公共建筑分时分温供暖节能研究及效益分析

衡振武

（新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐 830000）

0 前言

在现阶段建筑耗能当中，供暖能耗占比约30%[1]，消耗大量能源。在我国北方的公共建筑当中，几乎都采用集中供暖的方式，但是由于公共建筑的特性，基本上都是人员停留区域需求热量较大，无人停留区域需求热量较小，应该采取分时分温供暖节能方案，将用热与供热相协调，特别是在使用率较低的时间和区域采用值班采暖设定。

1 分时分温技术简介

分时分温是根据建筑不同时段所需不同热度进行间歇性供暖，例如在办公楼、学校教室，工作以及上课时间保证供暖，在公休日和节假日采用值班采暖温度设定；在礼堂、体育馆等不经常使用的建筑采取值班供暖温度设定。由于建筑外围护结构控温具有延时性，不同建筑具备不同围护结构，其降温与升温的速率不同，因此如何根据用户的用热需求对温度开展实时调控，而不让实际温度滞后，使用户感受到不适，同时还要保证节约能源成为分时分温技术的第一难点。第二难点是自动控制方法，输出热度依据阀门的开合程度，用以达成控制室内达到适宜温度的目标，实际室内温度与目标温度的差距作为细节调控的反馈。在这一系列控温过程中，将形成较长延时，并且传统的PID 控制方法并不能满足分时分温控制的需求，因此应该着重改进PID 技术。

2 公共建筑分时分温供暖的特征

公共建筑主要包括办公楼、写字楼、学校、医院、银行、商场等建筑，具体的建筑供暖会依据其使用特点进行不同供暖设定。例如对于办公楼以及写字楼，将主要供暖时间控制在其具体的工作日，在休息日以及节假日采用值班采暖设定。对于在学校区域内的建筑，对教室、实验室、教师办公区域在上课时间保证供暖；学生宿舍根据情况有必要持续保证供暖；在寒假期间，大部分公共建筑均可采取值班采暖设定或者最低温度设定。对于医院区域的建筑，对办公区以及门诊部在工作时间保证供暖，其他时间按照值班采暖设定；在急诊部及住院部采用连续供暖设定。对于银行、商场等营业性场所，在营业时间保证供暖，其他时间采用值班供暖设定。因此，在供暖期之内，大部分公共建筑的都有部分时间不需要保证供暖温度，只需保证值班温度，若采用连续性供暖，会造成大量能源的浪费，为了在保证用户正常用热需求的前提之下，采取分时分温节能供暖，能够对能源进行高效利用，从而达到节能的目的，具有可以具体应用的价值。那么具体的针对公共建筑应该最大限度满足用热需求并且达到节能要求，冬季正常公共建筑室内持续温度应该保持在18~20℃之间，值班采暖温度设定以及保证设备正常运行温度设定为5~10℃。在进行温度调控时，建筑的外围护结构都有一定蓄热的能力，因此应该充分考虑建筑外围护结构的保温能力以及温度变换的延迟性，对于不同建筑采取不同的分时分温供热手段，将用热需求与供热程度相协调，减少资源浪费，实现技术节能[2]。

3 公共建筑分时分温供暖节能和效益

3.1 公共建筑分时分温供暖节能系统

3.1.1 分时分温供暖系统流程

该系统是根据不同公共建筑的用户使用情况以及功能进行区分，在满足用户的用热需求的前提下，热力网采用质调节或者量调节，通过监测，根据末端用户的热量需求，将用热与供热进行协调，进而实现节能供暖的目标。该系统的主要结构包括温度检测系统或者称之为信息采集系统、信息处理系统或者称之为中央处理器、信息反馈系统以及控制阀门，信息采集是通过安装在水管以及室内的温度监控器完成，信息处理系统通过回收信号、分析信号以及发出信号来完成对阀门的控制。通过分时分温节能供暖系统检测温度、制定供暖温度、接收温度反馈、调节温度等一系列过程之后，进行分时分温供暖，从而实现供暖节能。

