散熱器-地暖混合供熱系統方案比選

趙 航

(太原市熱力集團有限責任公司第五供熱分公司，山西 太原 030013)

0 引言

近年來,伴隨著城市的快速發展及城鎮化進程的不斷加快,城市集中供熱系統建設的規模也越來越大。在許多新建建筑中,地面輻射采暖系統被廣泛應用,尤其是民用高層建筑中,絕大多數采用的都是地面輻射采暖方式;而在早期的建筑中,散熱器采暖系統被廣泛利用。

由于兩種采暖系統設計、運行參數及調節方式不同,對于同一供熱系統,兩種采暖方式存在用熱矛盾,對此,本文將針對同一熱力站供熱系統中,對散熱器-地暖采暖混合供熱方式進行研究分析及應用,為今后既有散熱器供熱建筑又有地暖供熱建筑區域的供熱提供了解決方案。

1 熱力站及小區基本情況

1.1 熱力站基本情況

本文選取存在散熱器-地暖混合供熱的某座熱力站,該熱力站設計供熱面積12萬m2,設計為散熱器供熱系統。

熱力站建成投運之初,實際采暖負荷7.5萬m2。熱力站進行擴網時,增加了2趟地暖分支,面積為3.3萬m2。熱力站擴網后,實際供熱面積達10.8萬m2,其中暖氣分支7.5萬m2,地暖1分支1.5萬m2,地暖2分支1.8萬m2。熱力站擴網后二次網管路的示意圖如圖1所示[1]。

1.2 小區供熱基本情況及存在問題

熱力站建成投運,僅負擔小區內散熱器采暖系統的用戶供熱,住戶室內供熱效果良好。在同一供熱系統中擴網增加了地暖用戶后,散熱器和地暖分支熱量分配不平衡,導致散熱器用戶供熱效果欠佳,運行期間熱力站循環泵出力調至最大,但受地暖用戶影響,散熱器用戶供暖效果依然不佳,無法從根本上改變現狀。

2 散熱器-地暖混合供熱系統方案設計

1)散熱器、地面輻射相關設計規范。

根據GB 50736—2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范,散熱器供暖系統應采用熱水作為熱媒,散熱器集中供暖系統宜按75 ℃/50 ℃連續供暖進行設計,且供水溫度不宜大于85 ℃,供回水溫差不宜小于20 ℃。熱水地面輻射供暖系統供水溫度宜采用35 ℃～45 ℃,不應大于60 ℃;供回水溫差不宜大于10 ℃,且不宜小于5 ℃[2-3]。

2)方案一:循環泵后進換熱器前為地暖分支二次網供水管增設旁通管。

a.設計思路。地暖供熱系統與散熱器供熱系統并聯,在二次網循環泵出口增設地暖供熱系統混流旁通管,旁通管設置止回閥,在地暖分支二次網供水管及旁通管增設電動調節閥,同時在管路上設置壓力表、溫度計、壓力變送器、溫度變送器。通過調節地暖二次網供水管與二次網總回水管間的壓力,實現混合供熱,保證熱水穩定輸出。混合供熱系統設計方案如圖2所示。

b.設計參數選擇。由于地暖供熱系統與散熱器供熱系統并聯,二次網供水溫度選擇散熱器供熱系統供水溫度,根據GB 50736—2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范要求,選擇二次網供水溫度t供為80 ℃。散熱器供熱系統供、回水溫度t1g=80 ℃，t1h=60 ℃;地暖供熱系統供、回水溫度t2g=60 ℃，t2h=50 ℃。熱指標選取50 W/m2。

c.相關供熱參數計算。散熱器供熱系統計算流量為q1,地暖供熱系統計算流量q2,循環泵計算流量q總。

其中,散熱器供熱系統熱負荷φ1，地暖供熱系統φ2由熱指標、相關供熱面積可計算求得。

根據熱平衡關系,可求得二次網回水溫度t回:

