温度变化和热量的关系范文1
关键词：相变材料；导热系数；脂肪酸；硅藻土；相变储能建筑材料
中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0007-03
1 相变材料
相变材料（Phase Change Materials，PCMs）在发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境释放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的。相变是物质集态或组成的变化。相变的形式有以下四类：（1）固-固相变；（2）固-液相变；（3）液-汽相变；（4）固-汽相变。虽然固-固相变的潜热较小，但固-固相变由于体积变化小，对容器要求低（容器密封度、强度无需很高），可以直接加工成任意形状，是实际应用中希望采用的相变类型。利用相变材料的相变潜热来实现能量的贮存和利用，有助于开发环保节能型的相变复合材料，是近年来材料科学和能源利用领域中一个活跃的学科前沿。
目前，相变材料在建筑领域的应用已经成为重要的利用途经之一，预计在今后相当一段时间里，相变储能建筑材料在环境材料和建筑节能等领域都将扮演极其重要的角色。
以月桂酸（Lauric acid，LA）和癸酸（Capric acid，CA）作为研究的相变材料，通过混合熔融的方法制备不同摩尔比例的混合脂肪酸相变材料，形成二元低共熔体系，降低材料的熔点，得到熔化温度范围较宽、性能稳定的相变材料。测试了不同摩尔比例相变材料的导热系数，对同一摩尔比例相变材料不同温度下的导热系数和复合相变材料不同温度下的导热系数等热物理性能进行了测试，研究了硅藻土的加入对相变材料导热系数的影响。
2 相变过程特性
相变材料的相变过程是结晶和熔化过程，对结晶和熔化过程的分析是进行相变材料相关研究的基础。相变材料的结晶过程分三个步骤：诱发阶段、晶体生长阶段和晶体再生阶段。在诱发阶段，晶核初步形成并生长至稳定临界尺寸以上。在晶体生长阶段，晶核周围的相变材料通过扩散吸附在晶核表面，生长成具有一定几何结构的晶体。随着晶体生长的逐渐完成，结晶速度放慢。在晶体再生阶段，虽然相变材料已完成凝固，但由于晶体内部仍有相对运动，晶体的形状和大小仍发生改变，此时热迁移速率低，晶体生长速率高。因此，相变材料的结晶和熔化过程主要依赖于传热速率、成核速率和晶体生长速率。可见，成核和传热能力是相变过程的主要影响因素。
3 单一相变材料的导热系数
采用DRP-4型导热系数测定仪测定不同摩尔比例月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料的导热系数，相变材料的制备方法为将称取好的各摩尔比例月桂酸-癸酸相变材料混合加热至熔融状态，充分搅拌后冷却至室温，然后将一整块混合脂肪酸相变材料制备为300×300mm、厚度为10～40mm的试样，将测试材料表面磨至光滑。将导热系数测试试样安装至导热系数测定仪的炉体内，相变材料受热发生相变，由此对不同温度下相变材料的导热系数进行测试。对不同月桂酸、癸酸摩尔配比相变材料导热系数进行测试，测试时室温为23℃，测试结果如表1所示：
表1 不同摩尔比例相变材料导热系数
摩尔比例 月桂酸 9：1 8：2 6：4 5：5 4：6 3：7 2：8 1：9 癸酸
导热
系数/W·
（m·K）-1 0.221 0.226 0.223 0.223 0.276 0.312 0.393 0.383 0.342 0.202
从导热系数测定结果可以看出，混合脂肪酸相变材料的导热系数和相变材料的相变温度成反比关系，相变材料的相变温度降低，相变材料的导热系数提高，相变材料相变温度越高，单位质量发生相变吸收的热量越高，相变材料吸收热量越多，热量传导进行得越慢，材料导热系数值就越小，仪器测定的相变材料导热系数是在较长相变过程的某个短暂阶段材料的导热系数，相变材料的导热系数随相变材料相变过程状态的变化而变化，是一个动态的变化过程，由此有必要对相变材料在整个相变过程的导热系数的变化进行表征测定。
以摩尔比例为6：4的相变材料为例，测定不同温度不同相变阶段相变材料的导热系数，测试结果如表2所示：
表2 相变材料导热系数随温度变化关系
时间/min 0 30 70 90 115 140 165 180 210 240
样品温度/℃ 24 27 30.3 35.6 37.5 39.4 41.3 43.1 45.1 48.3
导热系数/W·（m·K）-1 0.223 0.372 0.421 0.475 0.489 0.622 0.744 0.79 0.791 0.782
为了描述不同温度下材料导热系数随温度变化的关系，表2中样品的温度为测试终了时探头和样品接触面的温度和初始探头温度的平均值，由表2可以看出，当样品温度在43℃以下时，相变材料的导热系数随着温度的升高而升高，且增加较为明显，当温度高于43℃时，相变材料的导热系数随着温度的升高增加不明显，甚至有所降低。当试样处于室温下，温度分布均匀，开始加热后，刚开始热量的传递主要是依靠热传导的方式进行，随着测试温度的升高，测试过程中材料的状态由固态逐渐转变为固液混合态，随着温度的升高，液态相变材料逐渐增多，材料传热方式有热传导和热对流两种方式并存，在二者共同作用下，材料传热速率加快，由此可见，相变材料在固态-固液混合态导热系数随温度上升是由于导热和对流换热共同作用下传热速率加快造成的，而不仅仅是热传导速率加快所致，在整个过程中，包括导热和对流两种传热方式。熔化过程开始对流和传导两种传热方式中传导占主导地位，随着时间的推移，传导逐渐下降，对流传热慢慢上升。在相变过程中，两者的变化都很小；在相变发生后期，传导逐渐减少到可以忽略，出现以对流为主的传热过程。当相变材料完全发生相变时，相变材料呈液态，相变材料最终进入稳定对流传热状态，导热系数保持稳定。
