温控阀的节能效果测试分析全文

温控阀的节能效果测试分析

清华大学建筑技术科学系徐宝萍付林狄洪发

摘要：对北京市某小区分户计量采暖系统进行了动态实测分析，通过对散热器温控阀的不同调节工况进

行测试，得出在温控阀调节作用下室内温度的变化情况。以参考房间为基准，提出能耗百分比及邻户传

热百分比的概念，从而探讨用户调节温控阀的节能效果。对该小区的测试分析结果为，对于住户出差在

外长期关阀的情况节能率可达20％左右，住户按上班作息规律对温控阀进行间歇调节时节能率约为

6％，利用太阳能等自由热防止室内过热时可达到较好的节能效果。

关键词：温控阀室温参考房间邻户传热能耗

1引言

目前国家正在大力推进供暖体制改革,实现按户计量收费,以提高居民的节能意识,使居民主动采取节能行为。间歇供暖可以使供暖时间大幅度减少,人们通常认为它可以大幅度减少供暖能耗和费用,产生十分显著的行为节能效果[1]。住宅用户宜尽量作到无人断热[2]。另有专家指出，要纠正对采暖系统采用“人走灯灭”方法过度进行“行为节能”的偏面宣传，淡化对户间传热因素的过分强调[3]。

用户间歇调节的节能效果究竟如何？当用户关闭温控阀后，对其邻户的影响又如何？也有学者对此类问题作了较为深入的理论研究及模拟分析[4,5]。如文献[4]采用全工况数值模拟方法得出 ,在满足温度舒适的前提下,采用上班停暖的间歇供暖方式,全楼平均节能率不超过10%。而实际情况下，无法达到全楼用户统一进行间歇调节，理论及模拟计算的方法仅是客观世界的抽象和近似。为了得到更为直观的认识，更好地了解温控阀在实际工程中的应用状况，对北京市某小区分户计量采暖系统进行了调节与测试，探求温控阀在采暖中的节能效果。

2测试系统简介

北京市某住宅小区，为2003年新建建筑，2004年开始入住，到目前为止尚有80余户尚未入住。空房内均正常采暖。围护结构按照《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95设计。住宅采暖系统各单元分别设置下供下回式采暖总立管（见图1），分设于各管井内。每户一个水平双管同程式系统（见图2），并设一组合式热表。室内采用钢柱型散热器，每个散热器均设温控阀和手动放气阀。温控阀不具有感温元件，可进行手动调节，当转盘刻度至“*”时流量几乎为0，当转盘刻度至“5”是阀门开度最大。若不对温控阀进行调节，初始刻度值均指向最大值“5”处。整个采暖系统仍以定流量质调节方式运行，根据室外天气状况以大中小火调节锅炉出水温度。

3测试方法简介

测试对象均选择尚未入住的阴面空房间，且分布在空房率最高的一栋楼内（见图3），以便于进行

温控阀的调试，同时可排除人员设备产热等随机因素的影响。并且在测试房间中，窗门保持关闭状态，除散热器再无其他发热设备，阴面受太阳辐射的影响也较小，因此测试房间考虑的主要热扰为室内外温差引起的外围护结构传热损失、散热器供热、围护结构（蓄）放热及邻室传热。

通过在室内外布置温度自记仪测点（每隔30分钟自动记录一次），以及人工读取竖井内的热表来获得实验数据。室内温度测点布于各个房间的同一相对位置，远离散热器，高度为1.5m 左右。室外温度测点置于建筑的阴面、背风遮阳处。

排气阀

～3层

～6层

层

压差控制阀

平衡阀

平衡阀

餐厅

客厅

阳台

居室

居室

卫生间

厨房

阳台

×66

21×46

×66

16

×66

图 1 楼内采暖系统示意图

图 2 典型室内采暖系统示意图

为了分析调节温控阀的产生的一系列影响，需要与不调阀状态下的情况进行比较，如按作息规律调阀与不进行调阀相比究竟可节省多少能耗，则需要有一个基准，文中称之为参考对象。参考对象的选择有两种，第一种为空间

