作者：郑晓敏
在供热系统的散热器选型中，散热器类型及其面积（片数）通常依据房间设计热负荷以及系统的设计供回水温度(75℃/50℃)来分析确定。但由于系统热源运行管理等多方面的原因，现有供热系统的运行调节几乎没有保持设计状态；同时，设计人员为保证房间供暖效果，会相应加大散热器面积，而不同设计人员依据自身经验所采用的安全系数有所不同；再有，目前用户普遍存在私改散热器的现象。上述3方面的原因导致了散热器型号及其面积与供热系统散热器设计选型结果存在了不同程度的偏差，相应影响了建筑的供暖效果及供热系统能耗。狄洪发等调查发现实际散热器面积大于设计值是导致管网回水温度偏低的主要原因。何超等认为散热器片数的盲目增加既造成能源浪费，又使得室温难于调节。王振喜等也指出造成供热房间冷热不均重要原因在于散热器面积多于设计计算值。
对于上述散热器选型及安装中存在的问题，主要是由于住户乃至设计人员对散热器型号、面积、供水温度、供水流量等参数与房间室温、供热系统能耗之间的相互关系缺乏定量的认识，而往往认为加大散热器面积或者安装新型散热器会提高房间室温。因此，有必要就散热器选型与供暖效果及供热系统能耗的相互关系开展深入和定量的研究分析。
本文以北京市某高校的学生宿舍楼为例，采用建筑热环境模拟软件DeST-h的供热系统分析模块，针对普通铸铁、钢制和铜铝复合3种类型散热器，模拟计算并分析房间室温及散热器散热量随散热器面积及供水流量的变化，再基于具体的模拟计算结果，探讨分析作为集中供热系统末端的散热器选型对建筑供暖效果及供热系统能耗的影响。
1研究对象
研究对象为北京某高校早期学生宿舍楼，宿舍楼共6层，层高3.0 m，总建筑面积4 210 m2，各个宿舍面积约18m2，建筑平面图如图1所示，建筑围护结构构造及热工参数见表1。
宿舍楼供热系统采用双管上供下回的管网形式，选择普通铸铁、钢制和铜铝复合3种类型散热器的常规产品，各类散热器散热量和传热系数的计算通式见式(1)、式(2)：
式中：Q。为单片散热器的散热量，W/片；K为散热器的传热系数，W／12．℃；F为单片散热器的面积，m2; At为散热器供回水平均温度与室内空气的温差，℃；A、B、a、b为散热器热性能系数，实验确定。
普通铸铁、钢制和铜铝复合3种类型散热器常规产品的A、B、a、b系数、单片散热器面积及散热器尺寸见表2。
2研究方法
本研究采用模拟分析的方法，模拟计算工具为DeST-h软件的供热系统模块。相比较DeST-h软件的室温计算模块，供热系统模块可对室外气象条件、室内热源（人员、灯光和电器设备）以及散热器内循环热水共同作用下的房间热状况进行全面细致的动态仿真。在上述各个扰量共同作用下房间热过程的数学模型如式(3)~式(5)：
式中：c。为水的比热，J/( kg-K)；G为散热器中水的流量，kg/s；tg、th为散热器供、水温度，℃；K为散热器传热系数，W/m2．℃；￡pJ为散热器表面平均温度，℃；妒为房间对散热器散热扰量的反映系数，℃／W;Q为散热器的散热量，W;t。为房间室温，aC；t：为无散热器作用的房间基础室温，oC。
于是，利用DeST-h软件的供热系统模块，在室外气象条件、室内热源（人员、灯光、设备）以及散热器热水供水温度和供水流量确定的情况下，可以逐时计算得到房间的室温和散热器的回水温度，再根据系统供回水温差和房间散热器的供水流量，计算确定出供热系统对房间的供热量。由此，依据散热器不同类型、不同面积（片数）以及不同供水流量下房间室温及系统对房间供热量模拟计算结果的分析比较，研究确定供热系统的散热器选型对供暖效果和供热系统能耗的影响。
为合理预测散热器选型对建筑房间室温和系统供热量的影响，本研究在利用DeST-h软件模拟分析时，基于2012年至2013年供暖季对该集中供热系统运行调节状况的实地调研结果，对外扰（外温和太阳辐射）和内扰（人员、灯光、设备）的逐时变化采用与实际相一致的数据，同时，散热器供水温度的输入也为供热系统二次管网实际的供水温度。
3 计算结果分析
散热器选型设计包括散热器类型、散热器面积及散热器供水流量3个因素的分析确定。对本文所研究宿舍楼的各个房间，首先采用常规的供热系统设计方法，分别计算确定出与普通铸铁、钢制以及铜铝复合3种类型散热器相对应的房间散热器片设计片数和供水设计流量，对于本研究所计算分析的南向房间，铸铁、钢制以及铜铝复合3种类型散热器的设计片数分别为9、8、6片，供水设计流量均为0. 03m3／1。进而针对上述3种不同类型的散热器，在散热器流量和面积变化的情况下，模拟计算房间采暖季的平均室温、散热器平均回水温度及相对应的散热器散热量，具体计算结果如图2所示。图2中，散热器面积的变化以片数表示，流量以相对于设计流量的变化为分析基准。
