山西大學文科樓采暖系統改造工程實例

賈 丑

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

山西大學文科樓采暖系統改造工程實例

賈 丑

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

以山西大學文科樓采暖系統為研究目標，通過實際測量采暖系統的運行參數，并與設計計算參數作了對比，據此對熱網改造后出現的問題進行了分析，提出了解決方案，為解決集中供熱改造過程中產生的“新舊矛盾”提供一些思路。

散熱器采暖，單管垂直跨越式系統，集中供熱，系統運行

1 工程改造前情況介紹

山西大學文科樓于2002年竣工投入使用，該工程主樓部分共12層，采用散熱器采暖。原采暖系統形式為上供下回單管同程式系統，主樓采暖供水干管分設于12層及11層梁底，回水干管敷設于地下室及1層管溝內。散熱器采用定向對流灰鑄鐵柱翼型(TDD1-6-5-8)散熱器。原采暖熱源來自學校自建鍋爐房，采暖熱媒為85 ℃～60 ℃低溫水。冬季室內設計溫度為：教室、教研室、行政辦公等為18 ℃，走道、衛生間、樓梯間等為16 ℃。

該工程投入使用后10年，采暖系統實際運行狀況較好，冬季室內采暖溫度均可達到設計要求。2011年，由于太原市塢城路片區城市管網綜合改造，山西大學校區采暖系統熱源整體接入太原市集中供熱城市熱網。校區內原有自建鍋爐房拆除，改造為校區集中供熱區域熱交換站(二級站)，上級熱源取自城市集中供熱一次管網。校區內原有供熱管網未進行改造，本單體采暖入口不變。

據業主反映，2011年冬季開始，連續兩個采暖季，文科樓采暖效果不佳，室內溫度很難達到設計使用要求。室內采暖溫度，由頂層向下逐層衰減，至5層以下散熱器幾乎沒有溫度，無法為房間提供采暖，給教師和學生的使用帶來極大的不便。

2 實測系統運行參數

2012年—2013年采暖季末期，設計人員對文科樓采暖系統、整個校區供熱管網及校區內熱交換站進行了詳細的勘察了解，獲得了實際的運行參數如下：

1)熱交換站。

一次網供水溫度：85 ℃～90 ℃；一次網回水溫度：50 ℃～60 ℃。

二次網供水溫度：60 ℃～65 ℃；二次網回水溫度：40 ℃～45 ℃。

定壓水泵揚程：50 mH2O。

循環水泵額定流量：378 t/h；循環水泵揚程：44 mH2O。

2)室外管網。

校區內室外管網形式為異程式支狀管網，自投入運行后，未經過改造，管網連接各單體熱力入口處，只設置手動調節閥、溫度計及壓力表，未設置熱計量表和水力平衡閥。

文科樓主樓熱力入口處測得供水溫度60 ℃～55 ℃，回水溫度40 ℃～35 ℃，壓力表差28 kPa。

3)文科樓散熱器系統(選取同一環路L1立管和L6立管所帶房間測量)。

L1立管散熱器進出水溫度：12層55 ℃～60 ℃；9層40 ℃～45 ℃；

6層25 ℃～30 ℃；3層10 ℃～15 ℃；1層無溫度。

L6立管散熱器進出水溫度：12層45 ℃～50 ℃；9層35 ℃～40 ℃；

6層20 ℃～25 ℃；3層5 ℃～10 ℃；1層無溫度。

所測房間溫度：12層18 ℃；9層14.5 ℃；6層11 ℃；3層8.5 ℃；1層4 ℃。

3 設計計算結果與實測參數對比

3.1 總熱負荷(單位面積熱指標法估算)和設計流量

校區單體總建筑面積約10萬m2，估算指標為60 W/m2～80 W/m2(全國民用建筑工程設計技術措施：暖通空調·動力2003)。

熱負荷：Q=100 000 m2×80 W/m2=8 000 kW。

設計流量：G=Q×0.86÷(t供-t回)=8 000 kW×0.86÷20 ℃=344 t/h。

3.2 循環水泵及定壓水泵(估算)

1)循環水泵設計流量：G循環=G×1.1=378.4 t/h。

2)循環水泵設計揚程：室外管網總長約2 000 m。

a.沿程阻力：2 000 m×60 Pa/m=12 mH2O(經濟比摩阻30 Pa/m～60 Pa/m,全國民用建筑工程設計技術措施:暖通空調·動力2009)。

b.閥門管件阻力：2 000 m×60 Pa/m×30%=3.6 mH2O。

c.熱交換站內部阻力：10 mH2O～20 mH2O(措施2009)。

d.末端散熱器采暖系統阻力：2 mH2O～3 mH2O(措施2009)。

e.總阻力：12+3.6+20+3=38.6 mH2O。

f.循環水泵揚程：38.6 mH2O×(105%～110%)=40.53 mH2O～42.46 mH2O。

3)文科樓為該區域內最高建筑，總建筑高度約45 m，定壓水泵揚程應為45 m～50 m。

3.3 設計計算結果、原設計參數與實測參數對比結論

1)二次網供、回水溫度均低于原設計溫度(20±5)℃。

2)熱交換站內循環水泵流量和揚程滿足設計要求。

3)定壓水泵滿足系統定壓要求。

4)文科樓原設計總阻力損失為30 kPa，與表測壓差相符。

5)根據入口處溫度差及壓力差計算得出，文科樓采暖系統實際流量比原設計流量偏低10%～15%。

4 文科樓散熱器采暖系統不熱的原因分析

4.1 熱源方面

因一次城市集中供熱管網供、回水溫度偏低，導致二次網供、回水溫度降低，實際供水溫度遠小于設計供水溫度，這是造成整個系統達不到設計使用要求的主要原因。而經過計算對比，循環水泵和定壓水泵的改造對系統造成影響。

