为热水锅炉水质标准要求锅水的PH值应为10—12，说明此种散热器不能用于以锅炉为直接热源的集中供暖系统，但可在热网集中供热、用户侧为经热交换的二次热媒系统，也可以应用于以燃气热水采暖炉或电热水采暖炉等分散热源的户式系统。有些产品改进为采用铜铝复合，可能是铝制散热器的主要出路。
（2）关于塑料类管材
在实施住宅分户热计量的户内采暖系统中，已大量采用塑料类管材，与金属管件接头处漏水成为一大公害，尤以交联铝塑复合(XPAP)管和交联聚乙烯（PE-X）管为甚。XPAP管由于其良好的阻氧性能，相对于其它塑料类管材，本来更适合于采用钢制散热器的户内埋地管道。
接头处漏水的主要原因，是管材与金属管件的配合和施工安装人员的操作经验问题。根据北京市标准《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》对金属连接管件的要求，耐拔脱力应不小于3Mpa,因此是可以通过改进解决的。
塑料类管材的纵向膨胀特性，则应在敷设方式上有所考虑。塑料类管材在地面内埋设时纵向膨胀受限，会转化为内应力，在管道强度计算的安全系数中可以消纳，而明装时则会发生较大的弯曲变形，且易受划伤而影响使用寿命。根据实际工程的问题和经验，北京市分户热计量试用图集中，只推荐在直埋（包括地面内或嵌墙敷设）时采用，非直埋的所有管道（包括明装或管道井内安装），仍推荐采用热镀锌钢管和螺纹连接，是很有必要的。
5、关于分室温度控制问题
无论是实施分户热计量的住宅户内采暖系统，还是其它建筑传统的垂直单管或双管系统，从节能和提高热舒适度出发，分室温度控制都是十分必要的。分室温度控制可以是自动的，也可以是手动的。在这方面的商业误导表现为：将分室温度控制等同于采用散热器恒温阀，并认为采用恒温阀就无需进行水力平衡计算。这种误导造成了一些系统的失调和对恒温阀的负面影响。
采用质量较好的手动两通或三通调节阀实施分室温度控制，可能更适合于投资条件受限和供暖不足的普遍实际情况。即使有条件采用恒温阀时，也应该在弄清楚其水力特性基础上，正确地加以应用。
6、使用中的一些其它该注意的问题
暖气片上及暖气片周围要保持良好的散热空间，不要堆放杂物，装修时暖气片上方不要密封，以免影响采暖质量；采暖管道上的各种阀门，经调试后，不要随意关闭和开启采暖房间的门窗，应保持良好的密封状态；供热开始后，经一段"蓄热"过程，采暖房间才能达到合格的温度；要爱护采暖设施，当您进行室内装修时，请不要随意拆除或增加供热设施.
经上述方法调试完成后，您的暖气片会逐步热起来的。调试后的阀门应该保持固定，不要随意开关，更不要泄放暖气片中的水。如仍存在问题，应通知用户单位维修人员解决。
六、小结
综上所述，对于住宅小区的供暖系统设计，如果规划和设计合理，不仅能够实现较好的系统控制和计量功能，同时可以降低能源的浪费，极大的提高供热的社会效益并获得相当的经济效益。
参考文献：
[1]吴艳香.标准配置下的采暖设计问题[J].《中国新技术新产品》.2010年04
[2]吕智君.自吸泵水力设计与自吸性能试验研究[D].中国农业大学.2005年
本文选自省级期刊《能源与节能》，《能源与节能》创刊于1996年，本刊坚持科学发展观，关注我国能源经济现象，报道能源与节能领域最新科研成果，探求我国该领域的方针、政策和发展战略，积极普及节能知识。同时为从事教学、管理、科研、以及广大一线工作的技术人员就能源、环保及节能等相关问题提供了一个政策研讨、理论交流及节能和环保等新技术推广的平台。
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