上海地區(qū)住宅冬季供暖初探

聞 彪

（上海眾鑫建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200083）

0 引言

2018年初，各地持續(xù)低溫，安徽、湖南、江蘇等地出現(xiàn)極低氣溫，冬季寒潮再次引發(fā)筆者對(duì)夏熱冬冷地區(qū)住宅冬季供暖的思考。如何改善居住建筑冬季室內(nèi)舒適性？滿(mǎn)足供暖需求的同時(shí)如何兼顧經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性？針對(duì)這些問(wèn)題，本文對(duì)上海地區(qū)住宅供暖的特點(diǎn)和現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，并就工程案例進(jìn)行了分析。

1 供暖特點(diǎn)

根據(jù)文獻(xiàn)[1]的問(wèn)卷調(diào)研，上海地區(qū)冬季供暖存在以下特點(diǎn)：（1）供暖設(shè)備形式以分體空調(diào)和局部電供暖為主，少數(shù)采用燃?xì)獗趻鞝t結(jié)合地板供暖；（2）間歇運(yùn)行：居民普遍采取“部分時(shí)間、部分空間”的供暖模式；（3）大部分居民冬季有開(kāi)窗通風(fēng)的習(xí)慣。

2 供暖現(xiàn)狀

目前上海地區(qū)住宅供暖形式主要有以下幾種：

2.1 空氣源熱泵供暖

空氣源熱泵供暖均存在以下問(wèn)題：（1）熱風(fēng)供暖，縱向溫度梯度大，室內(nèi)熱舒適性差；（2）隨著室外氣溫下降，效率下降明顯，上海供暖季約有60%的時(shí)間處在重霜區(qū)[2]，機(jī)組需頻繁除霜，嚴(yán)重影響空調(diào)使用。

常見(jiàn)的供暖末端形式有：①分體式房間空氣調(diào)節(jié)器；②變制冷劑流量多聯(lián)機(jī)；③風(fēng)機(jī)盤(pán)管；④風(fēng)管式系統(tǒng)。①是目前上海居住建筑最主要的供暖方式，獨(dú)立調(diào)節(jié)性好，但舒適性較差，同時(shí)室外機(jī)臺(tái)數(shù)多，設(shè)備安裝困難。②價(jià)格昂貴，室外機(jī)噪音也較大，但室外機(jī)易于布置。末端采用③④的住宅相對(duì)較少，其主機(jī)均為空氣源熱泵冷熱水機(jī)組，設(shè)備機(jī)房較大，系統(tǒng)相對(duì)較復(fù)雜，僅少量別墅業(yè)主選用。

2.2 燃?xì)獗趻鞝t供暖

供暖、生活熱水雙功能爐受到居民用戶(hù)的青睞，資料顯示，上海地區(qū)燃?xì)獗趻鞝t+地暖住戶(hù)比例呈逐步上升的趨勢(shì)[3]，其具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）一機(jī)多用，供暖、生活熱水一體化解決；（2）外形美觀，易于布置，便于分戶(hù)計(jì)費(fèi)；（3）完全獨(dú)立，供暖可自行控制；（4）熱舒適性好，易于操作。

2.3 電熱器供暖

種類(lèi)很多，有電熱油汀、暖風(fēng)機(jī)、鹵素管等，極不節(jié)能，多用于局部供暖，整體熱舒適性較低。

2.4 小區(qū)集中供暖

上海地區(qū)冬季時(shí)間短、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能差，不適宜建設(shè)市政集中供暖系統(tǒng)。但出于品牌、營(yíng)銷(xiāo)等方面的考慮，部分開(kāi)發(fā)商因地制宜，充分利用可再生能源、電廠廢熱等，設(shè)置小區(qū)集中供熱系統(tǒng)，應(yīng)給予大力支持。筆者所在單位設(shè)計(jì)的長(zhǎng)興島御島財(cái)富公館項(xiàng)目，三面環(huán)水、地下土壤熱傳遞性非常好，設(shè)計(jì)人員采用地源熱泵系統(tǒng)為小區(qū)提供100%負(fù)荷的冬季供暖，同時(shí)提供夏季制冷，節(jié)能減排的同時(shí)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，該工程已獲得“住宅類(lèi)能源示范項(xiàng)目”稱(chēng)號(hào)。