4 复合相变材料的导热系数
以月桂酸和癸酸摩尔比为6：4的相变材料为例，通过掺入占相变材料质量分数为10%、20%、30%、40%、50%的硅藻土颗粒，熔融混合搅拌均匀后，按照同样的方法测定不同硅藻土含量复合相变材料导热系数，测定结果如图1所示：
图1 硅藻土含量与相变材料导热系数的关系
可以看出，无机多孔材料硅藻土加入混合脂肪酸相变材料后，由于硅藻土具有较高的导热系数，复合相变材料的导热系数较脂肪酸相变材料的导热系数大，且随着硅藻土含量的逐渐升高，复合相变材料的导热系数逐渐变大，当硅藻土加入量超过相变材料质量的20%时，复合相变材料的导热系数增幅变缓，基本不再增加。
为了使相变材料具有良好的稳定性能，相变材料能够充分被硅藻土颗粒所吸附，我们选用占相变材料质量分数为50%的硅藻土作为下一步实验所用复合相变材料，测得复合相变材料导热系数随温度变化关系如表3所示：
表3 复合相变材料导热系数随温度变化关系
时间/min 0 30 70 90 115 140 165 180 210 240
样品温度/℃ 23.8 28.2 32.3 35.6 38.5 42.4 45.3 49.1 52.4 54.3
导热系数/W·（m·K）-1 0.443 0.668 0.721 0.758 0.821 0.892 0.921 0.8913 0.893 0.891
表3说明了加入硅藻土以后，复合相变材料的导热系数较单一相变材料增加，复合相变材料导热系数随温度变化规律同单一相变材料相一致，在样品温度在45℃以下时，复合相变材料的导热系数随着温度的升高而明显升高，当样品温度超过45℃，复合相变材料的导热系数不再增加，且有所降低，原因是当复合相变材料处于固态到加热升温成为固液混合态时，相变材料的传热方式从单一的热传导转变为热传导和热对流，两种共同作用下材料的传热速率加快，表现为导热系数的增加，随着相变材料逐渐熔化，固态相变材料逐渐减少，液相相变材料逐渐增加。在整个过程中，包括导热和对流两种传热方式。熔化过程开始对流和传导两种传热方式中传导占主导地位；随着时间的推移，传导逐渐下降，对流传热慢慢上升，在相变过程中，两者的变化都很小；在相变发生后期，传导逐渐减少到可以忽略，出现以对流为主的传热过程，当相变阶段完成后，相变材料完全熔化为液态，材料传热进入稳定的对流传热阶段，表现为导热系数不再增加。
5 实验结论
利用导热系数测定仪测试了不同摩尔比例脂肪酸相变材料以及相变材料在不同测试温度下的导热系数，通过将无机多孔材料硅藻土和脂肪酸相变材料混合制备了一种无机复合相变材料，并对其导热系数和传热性能进行了测试，得出以下结论：
（1）相变材料相变温度和相变潜热随着相变材料摩尔组成的变化而变化，当摩尔比例在2：8之前时，相变材料热物性随着摩尔组成的降低而降低，摩尔组成为1：9的相变材料其相变温度和潜热较摩尔组成2：8脂肪酸相变材料高，这说明月桂酸-癸酸相变材料可以形成低共熔混合物，二者存在一个低共熔点。
（2）脂肪酸相变材料的导热系数和其相变温度呈反比关系，相变材料的相变温度越高，其导热系数越低，同一相变的导热系数随着材料温度的升高而升高，并且当温度升高到一定阶段至相变材料完全熔化时，由于传热进入稳定状态，相变材料导热系数保持稳定。
（3）硅藻土的掺入改善了相变材料的传热性能，硅藻土的掺入明显增加了相变材料的导热系数，复合相变材料蓄放热速率加快，改善了相变材料的传热性能。随着硅藻土含量的逐渐升高，复合相变材料的导热系数逐渐变大，当相变材料加入量超过20%时，复合相变材料的导热系数增加较慢。
6 展望
随着人们对相变材料的不断研究开发以及新的测试技术的发展，相变材料在建筑材料中应用的广度和深度都将不断得到拓展。同时，随着人们对建筑节能问题的日益重视，相变储能建筑材料的应用前景必将越来越广阔。
参考文献
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温度变化和热量的关系范文2
关键词：换热站 数学模型 串级控制 模糊PID
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0006-02
近年来随着工业的迅速发展，供暖系统已逐渐趋于大型化，这虽然方便了用户，节约了能源，但也对提高供暖用户的舒适度，及系统的经济性、安全性、可靠性也提出了更高的要求。对于控制大型有耦合系统，可先去耦合对局部进行分析建模，然后综合考虑系统模型。建立换热过程热量传递和能耗关系模型。根据该建立的模型，以满足工况为前提，以能耗最低为约束，进行能耗优化控制技术的研究，进而根据用户的要求和室外气候条件的变化，对二次侧水温进行自动控制，对供热工况实现有益调节。
1、系统模型