参考，可排除室外气象变化及热源运行调节产生的干扰，

参考房间需满足如下条件（1）户型、散热器布置、在楼中

的位置、朝向等与调阀房间均一致；（2）调试房间的温控

阀调节时，参考房间不受干扰。第二种为时间参考，则是

选择调试房间本身在不调阀时段的状态作为参考对象，时

段的选择注意选取外温、风速、太阳辐射等气象条件与调阀期间近似，一般取天气状况变化不大的相邻两天。 4

测试结果与分析

4.1 工况一（测试住户长期关阀，周围住户正常采暖）

选择空房2-401，06年1月18日下午19：05将户内所有散热器温控阀置于“*”，此时热表的流量读数变为0,并一直保持该状态。

图3 测试房间在楼中的位置分布

4.1.1室温变化

关闭散热器温控阀后，室温下降速度十分缓慢（见图4），历时60h室温由20.8℃降为17.4℃，平均降温速率仅为0.057℃/h，由此可见建筑巨大的热惯性。此后不再有明显的降温过程，室温波动规律与室外温度波动规律较为一致，且室内温度达到峰谷值的时间略有延迟，波动幅度较小，建筑围护结构相当于“缓冲器”，起着延迟及减幅的作用。

4.1.2计算分析原理

（1）能耗百分比

目前常用房间散热设备散出的热量作为该房间的耗热量，从热量表中即可读出该值。但对于温控阀关闭的房间，虽然散热器散热量为零，邻室传热的存在及建筑热惯性相当于提供了“间接的热源”，均可追溯到热网供热。因此，为综合考虑节能效果，文中所计算房间耗热量，最终均追溯到热源直接或间接提供的热量（包括散热器散热量、邻室传热量及围护结构放热量），而这些热量又消耗于室内外温差引起的外围护结构损失。根据房间热平衡，可得

(1)()() (2)()() h s l w h o o n w o o n w l l l l n l l l n Q Q Q Q Q K F t t d K F t t Q K F t t d K F t t ττττ=++=⋅-=⋅-=⋅-=⋅-∑∑⎰∑∑⎰o

(3) J J J

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t t t Q Q Q Q K F K F ∑∑其中——房间总耗热量，——散热器散热量，——邻室传热量，——围护结构蓄（放）热量，蓄热时为“－”，放热时为“＋”——房间与外环境的综合传热系数，w/K ——房间与邻室的综合传热系数,w/K

——分别为调阀房间室内温度、室外温度及邻室温度，min τ——时间步长，本测试中取30

为判断住户调节温控阀的节能效果，定义能耗百分比Q h ：同一时间段内，住户调阀情况下的耗热量h Q '与其参考房间在不调阀情况下的耗热量Q h 之比。计算公式为：

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nw t t ''其中，为参考房间的室内温度，为调阀房间的室内温度，为参考房间的室内外平均温差，为调阀房间的室内外平均温差。

则住户调节温控阀相比于不调节温控阀的节能率s 可表示为：1 (5)s Q =-

（2）邻室传热百分比

为考虑邻室传热的影响程度，本文定义邻室传热百分比l Q ：在某一时间段内，由邻室传热提供的热量占房间总耗热量的百分比。

() (6)

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∑∑∑∑其中，为调阀房间与邻室平均温差，为调阀房间室内外平均温差

关阀初期，围护结构逐渐释放热量，其内部温度将处于动态变化过程，经历较长时间后，围护结构放热过程基本结束，内层温度分布亦趋于稳定，此时可认为房间的“热源”单一来自于邻室传热，从而使得房间温度维持在一定水平。此时公式（1）～（3）可简化为：

()() (7)h l o o n w l l l n Q Q K F t t K F t t ττ=⇒⋅-=⋅-∑∑

由工况一测试结果，取关阀后第14天围护结构基本处于稳定状态，此时，测试房间室内外平均温差为22℃，与邻室平均温差为4.80℃。代入式（7）中可得：

()22 4.58 (8)()

4.8

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