熱泵房冬季施工臨時供暖方案探討

于海洪，石會群，劉繼亮

（1.河北省電力勘測設計研究院，河北石家莊 050031；2.張家口市維佳工程設計咨詢有限公司，河北張家口 075000）

在火力發電廠生產過程中，蒸汽發電后的乏汽含有大量的余熱，需采用冷卻水進行冷卻以便生產過程的延續，造成發電過程一次能源利用率較低。近年來，吸收式熱泵余熱回收技術得到廣泛關注并在熱電廠得到推廣應用，實現了良好的社會效益和經濟效益。熱泵供熱項目一般當年開工建設，當年冬季進行調試并投產，否則其調試期須推遲到下一個采暖季進行，嚴重影響經濟效益。在當年調試期內熱泵房維護結構一般不完善，熱泵設備調試初期需進行抽真空、溶液灌注等工作，耗時較長。在啟動初期，熱泵升負荷的過程也比較緩慢，熱泵房熱車間特性無法在調試期起到作用，系統面臨防凍、防寒的需求，由于電廠熱泵房形體較大，在調試期維護結構尚不完善，一般的熱水采暖系統不能滿足要求，臨時供暖問題十分突出。

對熱泵房調試期的供暖，需著重解決如下問題。

1）熱泵房為10m高，空間較大，其容積為14 414m3，計算熱負荷高達600kW，能耗很大。

2）維護結構不完善，未封閉孔洞較多，大量冷風侵入，極易造成管道凍結，如采用散熱器采暖系統，采暖系統也面臨凍結危險。

熱泵供熱項目的驅動蒸汽一般取自汽機房采暖抽汽，因此，熱泵房一般比鄰汽機房，汽機房為熱車間，其室內熱空氣如能應用于熱泵房臨時供暖，既可節約大量采暖熱能，又能較好地滿足熱泵房防凍、防寒的需求。

1 汽機房熱環境實測

1.1 汽機房概述

某電廠2×300MW機組建于2005年，汽機房總長度157.2m，跨度27m，高度32.88m；每臺機設熱網首站，熱網首站長24m，寬18m，高21.5m；汽機房及熱網首站總體積為15.813 2萬m3。

除氧間共設有24臺屋頂風機用于汽機房夏季排風，根據實測數據，汽機房及除氧間總散熱量為2.3MW，計算總排風量約145萬m3／h。屋頂風機進風口設有閥板，冬季停止運行后閥板隨之關閉。

1.2 汽機房冬季熱環境實測

為了解汽機房內溫度情況，在汽機房沿高度方向不同位置設置溫度計，由于項目所在地12月上旬日出時間在早上7：15至7：30，早上7：00約為一天中室外氣溫最低點，因此，在12月9日早上7：00和下午15：00各取一次讀數，取得汽機房各標高位置的溫度如表1、表2所示。

表1 汽機房不同標高溫度實測（7：00）Tab.1 Temperature of steam turbine building（7：00）

表2 汽機房不同標高溫度實測（15：00）Tab.2 Temperature of steam turbine building（15：00）

由實測值可知，汽機房上部溫度較高，早上最冷時屋架下旋溫度也高達27℃，具備向熱泵房送風達到取暖的溫度要求。

2 熱泵房送風量的確定

由于熱泵房維護結構不完善，防止冷風侵入是臨時采暖系統成敗的關鍵，因此，送入熱泵房的熱空氣既要滿足熱負荷要求，又必須使熱泵房保持正壓，以便將外部冷空氣阻擋在熱泵房外［1-2］。

2.1 送風量應滿足熱負荷要求

根據熱泵房熱負荷，計算送風量，如式（1）所示：

式中：G為送風量，m3／h；Q為供熱量，kW；Δt為送風溫差，按熱泵房保持5℃，送風溫度取汽機房屋架下旋溫度27℃，Δt＝22℃；c為空氣比熱，取1.01kJ／（kg·℃）；ρ為空氣容重，取1.1kg／m3。

計算出送風量為106 920m3／h。

2.2 送風量應滿足保持熱泵房正壓要求

為避免室外冷空氣侵入，對于處于施工期維護結構不完善的建筑物該正壓尤為重要，由于正壓送風供暖系統送風量計算無成熟公式可用，本文參考了《暖通空調設計基礎分析》［3-4］給出的空調系統正壓送風量計算方法，對正壓送風供暖系統送風量進行估算［5-6］，計算公式如式（2）所示：

式中：G為送風量，m3／h；E1為流量系數，取0.5；F1為縫隙面積，由于維護結構不完善，取20m2；ΔP為室內外壓差，取5Pa；ρ為空氣容重，取1.2kg／m3。