1.1 用户模型
假设系统保温良好，炉膛内由于混合器的作用温度均匀，设回水温度为，出水温度为，由热力学公式：
其中，为入口温度，为出水温度；
进行Laplace变换并整理得：
对于用户而言，
即得用户和锅炉控制模型为：（图1）
1.2 换热器模型
换热器出口温度控制的传递函数，用于分析换热器出口温度和其他变量的关系，有利于对出口温度进行调节。
该过程通道的动态特性可近似为带有纯滞的二阶惯性环节，这是由于热流体要把热量传递给冷流体，必须要先把热量传给间壁，再由间壁传给冷流体，这样就形成了二阶惯性环节。热流体流量、冷流体流量对热流体出口温度的影响，可用传递函数描述为：
式中，K——静态放大倍数；
W1，W2——热流体和冷流体的储存量。
此外，由于管道长度的限制和影响，导致了由于液体停留时间引起的滞后，两个时间常数的大小不仅取决于流体在管内的停留时间，还与管壁的厚度、材质、结垢等情况有关。由此看出，系统的滞后时间为T，是一个惯性和时间滞后较大的系统。
1.3 管网模型
管道系统的热平衡关系可用下式表示：
其中，为管网进口热媒温度；为管网出口热媒温度；为管网表面环境温度；为管网内的水体积；为管网表面的传热系数；为管网表面积；。
2、控制系统设计
2.1 系统结构
集中供热系统是一个十分复杂的多变量系统，受众多因素的影响，内部的关联性强，滞后时间长，非线性严重，故采用串级控制系统。串级调节系统是针对热惯性很大，纯滞后较长的控制对象，可以通过副环的粗调和主环的细调，改善调节的有效方法。
为了克服系统的热惯性，温度采集一路为二次供水温度，并保证温度恒定在55-75℃，另一路温度采集取自换热器的内部，当一次侧热水阀开度变化时，热交换器内部温度传感器及时反映温度的变化，加速过渡过程。过渡过程越短，用户端的水温变化幅度越小。
根据以上对系统的适温、稳压分析，可得出总体控制方案，如图2所示：
2.2 模糊PID控制设计
选取E和EC为输入变量，温度控制值为控制系统模糊控制器的输出变量，并作为副回路的流量控制器的给定值。
模糊PID控制器是一种通过模糊算法计算出PID三个参数值，将其模糊化后论建立参数，，与偏差绝对值和偏差变化率绝对值间的二元函数关系。
模糊PID参数控制器的结构如图3所示：
本文所选用的模糊控制器为双输入—单输出结构，那么采用的形式来表示模糊规则库是一种即高效、又便于观察的形式。二维表格中被控参数的值由输入量和来确定。
2.3 仿真分析
冷流体走壳程对热物料进行降温，通过调节离心泵的转速改变冷流体流量从而达到对热物料出口温度控制的目的。离心泵的转速控制是通过调节变频器的输入电流来实现的。该过程对象可近似为一阶惯性时滞环节，经过实验测定该控制系统的传递函数为：
仿真实验中采用传统PID串级控制方式和带有模糊串级控制方法分别对换热器出口温度设定值进行了跟踪实验，实验结果如图4和图5所示。
结果显示，模糊串级控制器与传统PID串级控制器相比过渡时间短，超调量小，抗干扰能力强、控制过程平稳，有效地提高了换热器出口温度控制系统的控制质量。
3、结语
基于模糊串级控制器既可以弥补传统PID控制不能在线调整控制参数的缺点，而且可以明显改善纯滞后系统的控制质量。在过程设备与控制多功能实验系统上进行的换热器物料出口温度跟踪实验结果显示，该算法能够取得比较理想的控制效果。
参考文献
[1]苏保青.基于MATLAB的换热器动态特性辩识及热力站能量控制系统仿真.
[2]张健.具有远程监控功能的换热站自动控制系统.电子技术应用，2007.
温度变化和热量的关系范文3
关键词: 加气混凝土砌块；保温隔热；传热系数；含水率；变化规律；关系
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
随着建筑行业中对于建筑能耗的要求越来越高，建筑节能对于节约能源消耗具有重要的意义，减小建筑能耗，对降低GDP 单位能耗具有重要的作用。降低建筑能耗的一个最有效的措施是在建筑材料中广泛采用绝热保温材料。加气混凝土砌块具有质轻、保温(隔热)、抗震、施工方便等优点，是目前使用最为广泛的墙体自保温材料之一。衡量加气混凝土砌块保温隔热性能的重要指标是传热系数，传热系数越小，其保温效果会越好。然而加气混凝土砌块的传热系数会随着各种因素的变化而改变，这会影响其保温效果。下面，就加气混凝土砌块含水率与传热系数的关系展开研究和分析，可供参考。
1 实验方案
(1)将新出厂的加气砌块放置在实验室自然环境中进行干燥，按GB11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》及相关国家标准的规定制取试件，并测试不同时间段试件的含水率和传热系数，得出含水率和传热系数随静置时间的变化规律。每隔4d测试1次，整个实验周期为48d。
(2)对实验室室内干球温度及相对湿度参数进行测试。
2 静置环境测试
2.1 测试方法
对加气砌块的干燥环境采用间歇性采样监测的方法，采样时间和测试位置应尽可能的均匀。本次测试在实验室的中间(1号)、南侧(2号)和北侧(3号)分别设置温、湿度测试仪表，每天在5点、8点、12点、16点、20点、24点分别采样记录加气砌块静置环境的温湿度。