4.2 室外管網方面

由于室外管網在集中供熱改造后未進行改造和維修，大部分支管段的手動調節閥已年久失修，導致外網出現一定程度的水力失調，前端單體對末端單體的水力狀況影響較大，而文科樓恰好位于管網末端，導致系統流量降低，達不到設計要求，這也是文科樓采暖系統問題較其他單體更為明顯的因素。

4.3 室內散熱器系統方面

1)根據散熱器選型公式Q=αΔTβ可知，由于供、回水溫度的降低，導致散熱器平均溫度ΔT降低，單片散熱器散熱量下降，造成實際狀況中散熱器數量不夠，達不到現有設計要求。

2)由于原設計參照規范均為2000年之前制定，設計中系統形式雖采用垂直單管同程跨越式上供下回系統，但立管垂直層數為12層。而根據現行規范，立管垂直層數不宜超過6層。由此可見，采暖熱水經過頂部幾層循環后，到達6層以下的時候，供水溫度已經完全不能滿足設計要求，造成散熱器幾乎無溫度的情況。

3)文科樓散熱器系統已運行10年以上，管段的排氣閥、散熱器前的三通調節閥絕大部分已經失去作用，造成系統排氣不暢，各立管豎向失調嚴重。這樣，使得在實際運行中，出現同一根立管所帶房間或同一層不同房間冷熱不一的情況。

4)管井內、地下室及管溝內的管道的保溫層出現不同程度的破損，造成熱量損失。

5 技術改造措施

針對上述問題，考慮改造過程中盡量不影響文科樓的正常使用，減少對已有設備和裝飾的影響，降低改造費用，提出如下幾方面技術改造措施：

1)對原有采暖系統形式進行改造，將原系統劃分為上、下兩個系統，1層～6層為一個系統，7層～12層為一個系統，將單一系統的垂直層數減小到6層以內。具體措施為：在6層頂部增加供、回水干管各一趟，在主立管管井內增加上部系統的回水主立管一根，下部系統的供水干管由原管井內供水主立管引出，供回、水主立管均設于管井內，上下兩個系統的回水匯合于地下暖溝內。通過此措施，提高了6層以下散熱器的供水溫度，能有效改善下部幾層散熱器不熱的狀況。同時，由于立管所帶層數減小，各支立管上流經各組散熱器的熱水溫度顯著提高。

2)更換失去作用的自動排氣閥和三通調節閥，在水平供水干管末端增設手動排氣閥，改善系統整體的循環狀況，減小豎向失調。

3)根據房間的使用情況，選擇性的增加部分房間的散熱器片數。同時，取消原裝修中的暖氣罩，增加對流換熱的面積。

4)在室外管網各單體采暖入口處，增設水力平衡閥，更換失效的調節閥，改善外網的水力失調狀況，保證處于管網末端的文科樓的循環流量。

5)由于太原市集中供熱管網的現行狀況，在很難提高一次網供、回水溫度的情況下，考慮在熱交換站內，增加板式換熱器片數，增加換熱面積，盡量提高二次網的供、回水溫度。

6 改造效果及結論

業主根據改造方案，對熱交換站內板式換熱器、供熱室外管網、文科樓內散熱器采暖系統進行了不同程度的完善和改造。通過改造后兩個采暖季的實際運行情況來看，上述改造方案取得了良好的效果，文科樓的供水溫度達到65 ℃～70 ℃，各房間溫度可提高2 ℃～4 ℃，下層散熱器未再出現過不熱的情況。

由于城市集中供熱管網的改造，許多既有建筑被納入到集中供熱管網中，可以享受到集中供熱帶來的實惠，但隨著集中供熱敷設面積的增加，新建建筑面積的增長，熱源廠增容難的問題也隨之而來，而由于地板輻射采暖的普及應用，一次網供回水溫度一直在下降，這勢必會導致既有建筑散熱器采暖系統無法達到設計之初的供水溫度要求。而既有建筑，由于設計規范的更新，當初的設計也會出現無法滿足當今的設計及使用要求的狀況。本改造工程就是一個典型實例，希望本工程可以為解決集中供熱改造過程中產生的“新舊矛盾”提供一些思路。

[1] 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.全國民用建筑工程設計技術措施：暖通空調·動力(2009年版)[M].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 賀 平，孫 剛.供熱工程[M].第3版.北京：中國建筑工業出版社，1993.

[3] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[4] JGJ/T 129—2012，既有居住建筑節能改造技術規程[S].

On reconstruction project for heating system of Building of Arts in Shanxi University

Jia Chou

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

Taking the heating system of Building of Arts in Shanxi University as the example, the paper compares the design calculation parameter through the operation parameter of the measurement and heating system, analyzes the problems after the reconstruction of the heat-supply network, and points out solutions, so as to provide some ideas for the old and new contradiction in the central heat-supply reconstruction process.

heating of radiator, one-pipe vertical cross-over system, central heating supply, system operation

2015-03-04

賈 丑(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)14-0126-02

TU832

A