散熱器供暖二次網(wǎng)循環(huán)流量的探討

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(1.北京東元同創(chuàng)能源技術(shù)有限公司,北京 100078; 2.軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院,天津 300000)

0 前言

流量、壓力(壓差)、溫度(溫差)是集中供暖的重要指標(biāo)參數(shù)。供熱系統(tǒng)流量合理分配和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)水力平衡，才能保證供暖質(zhì)量。但由于技術(shù)力量和運(yùn)行管理的限制，我國(guó)不少供暖項(xiàng)目存在近端熱遠(yuǎn)端冷的現(xiàn)象。

文獻(xiàn)[1]指出，基層人員對(duì)水力失調(diào)問(wèn)題的一些做法是不科學(xué)甚至是錯(cuò)誤的：住戶不熱就隨意加粗管徑，隨意更換大流量高揚(yáng)程的循環(huán)泵，干線末端支線用戶不熱就加裝管道泵。

文獻(xiàn)[2]認(rèn)為，流量不低于設(shè)計(jì)流量的70%，不會(huì)對(duì)室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱力平衡造成影響。采取質(zhì)-量雙調(diào)節(jié)電。

文獻(xiàn)[3] 考慮循環(huán)水流量、散熱器散熱面積、室內(nèi)溫度等參數(shù),建立了集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)數(shù)學(xué)模型，將該模型應(yīng)用到某個(gè)集中供熱系統(tǒng)中,分析了循環(huán)水流量、散熱器散熱面積、室內(nèi)溫度對(duì)供熱參數(shù)的影響。同時(shí)，得出結(jié)論，對(duì)應(yīng)于一定的室外溫度，在其他相關(guān)參數(shù)不變的情況下，集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的供水溫度隨著循環(huán)水流量的增大而降低，回水溫度隨著循環(huán)水流量的增大而升高。

邵宗義[4]從理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行2個(gè)不同角度對(duì)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)比,找出供熱系統(tǒng)的電耗特點(diǎn),尋求供熱系統(tǒng)中可實(shí)施節(jié)能措施的環(huán)節(jié)和切入點(diǎn),配合實(shí)現(xiàn)既有建筑節(jié)能改造的階段性目標(biāo),合理降低供熱系統(tǒng)的電耗,達(dá)到供熱系統(tǒng)節(jié)約能源的目標(biāo)。

邢巖[5]論證了水力平衡計(jì)算,合理選擇管徑的重要性。

劉蘭斌等[6]分析了影響水力平衡調(diào)節(jié)節(jié)能潛力的兩個(gè)主要因素：一是最不利用戶的失調(diào)程度的影響,其決定了整個(gè)系統(tǒng)的最低供水溫度,二是其他用戶相比最不利用戶,相對(duì)流量偏離的程度。

張群力等[7]調(diào)研了國(guó)內(nèi)外集中供熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)供暖設(shè)計(jì)參數(shù)和我國(guó)部分城市二次網(wǎng)供暖運(yùn)行參數(shù)情況，建立了二次網(wǎng)供暖設(shè)計(jì)參數(shù)影響集中供熱系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的分析模型，通過(guò)模擬分析得出了散熱器和地面供暖系統(tǒng)的二次網(wǎng)供暖優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。

Marouf Pirouti 等[8]根據(jù)區(qū)域供熱負(fù)荷優(yōu)化供水溫度和流量,建立優(yōu)化模型,根據(jù)供熱能耗(熱損耗和水泵能耗)及相應(yīng)成本費(fèi)用進(jìn)行優(yōu)化,得到每種工況的最佳供熱溫度和流量。

1 研究模型及定性分析

1.1 研究模型

以燃?xì)鉄崴仩t區(qū)域集中供熱系統(tǒng)為例，我們列出以下公式進(jìn)行研究分析

E=Min[∑(F·h)·EF
+∑(Np·h)·ED+ΔC/N]/A+C

(1)

Qr=1.163·G(ts-tr)

(2)

(3)

Np=0.002 725·G·H/ηs

(4)

gmin≤g≤gmax

(5)

式中F——燃?xì)饬?m3·h-1;

EF——燃?xì)鈨r(jià)格/元·m-3;

Np——循環(huán)水泵運(yùn)行功率/kW;

ED——電價(jià)/元·(kWh)-1;

h——運(yùn)行時(shí)間/h;

ΔC——循環(huán)水泵變動(dòng)投入成本/元;

N——循環(huán)水泵折舊年限/年;