1号温湿度测试为DHM2型通风干湿表，温度测量范围-10～45℃，精度0.2℃；相对湿度测量范围10%～100%。2号温、湿度测试为圆盘式温、湿度表，温度测量范围-20～40℃，测量精度为1℃；相对湿、度测量范围0～100%，测量精度为1%。3号温、湿度测试为普通干湿球温度计，温度测量范围-10～50℃，测量精度0.5℃；相对湿度测量范围0～100%，测量精度为1%。
2.2 环境实测结果
加气砌块在实验室静置过程中，共采集干球温度、湿球温度(相对湿度)数据1866组。加气砌块静置环境温、湿度变化如图1、图2所示。
图1 加气砌块静置环境下的干球温度变化
图2 加气砌块静置环境下的相对湿度变化
3 含水率变化规律
3.1 试件制备
将出釜10d的加气砌块沿制品膨胀方向中心部分按上、中、下顺序锯取1组，上块上表面距离制品顶面30mm，中块在制品正中处，下块下表面距离制品底面30mm。各试件具体参数如表1所示。
表1 含水率试验试件参数
3.2 试验过程
试件于2010年10月7日加工，之后放在实验室环境(如图1、图2)下静置，并每隔4d测试1次3块试件的质量M，精确至1g；经过48d的测试后，将试件放入电热鼓风干燥箱内，在(60±5)℃下保温24h，然后在(80±5)℃下保温24h，再在(105±5)℃下烘至恒质(M0)，并将烘干至恒质的试件放在电子天平上，分别测量其质量：S-1-1试件557.3g，S-1-2试件561.5g，S-1-3试件570.0g。3.3实验结果分析加气砌块的含水率变化曲线如图3所示。
图3 加气砌块的含水率变化曲线
由图3可见，加气砌块在干燥过程中含水率的变化可分为3个阶段：在48d的测试周期中，0～20d为静置初始阶段，试件含水率变化最快；21～28d为静置过渡阶段，试件含水率变化逐渐变得平缓；29～48d为稳定阶段，试件含水率变化较小，并趋于恒定。
4 传热系数变化规律
4.1 试件制备
传热系数测试试件在加气砌块制品中心部分锯取，试件长度方向平行于制品的膨胀方向；试件尺寸为300mm×300mm×37.5mm，共制取14个试件。
4.2 实验过程
传热系数试件制取后放置于实验室环境下静置，每4d测试1次试件的传热系数，同时测量其质量；试验周期(48d)后，将试件放入电热鼓风干燥箱内，在(60±5)℃下保温24h，然后在(80±5)℃下保温24h，再在(105±5)℃下烘至恒质(M0)。同时，测试在干燥状态下(含水率0)试件的传热系数。
本实验传热系数的测试采用美国安特公司生产的热物性参数分析仪(QuicklineTM-30)。QuicklineTM-30是基于脉冲式非稳态平面热源法的快速传热系数测试仪，测试时间为10～16min；适用于不同含水率的建筑材料、土壤、岩石等材料传热系数的测试，测试精度为5%×λ+0.001W/(m·K)(λ为传热系数测试值)。
4.3 传热系数随时间的变化规律
在实验室环境下，加气砌块传热系数随时间的变化如图4所示。
图4 加气砌块传热系数变化曲线
从图4可以看出，加气砌块传热系数随静置时间延长而不断减小，初始阶段(0～20d)，加气砌块传热系数降低率最大；过渡阶段(21～28d)，传热系数降低率随时间变化而不断降低；稳定阶段(29～48d)，传热系数基本不变，趋于恒定，约为0.16W/(m·K)。加气砌块完全干燥状态下(含水率0)传热系数为0.14W/(m·K)。由上述分析可知，为了保证加气砌块砌筑的墙体能够达到良好的热工性能，新出场的砌块应至少静置28d，并防止雨淋水淹等情况；上墙砌筑方法宜采用干法施工。
4.4 传热系数与含湿率函数关系
依据测试的传热系数与含水率，采用自行编制的MatLab数值拟合程序(基于非线性最小二乘曲线拟合法)，得到了加气砌块传热系数与含水率的拟合函数，如式(1)所示。
λ=0.0022e(12.23Ws)+0.144 (1)
式中：λ—传热系数，W(/m·K)；
Ws—含水率，%。式(1)适用于含水率0～35.0%的B06级加气砌块。
经传热系数测试实验得到加气砌块传热系数-含水率实测数据与拟合函数曲线如图5所示。
图5 加气砌块传热系数与含水率的拟合曲线
从图5可见，加气砌块的传热系数随含水率的增加而增大。加气砌块含水率较低时(0～15%)，传热系数基本不变；加气砌块含水率较高时(15%～35%)，传热系数随含水率增加变化较大，并且传热系数增幅随含水率增而增大。因此，在实际应用过程中，应尽量将加气砌块的含水率控制在15%以下，使建筑物具有良好的保温隔热性能。
5 结论
综上所述，加气砌块传热系数与含水率近似成指数函数规律变化。加气砌块的传热系数随含水率的增加而增大，含水率较低时传热系数基本不变；含水率较高时传热系数随含水率增加变化较大，并且传热系数增幅随含水率增加而增大。在实际应用过程中，应尽量将加气砌块的含水率控制在15%以下，使建筑物具有良好的保温隔热性能
参考文献
温度变化和热量的关系范文4
本文针对当前供暖系统的现状，研制了一种计算机供暖监测系统，并将该系统应用于实际工程，对测试结果进行了温度、供热面积热指标和节能分析。
关键词
监测系统 面积热指标 热负荷
随着城市建设的日益发展和环境保护意识的不断增强以及节能的要求，城市集中营供热系统的规模在不断扩大，供热面积不断增加，供热系统的运行调节与管理了变得更加复杂。因此采用先进的计算机应用技术对供热系统实行实时状态监测、指导系统运行具有十分重要的意义。它不但可以及时检测系统参数、调节热网[1]，而且能够健全运行档案、实行量化管理，从而提高系统设备的运行效率，减少能耗，改善供暖质量。
