恒温控制技术在高层建筑中的应用论文_郝超

摘要：当前高层建筑大量出现，给居民生活和居住带来了很大便利，但高层建筑由于自身的特点，温度保持比较困难，需要采取特殊的措施来减小温度供应与损失的差值，最终实现恒温。本文基于国内外温度控制技术的研究成果，在分析当前高层建筑恒温控制主要矛盾和主要供暖方式特点的基础上，提出了一种直连供暖的方案来调节暖水压力、最终实现恒温控制的目的。经过实践检验，这种改进方案具有较好的温度控制能力；因此，相关研究成果可以为类似工程项目提供借鉴。

关键词：高层建筑温度控制；恒温控制技术；直连供暖改进方案

城市化进程不断加快，使得高层建筑成了每个城市的标志，在这些高层建筑中，如何做好保温，既需要在设计阶段就拿出具体的方案来，更需要在施工过程中采取一定的温度保持措施。

国外对温度测控技术的研究起步较早，在20世纪70年代就开始采用模拟式的组合仪表采集现场温度信息并进行指示、记录和控制；80年代末出现了分布式测控系统，其温度采集和控制精度都得到了较大幅度提高；目前正在开发和研制基于计算机进行数据采集和温度控制的系统，并且向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的研究开展得较晚，在20世纪80年代吸收、借鉴发达国家温度测控技术的基础上，初步掌握了温度单环境因子室内微机测控技术；当前我国温度测控技术在总体上正从消化吸收、简单应用向实用化、综合性应用阶段过渡，开发出了以单片机控制的单参数单回路温度测控系统，但是尚无真正意义上的多参数综合测控系统。我国的温度测控技术，与发达国家相比，存在较大差距，现阶段仍然被许多问题困扰着，存在着装备配套能力差、产业化程度低、环境控制水平落后、软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。

如何在高层建筑的设计和施工过程中利用温度控制技术实现温度值的恒定保持，是各级建筑单位需要考虑的问题。本文中，作者分析了当前高层建筑温度保持和恒温控制存在的矛盾以及常见的供暖方式，在此基础上提出了直连供暖方案来对传统供暖方案进行改进，最终实现恒温控制的目的。

1当前高层建筑恒温控制的主要矛盾

目前的高层建筑中，由于楼层较高、相对空间较大，必然热量率损失比较高[1]。因此，为了实现恒温的目标，必须要采用合理、高效的供暖方式。热水供暖是当前高层建筑供暖的主流形式，比中央空调式的供暖更易于实现恒温控制的目标，因此，本文在热水供暖的基础上开展高层建筑恒温控制技术研究。

一般而言，高层建筑的热水供应可以采用集中热水管网供应，也可以采用自建锅炉房供应。这两种供应方式都可以满足高层建筑热水取暖供应要求，最终都可以抽象为低温水、大流量、直连直供这样一种研究模型。针对该模型，传统观点认为，高区的回水静压头是破坏低区供暖的主要原因，一般都采用高位水箱配大口径溢流下降管或采取断流器、旋转器，使得高区回水在某一部分与大气连通，靠管壁摩擦消耗掉势能，消耗掉高静压水头，实现与低区回水并管，最终达到恒温的目的[2]。

作者结合施工经验，认为这种方法虽然有效，但是并不高效，如果能够采取科学的措施解决好了高区与低区之间的水量分配问题，一样能达到高效率供暖的目的，一样能实现恒温控制的目的。

2高层建筑供暖方式分析

研究供暖，尤其是高层建筑的供暖，必然需要考虑到不同区位的压强。本文中，选取高层建筑的供水和回水管网组成一个系统，作为研究对象，该系统的供水压力与回水压力和进水管线与回水管线的压力之间的关系可以表示为：