3.1.2 分时分温供暖系统具体应用

①多点测温技术。在公共建筑之内安装多个室内温度远传采集器，在不同的区域测量温度，并且将测量的温度信息发送给分时分温控制系统。在分时分温控制系统内设软件定编程信息，对温度能够进行平均计算，同时计算与目标温度差距，得出室内供热平衡信息，进而输出计算结果信号，为温度控制提供依据。通过对不同位置进行测温，能够全面客观得出控温结果；②DRN 智能控制调节阀，该装置即分时分温控制系统的具体装置，能够进行温度信息收集、控温计算、控制供暖输入等功能，其主要结构为采集控制电路，其中包括流量分配技术、计量控制装置、通信网络、计算机管理平台等组件。该智能阀通过调节阀门开度来调整供热流量，一般放置在楼栋热力入口的回水总管位置。并且其中装有时间控制设备，工作人员可以通过设定阀门开关时间和开度来调整供热温度，实现室内温度适宜且能够定时调节，进而完成供暖节能；③气候补偿控制系统，该系统是根据室外环境温度的变换以及用户需求进行温度设计，使系统依据一定设定曲线进行供热温度调节，例如在室外气温升高时对供热温度或者流量进行降低，避免室温过高从而对能源产生浪费；在室外气温降低时，应该提高供热温度或流量，将阀门开度扩大，同时加大设备运行功率，达到快速升温的目的。最后考虑建筑外围护结构的蓄热延时能力，设定相应供热曲线，提前做出供热温度变化，以免温度不适宜[3]。

3.2 效益分析

3.2.1 公共建筑节能效益分析

本次研究末端分时分温控制系统以及热力站的气候补偿控制系统联合采用PID 控制下的节能效益。PID 控制器是一种滞后-超前校正装置，供暖系统的恒温控制宜采用此系统。在室外气温较低时，或者白天人员工作时间，室内供暖所需热量较多，通过PID 控制系统的反馈，热力站内供暖设备运行功率加大，提高供热量；相反，在冬季室外气温较高时，或者夜间无人员停留时，建筑物已经不需要过大的热量，通过分时分温控制系统PID控制反馈到热力站气候补偿器供热量调节，达到能耗降低的目的，与传统的供热系统相比能够节省大量能源。同时办公楼中安装多个测温点，通过各区域的温控装置调整楼栋入口热网流量用以保证室内整体温度适宜。建筑物的实际消耗热量会根据室外温度进行变化，外围护结构的蓄热性，在夜间会产生一定的保温作用，因此建筑物供暖系统在夜晚热量需求较小的时段调小乃至关闭阀门，也能达到室内值班供暖温度，综合达到保温以及节能的要求[4]。

3.2.2 公共建筑不同时段供暖能耗分析

其中：Z 为供暖天数；t 为温度；F 为供暖面积。则分时分段供暖后，总耗热量：QZ=Q1+Q3-Q2；供热量节约率：η=1-QZ/Q=1-

本次研究以乌鲁木齐市一栋3000m2教学楼为例，供暖天数158d，寒假40d，节假日和寒假均采用值班采暖，进行数据分析。假如教学楼供暖时间是9：00—18：00，则正常采暖平均温度为：tn=（规定采暖室气温×供暖时长+规定值班采暖气温×值班采暖时长）/24={18×（18-9）+7×[24-（18-9）]}/24≈11℃。tpj=-19.7℃，Z1=将其带入公式计算可得，QZ=Q1≈3500GJ，Q2=Q3≈900GJ，Q=Q1+Q2+Q3=5300GJ，QZ和Q 对比得供暖节约大概33.96%。由此可知，为公共建筑采取分时分温供暖节能控制，其节能效果极为显著，特别是学校等存在寒假不需要供暖的公共建筑，且其他事业性、商业性公共建筑同样具有较高的节能效果。

4 结束语

综上所述，由于公共建筑存在使用时段的特性，为公共建筑采取分时分温供暖节能控制，能够在保证温度的同时节约能源，实现供热能源的优化利用。新建建筑可考虑采用此方式，既有建筑应该积极进行供热系统改造，并应用先进的控制系统，在保证为建筑内部提供舒适的供热温度的前提下，尽量节省供热能耗。