一、计算机供暖监测系统
1．系统组成
监测系统主要由工控机（微机监测仪）、流量传感器、测温元件和信号线等组成。如图1所示，工控机接受A/D转换器转换后的数字信号和计数器频率信号，进行计算、转换，实现各种参数的显示和计算；测温无件测量并输出温度信号，进行计算、转换，实现各种参数的显示和计算；测温元件测量并输出温度信号；流量计输出流量信号。
图1 计算机供暖监测系统示意图
2．工作原理
当流体流经安装在管道里的涡轮时，即流经涡轮叶片与管道之间的间隙时，由于流体的冲击作用，将使涡轮发生旋转。在测量范围内，涡轮旋转的转数与流体的容积流量呈近似线性关系，也就是涡轮的转速与流量成正比。涡轮的旋转通过磁电转换器变换成电脉冲，而这信号的脉冲数与涡轮的转速也成正比[2]。此脉冲信号经前置放大器放大后，经过信号调理电路，以CTC（Counter Timer Circuit）作为流量的频率计数器，再经过密度修正后，通过STD（Standard）总线送入工控机进行计算。同时，由铂电阻温度计经过TB系列温度变送器转换，送出温度模拟信号，经信号调理电路，进入带有光电隔离的"A/D"转换器，在此完成模拟信号到数字信号的转换，数字信号送入工控机。工控机中装有在UCDOS平台上开发的供热系统监测软件（C语言编程），在工控机中进行瞬时热量、累计热量等参数的计算，然后通过打印机打印输出。
3．功能
系统主要包括总貌图、温度计、参数表、趋势图、控制台、备份、变量表、文件、报表、查询等功能块。它能实现供回水温度、室内外温度、循环水量、瞬时热量和累计热量等参数的实时监测，根据需要打印温度、流量、热量变化趋势图，还可存贮，调用历史数据，以便查询、研究。
二、应用
该监测系统在北京建筑工程学院（热力站供暖系统）和北京育新小区（锅炉心供暖系统）进行了实际应用与测试，下面对测试结果进行分析。
1．室内外气温和热负荷分析[3]
由图2、3可以看出，对于热力站供暖系统，二次网的供回水温度波动较小，但室内温度波动较大且与室外温度的变化趋势基本保持一致。这是因为一次网的供水温度由热力公司控制，在一段时间内或某一天其值基本保持恒定，而一、二次网的流量波动很小，所以，二次网的供回水温度波动较小，系统的供热量也基本不变（瞬时热量变化较小）。而对用户来说，当室外温度降低，热负荷增加，如供热量不变，室内温度降低；反之亦然。
锅炉房供暖系统的供回水温度波动较大，因为工作人员会根据室外气象条件的变化来调节锅炉的出水温度，决定什么时候启炉，什么时候停炉以及开几台炉，所以供水温度基本上是随着室外温度的变化而变化的（存在时间滞后），瞬时热量变化也较大写室外温度降低，用户热负荷增加，工作人员调节锅炉燃烧状态。提高供水温度，增加供热量。即工作人员根据室外气温的变化，调节供热量以满足用户热负荷的变化。所以锅炉房供暖系统的用户室温比热力站供暖系统波动小。
图2 北建工1#热力站参数变化趋势图（2000.3.8）
图3 育新小区参数变化趋势图（2000.1.22）
2.供暖面积热指标分析
由表1可以看出，在整个采暖期中，北建工1#热力站供暖系统有育新小区供暖系统平均供热指标（对应-9℃下）为72.5w/m2和44.1 w/m2，而实际需要的供热指标（-9℃下）为55.3 w/m2和41.1 w/m2，为节约能源和减少污染，供暖面积热指标可控制在45w/m2左右。
转贴于
3．节能分析
温度变化和热量的关系范文5
1 前言
我国现行的按建筑面积计算热费的供热收费体制，违背了市场经济的客观规律，其弊病显而易见。首先，由于用户用热多少和用户付费多少无关，用户不会关心供热能耗问题，抑制了用户节能的积极性，不利于建筑的可持续发展；其次，用户由于没有供热的调节手段，无法根据自己的需要来调节室内温度，不利于人们生活水平的进一步提高；第三，由于目前的种种原因，供热公司收取热费成为一个难题，使供热公司正常运行难以进行，不利于供热公司的技术创新和技术进步；第四，这种收费体制不利于激励供热公司进一步提高经济效益，容易产生垄断性掩盖竞争性、政策性亏损掩盖经营性亏损的倾向。这一问题已引起各级领导管理部门的高度重视，依照热量计量收费势在必行。根据建设部2000年的《民用建筑节能管理规定》，从2000年10月起，所有利用集中供热的新建住宅，“推行温度调节和户用热量计量装置，实行供热计量收费”。在按户依照热量计量收费后，收费体制将发生根本变化，“热”成为市场经济中的一种商品，虽然上述问题将迎刃而解，但又会带来新的问题。
2 按供热面积收费体制下热网调节方案
在现有的按面积收费体制下用户无法调节流量，供热公司以定流量或分阶段变流量的质调节方案进行运行，调节的主动权在供热公司。因此，从技术角度看热网正常供热只要做到：
* 保证流量分配均匀：在初调节时把用户的水流量调整到所要求的设计流量，即流量按供热面积分配均匀即可；
* 保证合适的供水温度：对于一次网，根据室外温度控制热源出口的供水温度；对于二次网，只要热力站设计及初调节合理，在一次网供水温度调节适当的情况下即可保证二次网的合适供水温度。
正常供热时热源的供热总量变化仅仅和室外温度有关，供热总量可以预知且由其控制。