A——建筑面積/m2;

C——不隨循環(huán)水量變動(dòng)的基本成本/元·m-2;

Qr——供熱量/kW;

G——循環(huán)水量/t·h-1;

ts/tr——供/回水溫度/℃;

Qdw——燃?xì)鉄嶂?kJ·m-3;

ηb——鍋爐效率;

ηh——板換換熱效率(直供系統(tǒng)取1);

ηt——管道輸送效率;

ηs——水泵效率;

gmin——單位建筑面積二次網(wǎng)最小循環(huán)流量/kg·(m2·h)-1;

gmax——單位建筑面積二次網(wǎng)最大循環(huán)流量/kg·(m2·h)-1;

g——單位建筑面積二次網(wǎng)循環(huán)流量/kg·(m2·h)-1,g=1 000·G/A

1.2 定性分析

定性分析上述公式

(1)循環(huán)水泵變動(dòng)投入成本ΔC/N/A

g↑,二次網(wǎng)總循環(huán)水量↑，循環(huán)水泵逐步增大，ΔC/N/A↑。

(2)循環(huán)水泵運(yùn)行電費(fèi)∑(Np·h)·ED/A∑

g↑,二次網(wǎng)總循環(huán)水量G↑，二次網(wǎng)循環(huán)阻力H↑，∑(Np·h)·ED/A↑。

(3)燃料費(fèi)用∑(F·h)·EF/A

按熱源、管道、末端三部分因素來(lái)定性分析燃料費(fèi)用。

(a)末端部分

g↑,G↑, (ts-tr)↓，∑(F·h)·EF/A↓

(b)管道部分

對(duì)常規(guī)供熱系統(tǒng)，在室外溫度一定對(duì)應(yīng)一定的回水溫度即可保證建筑供暖質(zhì)量。當(dāng)tr相對(duì)恒定，g↑,G↑,(ts-tr)↓，ts↓，從而對(duì)應(yīng)供水管損下降，∑(F·h)·EF/A↓。

(c)熱源部分

對(duì)熱源-燃?xì)忮仩t而言，g↑,ts↓，由于受熱面溫差提高，排煙損失減少，鍋爐效率提高，∑(F·h)·EF/A↓。

綜上，g↑,燃料費(fèi)用Σ(F·h)·EF/A↓。

將上述公式模擬分析繪制如下圖(圖1模擬分析圖)。

圖1 模擬分析圖

初步分析結(jié)論：

(1)在費(fèi)用構(gòu)成中燃料費(fèi)用∑(F·h)·EF/A占主要份額。其次是循環(huán)泵電費(fèi)∑(Np·h) ·ED/A。

(2)供暖運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)低位的區(qū)域是供暖循環(huán)流量的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域。

(3)單位建筑面積二次網(wǎng)循環(huán)流量g，當(dāng)g增大到一定程度，燃料費(fèi)用∑(F·h)·EF/A降低幅度微乎其微；當(dāng)g下降到一定程度，燃料費(fèi)用∑(F·h)·EF/A增加較多。

2 應(yīng)用案例

某小區(qū)項(xiàng)目供熱系統(tǒng)存在一些問(wèn)題,新選型一臺(tái)循環(huán)泵，設(shè)計(jì)選型132 kW。(為了節(jié)電，運(yùn)營(yíng)部門(mén)先購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)循環(huán)泵為110 kW，使用一個(gè)采暖季后發(fā)現(xiàn)末端存在局部循環(huán)不暢，后更換為132 kW循環(huán)泵)。

圖2 案例項(xiàng)目改造后熱力系統(tǒng)圖

2工況下供暖運(yùn)行能耗比較如表1。

表1案例項(xiàng)目外網(wǎng)循環(huán)流量的供暖運(yùn)行比較(2008冬-2010春)

工況循環(huán)泵/kW實(shí)際流量/t·h-1單位面積流量/kg·(m2h)-1供回水溫差/℃供暖達(dá)標(biāo)率/[%]采暖季燃?xì)赓M(fèi)/元·m-2循環(huán)泵電費(fèi)/元·m-211108972.6813.994.8 19.50.9821329652.8812.598.318.651.17

此案例適當(dāng)提高外網(wǎng)循環(huán)流量，散熱器供暖運(yùn)行費(fèi)用有所下降。因此不宜單純以耗電量作為惟一的供熱循環(huán)流量節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 改造項(xiàng)目情況