計算出送風量為103 923m3／h。

該方法采用縫隙面積和壓差計算滿足室內正壓的送風量，與實際情況較為接近，與滿足熱負荷的送風量比較后，取兩者較大值，為106 920m3／h。

2.3 按經驗換氣次數核算送風量

對于一般房間，維持室內正壓所需的送風量可按房間換氣次數2～6次／h取值。本工程熱泵房建筑體積為14 414m3，當送風量為106 920m3／h時，相應換氣次數為7.4次／h，該送風量可以使熱泵房保持一定正壓。

2.4 熱泵送風對汽機房影響

本工程汽機房總容積為15.813 2萬m3，當從汽機房吸風量為106 920m3／h時，折合汽機房換氣次數為0.68次／h。對于電廠汽機房這樣的高大建筑物，其冷風滲透量一般在2次／h以上，因此，熱泵房熱風供暖送風量遠小于其冷風滲透風量，熱泵房熱風供暖系統不會對汽機房產生不利影響。

3 工程實施

根據前述分析計算，將汽機房熱空氣送入熱泵房可以滿足防凍、防寒要求，達到冬季供暖目的。

本工程汽機房12.60m（運轉層），設有帶型窗，窗扇尺寸1.5×0.75m，為減少臨時設施拆除時的恢復費用，風道穿墻采用穿過帶型窗窗扇的方法，可穿管道窗扇共6個，窗扇寬度為0.75m，實測凈寬為0.71m，因此，風道尺寸按Φ630選取，共設置6根，最大限度利用可用空間，當總風量為106 920 m3／h時，每根Φ630風道風量為17 820m3／h，風速為15.88m／s。對于臨時送風系統來說，該風速在允許范圍內。

3.1 風機選擇

共選擇6臺軸流風機，每臺風機風量為18 250m3／h，總送風量為109 500m3／h，相應換氣次數為7.6次／h，既滿足熱負荷要求的送風量，又滿足熱泵房正壓要求的送風量。

3.2 風道系統設置

按前述現場情況，熱風供暖系統分為2個系統，每個系統配置3臺流風機，安裝在熱泵房6.0m圈梁上，每個系統送風量為54 750m3／h，在12.60m運轉層設置1個1 600×630×4 030集風箱，引1根630×1 600風道向上至29.70m（汽機房屋架下旋位置），將汽機房上部熱空氣引致熱泵房，2個系統總送風量達到109 500m3／h。

3.3 風道支撐

采用腳手架支撐，安裝方便且便于拆除，也不需在汽機房進行焊接作業。

4 使用效果

在維護結構不完善，窗洞、大門及部分墻體未施工，臨時采用帆布遮擋的情況下，熱風供暖系統投入使用，室外溫度達到-8℃時，室內溫度仍保持3℃以上，滿足了防凍、防寒要求，基本達到設計預期。同時對汽機房各測溫點觀察后，汽機房溫度無明顯變化。

5 經濟效益分析

熱泵房為熱車間，正常運行時，室內不需設置采暖設施，因此，不論采用熱水供暖還是采用熱風供暖均為施工臨時設施［7-8］。

5.1 使用熱水采暖系統的費用

按熱泵房熱負荷600kW，單片散熱量150W估算，約需安裝散熱器4 000片，每片采購價35元，共需14萬元；采暖管道、閥門及安裝費約15萬元；熱水采暖系統初投資共需29萬元。

按運行2 000h計算，熱泵房總供熱量為4 320 GJ，按當地熱價27元／GJ計算，采暖費共計11.66萬元。

5.2 熱風供暖系統的費用

每臺軸流風機2 600元，6臺共計1.56萬元；風道系統展開面積約340m2，折合質量為2.3t，材料費約1.6萬元；系統安裝人工費約2.5萬元；系統初投資共需5.66萬元。

熱風供暖的熱源取自汽機房上部的熱空氣，其運行費只有風機的耗電量：每臺風機耗電量2.2 kW，6臺耗電量共計13.2kW，按運行2 000h計算，共耗電2.64萬kW·h，以每度電0.5元（kW·h）計算，運行費總計1.32萬元。

5.3 費用對比

表3為費用對比。

表3 熱水、熱風供暖費用對比表Tab.3 Cost comparison of hot water heating &hot air heating

6 結 語

從熱水及熱風2種供暖方式對比來看，利用汽機房熱空氣的熱風供暖系統不論初投資還是運行費，均遠低于熱水采暖系統，而熱水采暖系統在維護結構不完善的情況下，其自身就存在凍結危險，因此，利用汽機房熱空氣的熱風供暖系統在熱泵房項目中具有良好的推廣價值及應用前景。

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