3 依据热量计量收费后所引起的变化
在热量计量收费后每组散热器上安装温控阀，用户将根据自己的需求调节温控阀来控制室内温度。这种调节本质上是通过调节散热器的流量、即散热器的供热量而控制室温。当众多用户调节流量后，整个热网的流量和供热量也将随之变化，而这个流量和供热量的变化是供热公司无法控制和预知的，这也就是说，分散的众多用户成为主动的调节者，而供热公司由主动变为被动的适从者。这种变化必然带来新的课题：
* 在供热公司不可能再维持热网定流量质调节的方式下，热网流量如何调节？
* 在保证用户供热质量的前提下，供热公司如何运行才能降低运行费用、提高经济效益？
4 依据热量计量收费后热网调节方案
在热量计量收费后热量成为一种商品，为保证充分供应，就要在任何时候用户都要有足够的资用压头。为此可以采用下两种控制方法：
* 供水定压力控制：把热网供水管路上的某一点选作压力控制点，在运行时使该点的压力保持不变（注意，非热网恒压点，为避免误解，称作压力控制点）；
* 供回水定压差控制：把供热网某管路的供回水压差作为压差控制点，保持该点的供回水压差不变。
无论那种控制方法，都要涉及到以下几个问题：
A． 控制点选在什么位置；
B． 控制点的设定值应取多大；
C． 供水温度如何调节；
控制点位置及设定值大小的选择主要是考虑运行降低能耗和保证热网调节性能的综合效果。在设定值大小相同的条件下，控制点位置离热网循环泵出口越近，调节能力越强，但越不利于节约运行费用；离热网循环泵出口越远，情况正好相反。在控制点位置确定的条件下，控制点的压力（压差）设定值取得越大，越能保证用户在任何工况下都有足够的资用压头，但运行能耗及费用也就越大；反之如取值过低，运行能耗及费用虽然较低，但有可能在某些工况下保证不了用户的要求。
转贴于 4.1 直连网的调节
4.1.1 供水压力控制点的位置及设定值大小
如图1所示直连网，采用供水压力控制方法，为保证在任何时候都能满足所有用户的调节要求，把压力控制点确定在最远用户n的供水入口处，该用户供水入口处的压力设定值Pn为：
Pn＝P0＋Pr＋Py （1）
P0：热源恒压点的压力值，设恒压点在循环泵的入口；
Pr：在设计工况下从n用户到热源恒压点的回水干管压降；
Py：用户的资用压头。
4.1.2 压差控制点的位置和设定值
压差控制方法的原理如图2示。如同供水压力控制点的原理一样，当各个用户所要求的资用压头相同时，压差控制点可以选在最远用户处，当各用户所要求的资用压头不相同时，压差控制点选在要求资用压头最大的用户处，其压差设定值为所要求的最大资用压头。
4.1.3 供水温度及总流量的调节
一般情况下，热源的供水温度tg仅随 室外温度tw而变化，这个变化与现行的运行曲线相同，也就是相当于质调节运行方式下的供水温度调节曲线，即：
（2）
式中：tn、t’w分别为室内、外设计温度
t’g、t’h分别为设计供/回水温度
b为散热器传热系数函数的一个参数。
热源处循环泵的总流量用变频控制，根据压力控制点的压力变化而控制变频泵的转速。假如1、2等用户调小流量导致干管总流量下降，而干管的阻力系数未变，因此干管上的压力损失降低而导致压力控制点（例如P点）的供水压力升高。该压力值的升高反馈给循环泵，使泵的转速降低，一直降到压力控制点的压力值到设定值为止，这样，就可以保证压力控制点的供水压力值不变。
4.2 间连网的调节
4.2.1 二次网的调节
压力控制和压差控制的原理相同，以下仅以压力控制为例说明。
把间连网的换热站看成一个热源，这样间连网的每一个二次网就相当于一个独立的直连网，则二次网的调节中关于控制点位置及设定值大小的选取也就和直连网相同，且二次网的循环泵也要变频控制。但此时的差别在于换热站二次网供水温度控制。换热站的换热面积不变，当换热站所带的其中一个用户调节流量后，则换热器的二次侧流量发生变化，但换热器的一次侧流量、供水温度并没有发生变化，这样，如换热器没有温度调节手段，换热器的二次侧供水温度就要随之发生变化。当二次网的供水温度发生变化后，对室温没有进行调节的用户，虽然其散热器流量没有变化，但由于供水温度变化则室内温度也要发生变化，这是我们所不希望的。因此二次网供水温度只能与室外温度有关，而不应当随用户调节流量而有所改变。这样，换热站二次网的供水温度tg由该站的一次网调节阀V1控制，调节该站一次网阀门V1，使二次网的供水温度tg保持在所需值，如图3。
4.2.2 一次网的调节
把换热站看为是一次网的一个用户，由于上述二次网供水温度的调节要求，一次网调节V1的动作，使一次网也成为变流量运行而不是定流量运行。这样一次网的调节、热源的调节方案完全与直连网相同。
需要特别指出，间连网的一次、二次网在水力工况上相互独 立的，因此需要分别在一次、二次网上设置控制点和变频泵，以便分别进行调节控制。
4.3 混连网的调节
4.3.1 控制点的位置及设定值
间连网的一次、二次网水力工况相互独立、互不干扰，但混连网的一次、二次网 水力工况并不相互独立，因此混连网的压力控制点位置和控制压力值的选取不能与间连网那样在一次、二次网分别设置，而应该只设置一套压力控制点和控制值。此时可以不考虑混连网中的混连站而与直连网的一样来设置一套压力控制点和控制值，如图4。
4.3.2 混连站出水温度及其流量的调节