（1）

（2）

式（1）中，表示供水压力，表示进水管线进水压力，表示进水管线进水压力损失；式（2）中，表示回水压力，表示回水管线回水压力，表示回水管线回水压力损失。

将以上两式相减，可以得到：

（3）

根据热力学相关原理，当计算出的数值能够满足该高层建筑供暖系统水力计算要求的压力差时，对该建筑进行供暖是可行的。

为了达到以上水力计算要求的压力差，现在对高层建筑常用的“上供下回”供暖方式和“下供上回”供暖方式进行具体分析。

（1）“上供下回”供暖方式简析

采用这种方式进行供暖时，一般压力泵供水压力足够大时，回水压力在重力作用下流量会比较大，相应地会造成进水管线和回水管线压力损失都增加，即公式（3）中的和都变大，当进水管线和回水管线的压力差，即公式（3）中的项，不能满足高层建筑供暖系统所需的压力差时，就会导致公式（3）中的，从而不能够满足供暖要求，导致某些用户供暖能力下降，一旦供暖热量小于温度损失量时，就会破坏供暖平衡，达不到恒温控制的目的。

（2）“下供上回”供暖方式简析

采用这种方式进行供暖时，当压力泵供水压力较大时，按照相同的分析思路，回水压力受到重力影响比较小，因此会造成进水管线压力损失增加、回水管线压力损失减小，即公式（3）中的增大、减小，适当调整进水管线和回水管线的压力差，即公式（3）中的项，很容易满足的要求，即满足高层建筑供暖系统所需的压力差，从而满足供暖要求，保证所有用户供暖能力持平或上升，供暖热量不小于温度损失量时，继续保持供暖平衡。但是，这种供暖方式，会因为高压泵流量的限制造成高区回水管的某些段位出现倒空或虹吸现象，最终导致高区供暖失败，依然达不到恒温控制的目的。

通过以上的分析，可以发现，无论对于“上供下回”供暖方式还是对于“下供上回”供暖方式，都需要采取一定的技术措施，否则会因为流量的影响而导致恒温控制目标失败。

对于设置了断流装置的供暖系统，高低区并管直连仍然是水量分配的问题，高区供水量的大小由水泵决定，如果水量过大，依然会破坏低区供暖；如果水量偏小，则高区效果不好，导致高区偏冷、低区偏热，依然实现不了恒温控制的目的。

3.高层建筑恒温供暖改进方案

根据以上分析，基于通过分配高低区的水量来达到恒温控制的目的，结合实际情况，现提出高层建筑直连供暖的方案来对传统供暖方案改进。

3.1 改进方案结构图

采用直流供暖改进方案后，实现结构如下图所示。

直流供暖改进方案结构图

该改进方案主要借鉴膜流动理论，通过“减压”来模拟流体非满管，采用PID的控制方法，最终达到有效分配高低压水量，实现压差满足高层建筑供暖系统的设计要求，又有效避免倒空或虹吸现象，从而最终实现恒温控制的目的。

3.2 改进方案特点分析

该改进方案，主要具有以下特点：

（1）通过使用自力式压力调节阀来自适应调节阀前压力，减小了高层供暖回水管内水流自重对流速的影响，动态调节了供水管与回水管的压力差，最终实现高区的准恒温，并且有效防止了高区倒空现象。

（2）通过使用低区温度调节阀对低区供水流量进行调节，使回水温度式中恒定在固定值，最终实现低区的准恒温。

（3）通过变频器和PID控制方法配合使用，解决了停电再启动时注水和排气问题，防止气塞现象。

（4）通过使用安全阀调控回水管路上的水流量，做好安全保护。

（5）通过使用集水器入口阀门，动态调节多支路间压力平衡，达到调节水量的目的。

综合以上特点，在实际运行中发现，这种改进方案能够有效调控高层建筑供水和回水压力，最终实现恒温控制的目的。

4.结语

高层建筑由于自身的特点，尤其是在北方地区，更容易造成温度的流失和失衡，最终导致温度控制失效，给建筑保温带来困难。因此，本文中，作者分析了高层建筑恒温控制存在的矛盾，在总结高层建筑常见供暖方式特点的基础上，对传统供暖方案进行了改进，提出了直连供暖的方式来提高恒温控制水平，最终实现恒温。经过实践证明，本文的改进方案具有良好的工程应用效果，可以为类似工程项目提供借鉴。

参考文献：

[1]高洋，张立成，李月德.高层建筑准恒温、恒压、节能、直连供暖技术[J].节能，2001，000（011）：38-39.

[2]高艳秋.高层建筑直连供暖技术[J].中国新技术新产品，2009（23）：124-124.

论文作者:郝超

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/30