根據熱平衡關系,可求得由旁通管進地暖供熱系統的流量q20與由供水干管進入地暖供熱系統的流量q21的比k,進而可求得由旁通管進地暖供熱系統的流量q20和由供水干管進入地暖供熱系統的流量q21:

q2=q20+q21。

該方案通過相關供熱參數的計算,可指導實際供熱運行中調節,保證散熱器供熱系統和地暖供熱系統的供熱效果。該方案優點在于改造簡單,改造無需更多占據熱力站空間。

3)方案二:地暖供熱系統回水管與地暖供熱系統供水管間增設旁通管。

a.設計思路:地暖供熱系統與散熱器供熱系統并聯,在地暖供熱系統二次網供、回水管之間增設旁通管,旁通管增設止回閥,在地暖供熱系統二次網供水管道上安裝混合泵,在地暖供熱系統二次網回水管及旁通管增設電動調節閥,同時在管路上設置壓力表、溫度計、壓力變送器、溫度變送器。混合供熱系統設計方案如圖3所示。

b.設計參數選擇。與上一個方案設計參數選取一致。

c.相關供熱參數計算。根據熱平衡關系,可求得由旁通管進地暖供熱系統的流量q20與由供水干管進入地暖供熱系統的流量q21的比k,進而可求得由旁通管進地暖供熱系統的流量q20和由供水干管進入地暖供熱系統的流量q21：

q2=q20+q21。

根據熱平衡關系,可求得二次網回水溫度t回:

該方案同樣可以達到上一個方案的調節效果,但該方案調節可以更加靈活,不影響散熱器采暖系統的調節運行,同時增加混合泵可優化熱力站循環泵、板式換熱器的選型。

3 自動控制系統設計

3.1 自動控制系統組成

自動控制系統主要由氣候補償器、地暖供熱系統二次網供水溫度變送器、控制器、電動調節閥及自動控制柜組成,原理圖如圖4所示。

3.2 自動控制系統原理

首先,根據室外氣溫與地暖供熱系統供水溫度的關系,氣候補償器采集到相關數據,當此時地暖供熱系統二次網供水溫度與設定溫度不符時,溫度變送器通過控制信號e反饋,控制器指揮電動調節閥調整開度,使地暖供熱系統二次網供水溫度達到設定值。

當室外氣溫升高時,地暖供熱系統二次網供水電動調節閥開度減小,旁通管電動調節閥開度增大,使通過旁通管的流量增大,降低二次網供水溫度,滿足供熱需求;當室外氣溫降低時地暖供熱系統二次網供水電動調節閥開度增大,旁通管電動調節閥開度減小,使更多的流量回到板式換熱器,提高二次網供水溫度,滿足供熱需求。

4 方案的技術經濟比選

4.1 技術性比選

1)方案一。技術性優勢:該方案改造簡單,不需設置混合泵,改造占地面積小;改造后,針對散熱器供熱系統供熱面積較大、地暖供熱系統供熱面積較小的小區可以采用。且今后設備維修量小,對今后設備維修保養有利。

2)方案二。技術性優勢:該方案僅在地暖供熱系統內進行改造,改造后地暖供熱系統獨立運行,對散熱器供熱系統影響較小。且該方案設置了混合泵,可以適應更大流量范圍的調節,對于保障用戶供熱效果優勢更為明顯。從長遠角度看,該方案優化了熱力站循環泵、板式換熱器選型,對比方案一,在節電、節熱方面優勢更加明顯。

4.2 經濟性比選

1)方案一。經濟性優勢:該方案不需設置混合泵,利用熱力站內既有設備便可完成改造,經濟性優勢更好。

2)方案二。經濟性優勢:該方案需要設置混合泵,且為了經濟運行,需更換熱力站循環泵、板式換熱器等設備,改造投資較大,但通過后期運行管理,可節約電費及熱費。

方案一與方案二改造費用對比見表1。

表1 方案一與方案二改造費用對比

5 結語

5.1 結論

針對上述存在供熱問題的小區,由于小區散熱器供熱系統供熱面積大于地暖供熱系統面積,且面積相差較大,調節方面較容易實現,同時,由于熱力站改造空間相對有限,根據熱力站現狀,選擇經濟性較好的方案一為改造方案。

5.2 方案擴展應用

對于其他熱力站既有散熱器供熱區域,又有地暖供熱區域,可以根據熱力站符合情況及熱力站的空間時,可通過技術經濟比較,選擇方案一或方案二進行新建或改造,以滿足熱用戶的用熱需求。