混水站后的流量与混水比有关， 当某一用户调节其流量后，混水站后的流量即发生变化，为保证用户有足够的压力（压差），在用户处设置压力控制点Pg，调节混水泵的转速，保持压力控制点Pg不变。而混水站的出水温度tg应仅与室外温度有关而不随用户的调节而变化，因此调节混水站前的阀门V，使出水温度tg达到要求，如图4。
总之，混连网的主网压力控制点的压力值由热源处变频循环泵的转速所控制，而混连站的出水温度由主网上的阀门V控制，混水站后的压力值由变频混水泵的转速所调整。
5 热入口调节装置
以上为供热网的计算机整体调节，由于投资问题，不可能控制到每个热入口。因此，对于每个供暖系统的热入口，为保证供热质量，可在适当位置装一些非计算机控制的调节装备，在实际运行中发挥了有效作用。在装温控阀、变流量运行的情况下，这些调节装置的使用和定流量运行时有很大不同，必须正确装设才能发挥作用。否则，会使系统达不到调节要求，有时还会起负作用。
5.1 垂直双管系统
装温控阀后散热器的流量将随着室内负荷的变化而自动变化，这就意味着热网的流量随时都在变化。
5.1.1 自力式流量控制阀
自力式流量控制阀的功能是在工况发生变化时尽量保持该管路的流量不变。装温控阀后管路流量在主动不断变化，显然与自力式流量控制阀的作用相矛盾。如果在装温控阀的管路上再装自力式流量控制阀，对温控阀的调节作用有害而无一利，如图5。当室内负荷减少时，温控阀自动关小，则相应管路流量应减少；但如果该管路有自力式流量控制阀，则自力式流量控制阀感知流量减少后会自动开大，从而使管路流量增加达到其保持管路流量不变的目的。这时管路流量的相对增大（实际是保持流量不变），又导致温控阀的进一步关小，如此形成循环，最后导致温控阀关到最小，而室内温度仍可能高于要求，反之依然。因此，在装温控阀的垂直双管系统不能再装自力式流量控制阀。
5.1.2 平衡阀
平衡阀实际上起一种初调节的作用。平衡阀初始调整时，是根据设计工况下各个管路的流量来调节的。当全部平衡阀初始调整完成后、且在管路阻力系数不再发生变化的情况下，各管路的流量分配比例保持不变。当但管路阻力系数变化 后，则流量分配比例也随之发生变化。在温控阀动作后，本质上讲是温控阀的阻力系数发生了变化，这时相应管路流量也就发生了变化。因此，温控阀和平衡阀的作用并不发生矛盾。
装温控阀后，温控阀的实际开度随着负荷的变化而变化。假如图5中B管路上的用户负荷增加，则该管路上对应的温控阀开大，导致该管路流量增大。但若除B管路外的其它所有用户负荷都没有变化，按理说它们所对应的温控阀和其所要求的流量都不应变化。但由于B管路流量发生变化，必然要影响到总流量增大，从而又导致其它管路如A、N的流量发生变化。前面已假设除B外的用户负荷都没有变化，因此A、N管路上的温控阀本不应动作。但由于受B管路流量变化的影响，A、N管路上的温控阀也必须动作，进行必要的调节。也就是说，装了平衡阀后管路之间还存在着相互影响，促使平衡阀不断动作调整。
转贴于 另一方面，如果除N管路外的用户都要求流量增大，将有可能总流量过大而导致在N用户处的资用压头不够，即使N管路上温控阀都开到最大，也有可能满足不了要求。
总之，装平衡阀进行初调节比盲目的手动初调节能更好的保持温控阀发挥正常作用。但是平衡阀不能消除支路之间的相互耦合影响，同时有时还不能满足温控阀的调节要求。
5.1.3 自力式压差控制阀
自力式压差控制阀和温控阀相配合能够很好的保证温控阀正常发挥作用。图5对应的用户A负荷减少时其温控阀关小，相对应的管路流量减少，因此造成总流量减少，系统水压图发生变如图6。图中实线表 示温控阀没有调整之前的水压分布，虚线表示温控阀调整之后的水压分布。由于总流量减少，干管上压力损失也减少，外网给A用户处所提供的资用压头提高。如果A用户没有装自力式压差控制阀，则由于外网提供的资用压头增大，温控阀又会进一步关小，如此反复形成正反馈，使温控阀无法正常发挥其功能。但如果装自力式压差控制阀，自力式压差控制阀可以根据压差的变化而自动调节，使外网提供的用户资用压头基本保持不变，这样就不会对温控阀形成正反馈的影响。
5.2 带跨越管的垂直单管系统
带跨越管的垂直单管系统，由于温控阀的作用，使通过散热器的流量随室内负荷变化而变化，但跨越管的分流作用使得立管的总流量却保持基本不变。因此，此时热网实际上是在定流量运行。这样，该系统对使用调节阀的要求，如同前面所述的定流量运行系统一样，使用自力式流量控制阀是最合适的。
6 结论
6.1 按户计量收费后对热网的运行调节带来新的要求；热网既要装备适用的调节设备，又要有正确的调节策略，两者缺一不可。
6.2 热网应保持压力（压差）控制点的压力（压差）不变、使用变速泵运行；同时应控制供水。
温度变化和热量的关系范文6
[关键词]散热器 采暖 低温运行 对流热传
中图分类号：TU521 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0280-01
引言
目前在西方很多发达的国家大部分都采用的是60摄氏度以下的循环水进行供暖，并且随着供暖系统技术不断的发展功能系统的温度趋向于更低的方向发展。目前我国也开始提倡采用这种低温供暖的方式，并且在传统供暖的过程中也开始降低供暖系统的温度。本文从技术角度分析了散热器利用低温进行供暖的可能性，这对于提升人们对于低温采暖系统的舒适性具有很大的帮助。