結(jié)合我們?cè)诒本┻M(jìn)行的既有項(xiàng)目供熱系統(tǒng)改造情況進(jìn)一步探討如下。我們將部分北京燃?xì)忮仩t集中供熱散熱器供暖項(xiàng)目改造前后實(shí)際運(yùn)行情況，列入表2。

表2散熱器供暖部分北京項(xiàng)目運(yùn)行情況

項(xiàng)目供暖面積/m2供暖系統(tǒng)單位面積流量/kg·(m2·h)-1原供暖系統(tǒng)存在的問(wèn)題改造后單位面積流量/kg·(m2·h)-1改造后供回水最大溫差/℃162 338高區(qū)間供1.65二次系統(tǒng)阻力大,水力失調(diào),40%住戶供暖不達(dá)標(biāo)2.9710.1238 967間供1.49水力失調(diào)嚴(yán)重,55%住戶供暖不達(dá)標(biāo)3.2310.53143 000直供1.84站內(nèi)阻力大,水力失調(diào)30%住戶供暖不達(dá)標(biāo)3.2210.6449 826直供2.1325%住戶供暖不達(dá)標(biāo)3.1713.65103 000低區(qū)間供2.04站內(nèi)阻力大,水力失調(diào)20%住戶供暖不達(dá)標(biāo)2.8311.8687 680間供1.83站內(nèi)阻力大,水力失調(diào)35%住戶供暖不達(dá)標(biāo)3.0210.87210 000直供2.19水力失調(diào)嚴(yán)重,35%住戶供暖不達(dá)標(biāo)2.9313.1,水力平衡,供暖達(dá)標(biāo)

表2所列項(xiàng)目改造前實(shí)際運(yùn)行時(shí)單位面積循環(huán)流量g均小于2.2 kg/(m2·h)，易產(chǎn)生水力失調(diào)。經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，g均大于2.8 kg/(m2·h)。

根據(jù)北京燃?xì)忮仩t散熱器供暖項(xiàng)目的運(yùn)行和改造經(jīng)驗(yàn)，我們建議供暖循環(huán)流量的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域，2.7 kg/(m2·h)≤g≤3.9 kg/(m2·h)。不宜過(guò)分追求小流量。

4 初步應(yīng)用

最近參與某央企北京一集中供暖項(xiàng)目，其中有1棟建筑全部采用散熱器供暖，設(shè)計(jì)院原設(shè)計(jì)選型的散熱器供暖二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)如表3。

表3原設(shè)計(jì)的外網(wǎng)數(shù)據(jù)

名稱供暖面積/m2流量/t·h-1總管管徑單位面積流量/kg·(m2·h)-1散熱器高區(qū)9 7508.6DN800.882散熱器低區(qū)19 60012.1DN1000.617

我們配合業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)院的施工圖審核，發(fā)現(xiàn)二次管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量、外網(wǎng)管徑等存在較大的問(wèn)題。提出修改意見(jiàn)：板換重新選型加大面積；二次循環(huán)流量修改；外管網(wǎng)管徑修改；二次循環(huán)水泵重新選型且該為單泵運(yùn)行。

表4修改設(shè)計(jì)外網(wǎng)參數(shù)

名稱供暖面積/m2流量/t·h-1總管管徑單位面積流量/kg·(m2·h)-1散熱器高區(qū)9 75030.0DN1003.08散熱器低區(qū)19 60060.0DN1503.06

5 結(jié)論

綜上所述，我們歸納以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)在供熱費(fèi)用構(gòu)成中燃料費(fèi)用∑(F·h)·EF/A占主要份額;其次是循環(huán)泵電費(fèi)∑(Np·h)·ED/A。

(2)單位建筑面積二次網(wǎng)循環(huán)流量g，當(dāng)g增大到一定程度，燃料費(fèi)用∑(F·h)·EF/A降低幅度微乎其微；當(dāng)g下降到一定程度，燃料費(fèi)用∑(F·h)·EF/A增加較大。

(3)在一定的供暖循環(huán)流量范圍內(nèi)，供暖運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，是供暖經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域。

根據(jù)北京燃?xì)忮仩t散熱器供暖項(xiàng)目的運(yùn)行和改造經(jīng)驗(yàn)，我們建議供暖循環(huán)流量的范圍在，2.7 kg/(m2·h)≤g≤ 3.9 kg/(m2·h)比較合適。

感謝供熱及水力平衡調(diào)試專家嚴(yán)鑫成的技術(shù)指導(dǎo)和分享。