由图2可以看出，对于不同类型和不同面积大小的散热器．房间室温和散热器散热量随流量均呈现出上抛曲线的变化形式。也即，流量越低于设计流量，室温和散热器散热量随流量的降低幅度越大；而当流量大于设计流量时，流量变化对房间室温和散热器散热量产生的影响明显降低。例如对于铸铁型散热器在设计片数下，流量增加到1. 67倍时，温度仅增加0. 30℃，热量仅增加4.5%；但是流量减少为设计值的33 %时，温度降低1.1℃，热量减少20.7%。散热器片数对房间室温和系统供热量的影响程度同样与流量相关。流量越低于设计流量，散热器片数增加所引起室温和散热器散热量增加的幅度越小，也即增加片数所产生的影响不明显；而当流量大于设计流量时，散热器片数增加所产生的影响明显增强，但影响程度基本不随流量变化。
进一步对上述3类散热器，在供水流量为设计值的情况下，以片数表示面积，研究分析房间室温和散热器散热量随散热器片数的变化，如图3所示，其中，铸铁、钢制和铜铝散热器的设计片数分别为9片、8片和6片。图3的结果表示出房间室温和散热器散热量随散热器片数增大的变化状况，其中，对于铜铝复合散热器，由于其单片的散热面积较大，该散热器片数增加对室温和散热量的影响更为明显。同时，图3的结果还表示出铸铁和铜铝复合散热器的设计片数已使得房间室温相对于18 0C的设计值超过1℃，也即是设计片数已稍偏大；相比较，钢制散热器的设计片数则能比较好地满足室温设计要求。
因此，在供热系统的设计及运行调节中，应首先确保散热器在不低于设计流量的状态下工作。然而，供热系统管网的阻力特性难以准确预测，各个散热器末端又相互作用和相互关联，供热系统管网不可避免地存在水力失调，也即散热器实际的供水流量与设计流量不同程度地存在或增加或减少的偏差。对此所采取的措施可以是加大散热器面积，但由于系统管网中水力失调位置的不确定而往往会增加所有末端散热器的面积，这会同时导致供热系统的初投资和管网系统阻力的增加。于是，在系统水泵保持不变的情况下，阻力的加大会反过来降低系统供水流量，相应削弱加大散热器面积所产生的效果；更重要在散热器供水流量低于设计流量情况下，增加散热器面积所产生的效果也并不明显。因此，在供热系统的设计阶段，应对管网的水力失调度做出相对准确的计算和分析判断，进而通过技术经济的分析比较，选择合适的水泵以保证整个管网系统在偏大的流量状态下运行；同时，在供热系统的运行调试阶段尽可能降低管网系统的水力失调度。相比较单纯加大散热器面积，这种“大流量”的运行状态会降低初投资，并确保更良好的供暖效果。
再研究分析散热器类型对房间室温和散热器散热量的影响。对本文研究的3类散热器，在铜铝复合散热器面积略大于其它两类散热器面积的情况下（铸铁和钢制散热器面积为1. 80m2，片数分别为9和10片；铜铝复合散热器面积为1. 92m2，片数为4片），分析比较房间室温和散热器散热量的变化，具体如图4所示。
图4的结果反映出散热器选择对房间室温和散热器散热量的影响。对于本文所研究3种类型的散热器，在相同散热面积的情况下，钢制和铸铁散热器的散热效果基本相同，铜铝复合散热器的散热量相对不足，相应出现房间室温偏低的情况。在水流量大于等于设计流量的情况下，铜铝复合散热器所在 房间的室温要比铸铁和钢制散热器所在房间的室温低约1.9℃。上述计算结果实际上反映出散热器热性能系数a、b的影响和作用，根据式(2)，这2个系数值越大，散热器的传热系数越大，散热效果也会越明显。铸铁散热器与钢制散热器相比较，前者n系数高于后者超1倍，但6系数又低于后者1倍以上．a、b 2个系数综合作用的结果是铸铁和钢制散热器传热系数的接近一致；而铜铝散热器的a、b系数均明显低于钢制散热器，相应出现传热系数的降低和散热效果的减弱。
4 结论
供热系统中散热器的类型、片数以及散热器的供水流量对建筑房间供暖效果及散热器散热量有着不可忽视的影响。
其中，散热器供水流量是最关键的影响因素，散热器若在低于设计流量的状态下运行，则会导致房间室温和散热器散热量随流量的明显降低。对于散热器片数的影响，也只有在高于设计流量状态下，增加散热器片数的影响才能明显体现出来。散热器类型对散热效果的影响主要体现在散热器热性能系数a、b上，a、b系数的数值越大，散热器的散热效果越理想。
鉴于以上3个设计要素的影响特性，供热系统管网的设计和运行调试要尽可能降低水力失调度，并适当使整个管网系统在“大流量n的状态下运行。同时，从改善房间供暖效果角度，对散热器的选择不可忽视散热器性能系数a、b的数值大小。
5[摘要]以北京某学生宿舍楼的供热系统为研究对象，基于实际的室外气象、室内人员、照明、电器设备发热以及散热器供水温度，利用DeST-h软件，开展建筑房间供暖效果的模拟分析。根据模拟计算的结果，从散热器面积、散热器类型以及热水流量的角度，研究分析供热系统散热器选型对供暖季房间室温及散热器散热量的影响状况。计算结果反映出以上3个因素各自不同的影响特点。进一步的分析对比强调出散热器在低于设计流量状态下运行对房间热状况的不利影响。因此，供热系统管网的设计和运行调试要尽可能降低水力失调度，并适当使整个管网系统在“大流量”的状态下运行。同时，从改善房间供暖效果的角度，尽量选择散热性能优良的散热器。