3 案例分析

上海地區(qū)住宅冬季供暖方案的選擇，需綜合考慮以下幾點(diǎn)：（1）系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性、連續(xù)性；（2）供暖、生活熱水可否同用一套設(shè)備，減少初投資；（3）能耗高低與人員舒適性的權(quán)衡。

燃?xì)獗趻鞝t+地暖系統(tǒng)，熱舒適性高，分戶(hù)供暖的同時(shí)，還可提供生活熱水，且系統(tǒng)穩(wěn)定，易于布置。筆者認(rèn)為燃?xì)獗趻鞝t供暖可作為上海地區(qū)住宅供暖的方式之一，尤其適合對(duì)舒適性要求較高的居民住戶(hù)。目前，針對(duì)壁掛爐供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型的論文較少，本文結(jié)合實(shí)際住宅項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該系統(tǒng)的選型做簡(jiǎn)要介紹，希望對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)人員有所幫助。

3.1 工程概況

本項(xiàng)目位于上海浦東陸家嘴濱江住宅帶，共建9幢高層住宅，總建筑面積約18萬(wàn)m2。項(xiàng)目采用變制冷劑流量多聯(lián)系統(tǒng)、燃?xì)獗趻鞝t+地暖系統(tǒng)，新風(fēng)由全熱交換器提供。

3.2 工作原理

圖1為雙功能爐直接供水方式，圖2為雙功能爐+儲(chǔ)水罐組合方式，無(wú)論采用何種系統(tǒng)方式，雙功能爐均采用生活熱水優(yōu)先模式，即在需要使用生活熱水時(shí)，三相分流調(diào)節(jié)閥會(huì)切斷供暖側(cè)的水流動(dòng)；當(dāng)不使用生活熱水時(shí)，三相分流調(diào)節(jié)閥則切斷生活熱水交換器的供水。

圖1 系統(tǒng)原理圖（不帶水箱）

面積較大的戶(hù)型或業(yè)主對(duì)于生活品質(zhì)要求較高，如果有浴缸、多個(gè)水龍頭同時(shí)使用的情況，那么這時(shí)雙功能爐的供水量會(huì)不足，此時(shí)需設(shè)置水箱。儲(chǔ)水箱能提供更大的水流量，同時(shí)熱水溫度穩(wěn)定性也較高。其原理如圖2所示，生活熱水儲(chǔ)水罐內(nèi)設(shè)置加熱盤(pán)管，用壁掛爐80℃工作水將自來(lái)水加熱到60℃并儲(chǔ)備起來(lái)。當(dāng)需要供暖時(shí)，設(shè)置混水回路，將供暖末端45℃回水與壁掛爐的80℃工作水混合成55℃作為供暖供水，地板供暖熱水供回水溫度為55/45℃。

圖2 系統(tǒng)原理圖（帶水箱）

3.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.3.1 系統(tǒng)選擇

雙功能爐直接供水、雙功能爐+水箱聯(lián)合供水，兩種方式如何選擇？?jī)?chǔ)水箱大小如何確定？雙功能爐功率如何確定？

根據(jù)計(jì)算，上海住宅項(xiàng)目供暖熱負(fù)荷小于生活熱負(fù)荷，且相差較大。若以供暖熱負(fù)荷選型，勢(shì)必造成生活用熱時(shí)熱量不足；若以生活熱負(fù)荷選型，設(shè)備容量過(guò)大，初投資增加，水溫波動(dòng)性較大。儲(chǔ)水箱的設(shè)置，可以降低壁掛爐的功率，水箱的容積主要根據(jù)用戶(hù)水流量大小確定。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的雙功能壁掛爐功率范圍為24～36kW，壁掛爐自帶的循環(huán)水泵流量約1200L/h。本工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，筆者從經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面綜合考慮，最終對(duì)熱

水系統(tǒng)選型如下：（1）當(dāng)供暖、生活熱水所需流量小于1200L/h時(shí)，選用雙功能爐，此時(shí)功率以生活熱水選取。（2）當(dāng)供暖、生活熱水所需流量大于1200L/h時(shí)，選用雙功能爐+儲(chǔ)水罐方式，此時(shí)功率以供暖功率為選型依據(jù)，儲(chǔ)水罐體積大小根據(jù)生活熱負(fù)荷計(jì)算選取。