1、低温采暖相对于传统采暖的优势
传统的散热器加热的方式是对流循环方式，在水被加热蒸发的过程中蒸汽向上走，这种运行的结果就是上面的温度明显要高于下部的温度，这在一定程度上造成了热能的浪费，并且传输热的媒介温度越高的话那么损失的热量就会越大。如果存在散热器的出口温度低于常规的散热器的话，那么在一定的温度空间范围你， 温度会更加趋于均匀分布，会使人产生一定的舒适感。如果散热器的水温很高的话，热量就会促使累积在散热器上的烟尘具有一定的味道，并且散发出难闻的对人体有害的气体。散热器和室外的温度差异较小的缘故，采用低温采暖的系统不会因为这种较大的温度差使得室内的相对湿度降低太多从而使得室内的人们出现燥热的感觉，并且这种低温采暖系统会使得室内的空气电离程度降低，那么人们所处于室内的环境将更加的舒适。采用低温采暖系统进行供暖能够大大降低能耗。低温采暖系统水循环温度的降低可以使得低温采暖系统各个硬件环节的能耗降低。以70摄氏度的水温为例，如果供水的平均温度降低的话，那么相应的能耗也会成正相关的降低。当供水系统的平均温度在55摄氏度到45摄氏度之间的情况下，能耗会降低35%。采用较低的水温作为低温采暖系统的水循环温度能够有效的提高媒介的热传导的效率。
2、实例分析
本文以我国北方某二线城市为例详细介绍了低温采暖系统，对于低温采暖系统改造之后和改造之前所需要的散热器的数量进行了相应的计算。该建筑的建筑年代为上个世界80年代，楼型为板楼，为南北方向，建筑面积约为1700平方米，其原始的采暖系统为单管的传输导热系统，散热器是铸铁型66型。该建筑的单元数为3，每个单元有12户，每户的层高为3米。室外的公摊部分不进行供暖
（1）散热器直径。对于上述建筑按照一定的计算方式计算器热负荷得到的数值为110652W， 按照预计的估算能够达到节能50%， 系统的保温性能得到了大幅度的提升，预计冬季的热负荷在上述数值的一半左右。节能建筑和非节能建筑所存在的热消耗会有很大的差异，如果存在采暖系统的水循环的温度差异时，就要通过计算水力来计算散热器的管径的值。通过计算可以知道采用低温采暖系统的散热器的管径和传统的散热器管径存在一定的差异，但是这种差异比较小，在计算中可以忽略。
（2）散热器数量的变化。在节能建筑中保温性能要由于传统建筑，其保温性能比传统的建筑好很多。采用低温采暖的方式，为了使得用户的室内温度达到预期的值那么就必须增加散热器的截面积， 也就是增加散热器的截面积。本文就节能建筑改造之后散热器数量的变化进行了计算。改造之后散热器的数量可以通过下属公式计算得到：
在上述公式中，QW为相应的采暖热负荷，W；QS散热器单位面积散热量；β1相应的计算过程修正系数，或者称为散热器的长度修正系数；β2为支管连接方式的散热器的修正系数；β3 散热器相应安装方式的修正系数；β4为散热器的流量修正系数。在对节能建筑改造之后如果采暖系统不发生变化， 只是降低了散热器内部水循环的温度时， 散热器的面积就会增加相应的散热器的数量也会增加，通过散热器片数的增加可以知道：相对于为改造之间散热器的数量和改造之后散热器数量的比值也就可以得出在改造之后如果要达到相同的散热效果的话应该保持的散热器的数量，通过上述计算可以知道为了达到传统的采暖系统的采暖的效果， 就必须通过增加散热器数量的方式来增加散热器的散热以达到预期的散热量。
（3）散热器增加对于室内空间的影响。如果节能建筑采用低温采暖的方式那么就必须增加散热器的数量，但是通过上述的计算可以知道其数量的增加并不是很大。散热器面积的增加指的是其长度的增加，而其宽度并不发生变化，使得散热器所占据室内的面积发生了变化，在一定程度内使得室内的空间进一步的减小。但是从散热器初始的安装来看，经过初始安装之后面积的可利用性并不是很大，所以建筑物在采用低温供暖的过程中，占地的面积虽然发生了变化，但是室内空间的利用效率并不会发生较大的变化，住户的活动也不会安装增加的散热器数量而使得活动的空间减小，所以目前对于散热器流行的设计方式是减小其宽度，但是在这个过程中要控制其基础数值不发生太大的变化。
3、散热器数量变化
如果节能建筑的采暖形式不发生改变，那么利用两种不同平均温度的循环水，也就是在供水的水温发生变化也就是降低的情况下，通过相应的计算可以知道两种情况下管道的直径并没有发生太大的变化，其室内散热的热量是随着散热器数量的增多而增大的。但是在这个过程中要考虑到经济性的问题。以我国某二线城市为例， 其散热器采用的是660型，其市场价格在28元左右，通过对于高温散热器的采暖系统进行改造，根据散热器增加的数量。可以估算对于系统进行低温采暖改造的投资大约在9万元左右，从长期来看其改造是有意义的，不仅大幅度减少了能耗，也增加了人们居住的舒适度。
4、结束语
本文对于散热器采暖系统的低温运行的可行性进行了研究，低温采暖系统具有传统采暖系统很多不可比拟的优势，其中最为主要的两点就是大大降低了能耗，明显改善了人们居住环境的舒适性。本文对于传统的供暖方式向低温供暖方式的改造过程中，管道直径的变化以及散热器数量的变化等都进行了详细的计算，对于改造过程中的工程造价进行了相应的分析，本文可以为我国低温采暖系统的改造提供一定的理论依据和技术支持。
参考文献
[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：396.
