低温地板采暖运行控制方式对比分析

2023-01-30

对于一般的散热器, 热水通过散热器表面与室内空气进行对流换热, 通过对供水流量或供水温度的控制就能直接的对室内空气温度加以调控, 散热器热力特性、供回水温度、流量与室温之间存在固定的函数关系 (热力系统稳定时) ;而对于地板辐射采暖系统, 其辐射换热量占总散热量的50%以上, 地板作为一个大的散热器, 地板表面是它的散热面, 散出的大部分热量并不是直接传给室内空气使其升温, 而是一小部分以对流换热的形式传给室内空气, 大部分以辐射的形式与墙面、顶板进行热交换使其升温, 进而再通过墙面和顶板的表面与室内空气换热, 间接对室内气温产生影响。且由于地板覆盖层具有一定的蓄热性能, 使热源供应的热量无法直接反映在地板表面的温度变化上, 也就是具有热延迟性, 热源供热量的变化无法直接与室温变化相联系, 因而使地板辐射采暖的运行调节方式具有一定的独特性。

地板辐射采暖系统的控制方式一般可分为连续运行调节和间歇运行调节, 连续运行调节又可分为:供水温度控制 (一般采用室外温度设定控制) 、变流量控制、启停控制和预期控制, 在间歇调节的系统运行时间段内也可采用这几种控制方式。下面就详细加以论述。

1 室外温度设定控制和变流量控制

室外温度设定控制是认为在固定的循环流量下, 保持供水温度与室外成比例变化, 就能保证室内气温的稳定性。在大多数的地板辐射采暖系统中, 室外温度每降低2℃~3℃, 供水温度就提高1℃。这种假定在房间处于稳态传热的情况下是正确的, 但对于每天室外温度的波动, 以及室内、外温度突然变化时是否适用呢。Mac Cluer对此进行了相关研究, 认为这一开环温度调节过程能对室外温度的波动作出较好的反映, 满足室内气温的基本要求, 但变流量控制更优于它的调节性能。

室外温度设定控制属于开环控制, 即没有室内温度的反馈, 只是根据室外温度的变化调节供水温度, 而无法根据室内温度的变化进行相应的调整。室外温度设定控制的方法包括:通过调节混水阀控制供水温度;调节热源控制供水温度。其特点为: (1) 根据室外气温对供水温度进行设定 (2) 对于地板辐射采暖房间的时间延迟, 能提前对温度变化进行控制; (3) 需根据系统特点, 预先确定调节曲线; (4) 对日照、内部得热等情况的调控效果较差; (5) 合理地设定供水温度, 使之与房间的负荷状况相匹配, 能使房间的温度波动最小化 (当只考虑室外气温的影响因素) , 房间不会象采用启停控制时那样, 产生明显的室温波动; (6) 室外温度设定控制, 是供水温度逐小时或逐天进行变化的连续运行, 不像启停控制那样间隔供热, 因此不会产生系统启、停时的噪声; (7) 在启停控制时, 地板内部停留一段时间的冷水返回锅炉后, 由于水温较低, 容易造成锅炉内部的热力振荡, 不利于系统的安全, 而室外温度设定控制则不会发生这种情况; (8) 在启停控制时, 停止供热的一段时间内, 由于地板采暖的供回水温度较低, 所以必须要确保局部管道不会发生冻结, 而室外温度设定控制则不会发生这种情况。

对于室内得热量不大的建筑, 采用单一室外控制参数基本能满足要求。当然也可在室内安装感温装置, 作为第二控制参数, 提高室温的控制精度。在大部分的建筑物中, 室外设定控制需要安装室内气温反馈设备, 来监测室外设定控制的效果, 若没有该设备, 供水温度的设定对于保证室内温度的控制是盲目的, 无法弥补室内得热和其他室外因素的影响。因此, 可以根据室内反馈信号来控制混水阀或锅炉, 来阻止过多热量的输入。

变流量控制在地板辐射采暖系统中的应用是Mac Cluer在1989年首先提出的, 不同于一般变流量控制的是, 根据一些数学算法, 调节供回水温差, 使其与室内温度的偏差成比例变化, 从而达到室温调节的作用。变流量控制属于闭环控制, 它是以室内温度作为控制参数, 通过控制供回水温差, 控制热源输送的热量。

2 启停控制

启停控制是以室温、地板温度等为控制参数, 在保持供水温度和流量不变的情况下, 通过设定温度上下限来控制循环泵或热力阀的开启和关闭, 当控制参数高于设定的上限值时, 控制装置关断管路, 停止供热;当控制参数低于设定的下限值时, 控制装置打开管路, 进行供热。最简单的启停控制是双位启停控制, 即控制装置只有两种状态:开启和关闭。双位启停控制按照控制参数的不同可分为:以室内空气温度为基准的控制、以地板表面温度为基准的控制, 同时以室内气温和地表温度为基准的双参数控制, 双参数转换控制。

以室内空气温度为基准的双位启停控制最为常用, Mohammed Zaheer-uddin在此基础上提出以地板表面温度为基准的控制和双参数控制的概念。对比试验表明, 以地板表面温度为基准的控制是可行的, 它能使室内温度的波动更具稳定性, 但地板表面温度不适宜于单独作为控制参数, 因为它并不能直接反映出室内温度的变化情况, 以及室内热源和室外冷风渗透等影响因素, 不能根据室温变化迅速响应。以室内气温和地表温度为基准的双参数控制具有更好的室温控制效果, 即同时控制室内空气温度和地板表面温度, 当任何一个控制参数先达到设定的上限值时, 开启循环泵供热;而当任何一个控制参数先达到设定的下限值时, 停止供热。既可满足室内空气温度要求, 增强其稳定性, 又可对地板表面温度加以限制, 防止出现只满足地板表面温度却无法满足室内空气温度, 以及只满足室内空气温度而地板表面温度过高的情况, 因而是一种较稳妥的控制方式。双参数转换控制也是同时以室温和地表温度为控制参数, 每隔一定的时间间隔, 进行控制参数的转换, 例如前10分钟以室温为基准进行控制, 后10分钟以地板温度为基准进行控制, 循环往复。该控制方式在用于连续调节时以10至60分钟的长时间间隔为宜, 用于间歇调节时以60秒左右的短时间间隔为宜。

3 预期控制

预期控制是采用数学算法、人工神经网络等手段, 消除室内外一些扰量的影响以及地板辐射采暖自身的热延迟性, 使地板辐射采暖系统的控制更为精确。预期控制可以很好地与地板辐射采暖的启停控制和间歇控制相结合。采用启停控制, 热延迟会导致房间的过热或不热, 造成不舒适和能源浪费, 通过预期控制调整系统供热与停止供热的状态点, 使室温基本维持在启停控制设定的温度范围内, 从而即提高了控制精度, 又起到了节能效果。采用间歇调节时, 室外温度很小的变化, 就会导致间歇调节供热小时数的增加, 例如:若室外平均温度由-4.9℃变化至-5.1℃, 则供热小时数由6.5个小时升至8个小时, 这说明间歇调节增大了能耗, 为了改善间歇调节的性能, 需减少每天的加热小时数, 可通过预期控制优化每次的加热小时数, 达到节能的目的。

摘要：一种理想的供热系统应当持续、及时地对建筑物热损失做出反映, 与之相适应, 保持室内温度恒定不变。地板辐射采暖的运行调节方式与一般辐射散热器的调节方式存在差别, 这主要是由其热力特性决定的。本文主要比较了几种低温地板采暖运行的控制方式。

关键词：低温地板,采暖,运行控制