3.3.2 計(jì)算方法

3.3.2.1 供暖用水量計(jì)算

供暖負(fù)荷按照常規(guī)負(fù)荷計(jì)算確定，供暖供回水溫度取55/45℃。

3.3.2.2 生活熱水用水量計(jì)算浴盆：一次性用水量100～150L（取100L），注水時(shí)間取15min。淋浴：一次性用水量50～100L（取100L），淋浴時(shí)間取30min。

3.3.2.3 生活熱水供水量計(jì)算

為便于計(jì)算設(shè)定以下參數(shù)：T冷為冬季自來(lái)水溫度，取5℃；T生為生活熱水溫度，取40℃；T罐為儲(chǔ)水罐內(nèi)熱水的溫度，可由用戶(hù)自行設(shè)定，取60 ℃；X熱為熱水系數(shù)，X熱=（40-T冷）/（60-T冷）=0.636；V罐為儲(chǔ)水罐的選型容積（L）；G為壁掛爐功率（kW）；t為一次性放滿(mǎn)浴盆的注水時(shí)間（h），取15min，即0.25h；V計(jì)為40℃生活熱水15min的集中計(jì)算用水量（L）。

用水時(shí)，儲(chǔ)水罐一般80%容積的水保持在設(shè)定溫度，20%的容積是混水區(qū)。

在15min（0.25h）注水時(shí)間內(nèi)，兩用爐的生活熱水供水量（L）：

在15min（0.25h）注水時(shí)間內(nèi)，兩用爐+水箱組合的生活熱水供水量（L）：

儲(chǔ)水罐的計(jì)算容積（L）：

3.3.3 選型計(jì)算

（1）由衛(wèi)生器具熱負(fù)荷和供暖熱負(fù)荷，分別計(jì)算生活熱水用水量、供暖熱水量。（2）根據(jù)最大水量，按照3.3.1進(jìn)行壁掛爐選型，儲(chǔ)水罐體積大小根據(jù)式（3）計(jì)算選取。（3）根據(jù)供暖阻力、水量選擇雙功能爐自帶水泵型號(hào)。一般同功率的雙功能爐生產(chǎn)廠商可以提供不同揚(yáng)程的水泵供設(shè)計(jì)師選擇，設(shè)計(jì)師需根據(jù)系統(tǒng)阻力、水量選擇與工程相適應(yīng)的水泵型號(hào)。（4）根據(jù)式（1）、（2），復(fù)核計(jì)算供暖爐實(shí)際提供生活熱水量。

考慮到本工程戶(hù)型較多，現(xiàn)選擇兩個(gè)典型戶(hù)型進(jìn)行選型計(jì)算分析，結(jié)果如表1所示。

表1 雙功能壁掛爐選型計(jì)算

4 結(jié)論與展望

（1）供暖、熱水雙功能壁掛爐供暖系統(tǒng)具有分戶(hù)計(jì)量、外形美觀、易于布置等優(yōu)點(diǎn)，可作為上海地區(qū)供暖、生活熱水一體化的解決方案之一。（2）針對(duì)供暖、熱水雙功能壁掛爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，當(dāng)所需水流量小于1200L/h時(shí)，選用雙功能爐，功率以生活熱水選?。划?dāng)所需水流量大于1200L/h時(shí)，選用雙功能爐+儲(chǔ)水罐方式，功率以供暖功率為選型依據(jù)，儲(chǔ)水箱容積根據(jù)生活熱水負(fù)荷計(jì)算選取。（3）上海地區(qū)部分別墅項(xiàng)目采用供暖、熱水雙功能壁掛爐+太陽(yáng)能+儲(chǔ)水箱的系統(tǒng)模式，將太陽(yáng)能置于陽(yáng)臺(tái)與建筑一體化考慮。該系統(tǒng)安全清潔、節(jié)能環(huán)保，可以作為上海地區(qū)別墅類(lèi)住宅項(xiàng)目冬季供暖系統(tǒng)方案。

［參考文獻(xiàn)］

[1]郭偲悅，燕達(dá)，彭琛，等.上海地區(qū)住宅冬季供暖現(xiàn)狀調(diào)查與測(cè)試研究[J].暖通空調(diào)，2014，44（6）：11-15.

[2]王偉，張富榮，郭慶慈，等.空氣源熱泵在我國(guó)應(yīng)用結(jié)霜區(qū)域研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，36（12）：9-12.

[3]周翔，張淇淇，張靜思，等.上海地區(qū)住宅冬季室內(nèi)環(huán)境調(diào)研及熱需求分析[J].暖通空調(diào)，2013，43（6）：64-67.