淄博北站更換換熱器效果不佳原因分析

摘要 在車站、化工、能源、制藥等多個行業中，換熱器為常用設備之一。為了實現淄博北站的科學管理，政府對淄博北站的一些設備進行了更換改造。文章以淄博北站為例，從改造前車站存在的問題出發，對原板式熱交換器設計、更換板式熱交換器節能效果、更換換熱器后效果不佳的原因進行分析。結果證明熱源、熱網、空調末端系統、熱用戶等四個方面是造成換熱器效果不佳的主要原因。

關鍵詞 淄博北站；換熱器；原因分析

中圖分類號 TK172 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）13-0174-03

0 引言

淄博北站是濟青高速鐵路的中間站，由進站廣廳、候車廳、售票廳、城市通廊、公安用房、車站用房、設備機房等組成。該站投入使用后，對換熱器進行了更換改造，但是更換后的換熱器一直效果不佳，不僅浪費資源，也不符合國家“碳中和”的綠色發展理念。該文對原因進行如下分析，以期對以后高鐵站換熱器的設計建造提供參考。

1 項目概況

淄博北站于2018年底正式啟用，總建筑面積國鐵約35 000 m2，地方政府約25 000 m2，建筑高度37.7 m，其中進站廣廳面積2 580 m2，候車大廳面積10 483 m2，出站廳面積3 830 m2。站房主體地上二層，局部四層，站房地下一層為換乘大廳、城市通廊；站房一層為出站廣廳、進站廣廳；站房三層為候車大廳、兩側為商業空間、車站辦公用房及空調機房。熱源為市政熱水，分兩路供暖，一路經板換器去空調末端；一路經板換器直接去地暖管地面輻射供暖[1]。

2 改造前項目存在的問題

（1）圖紙設計要求空調為高溫熱水供暖，板換二次側供回水設計溫度60/45 ℃；地暖采用低溫熱水地面輻射供暖，板換二次側供回水設計溫度50/40 ℃；改造前市政熱媒管道分別經地暖板換和空調供暖板換，此時空調板換第二次供水的溫度可達40 ℃左右，地暖板換二次供水溫在35 ℃左右，遠遠低于設計要求。

（2）圖紙設計空調水系統板式熱交換器一次側進出水溫為130/70 ℃，地暖水系統板式熱交換器一次側進出水溫為130/70 ℃，換熱量800 kW，但現場實際市政供水水溫在85 ℃左右，遠遠低于設計溫度。

（3）空調板換和地暖板換一次側電動閥已經安裝但未接線，一次側流量無法自動調節。

（4）整個冬季，地暖與空調供暖采用全時、全空間、滿負荷供暖，沒有根據室外溫度進行二次側流量自動調節，也沒有考慮夜間低流量防凍運行，能源浪費嚴重。

（5）空調旁通壓差閥和地暖供回壓差平衡閥缺失，導致空調系統、地暖系統水力不平衡。

（6）水泵運行時間不均衡，既造成棄用損壞，又導致水泵存在過度磨損。

（7）現場大量電動閥接線未實現控制，無法確定電動閥的開啟和關閉狀態，每次開機前，需要確定電動閥狀態，工作量大，同時存在遺漏開啟風險。在運行過程中，流量無法遠程、自動開啟或調節，電動閥手動常開，無關支路冷熱量流失嚴重，能源浪費大。

（8）缺少室外溫度采集器，無法獲取室外溫濕度的實時變化，無法獲知供暖末端熱量需求變化，導致熱量供應與需求失衡。

（9）目前換熱站機電設備的監控管理主要是人工手動完成，缺乏一套完整的自控系統實現360°無死角地對機電設備進行監督和掌控，從而實現各設備之間的節能管理和聯動控制。

（10）換熱站系統運行指標不全，相應的溫度、壓力、室外環境檢測以及設備運行情況監測點位較少，不能全面細致地對供熱系統進行節能管理。

3 原板式熱交換器設計分析

3.1 暖通圖紙設計熱負荷

在詳細計算過每個房間的熱負荷與逐項逐時冷負荷之后發現，國鐵范圍的舒適性空調夏季總設計冷負荷為4 250 kW，冬季熱總負荷為2 695 kW；地方政府范圍的舒適性空調夏季總設計冷負荷為680 kW，冬季熱總負荷為420 kW。

3.2 具體設計參數

設計的具體參數如表1所示。

分析表1～3的參數可以得出，在滿足空調地暖系統一次、二次側進出水溫的前提下，板式熱交換器換熱量12.96 Gj/h以及供熱合同開口量10.4 Gj/h都大于冬季總熱負荷指標9.70 Gj/h，設計滿足熱負荷需求，但是根據歷史供暖數據，現場實際市政供水水溫在60～70 ℃左右（由于改造前后市政熱源參數幾乎不變，可參考改造后市政供暖參數），也就是空調系統和地暖系統一次側水溫為60～70 ℃左右，空調板換二次供水溫在40 ℃左右，地暖板換二次供水溫在35 ℃左右，遠遠低于設計負荷，換熱器換熱量遠遠達不到設計換熱量，導致空調系統、地暖系統的供熱量遠遠低于設計值[2]。

4 更換板式熱交換器節能效果分析

參考淄博北站換熱站暖通圖紙，采暖設計熱負荷為2 695 kW，則全年設計熱負荷Q1=2 695×24×120×1.1=

8 537 760 kWh=30 735 Gj，其中根據淄博北站與當地供熱公司簽訂的用熱協議，Q1'（設計用熱收費量=1.3×Q1）=30 735×1.3=39 956 Gj，根據投能源公司提供的淄博北站2021—2022年熱量使用統計數據，實際供暖總耗熱量Q2（收費量）：29 818.5Gj，比全年設計用熱收費量Q1'小，存在欠能量供熱現象，導致供熱不足，根據現場流調和查閱部分工作日志，改造前站房內實際溫度比設計溫度低2～4 ℃，改造前實際換熱供熱量Q2比全年設計用熱收費量Q1'低25.37%；2022年10月中旬淄博北站現場更換板式換熱器，換熱面積比改造前增加一倍，節能改造完成后2022—2023年供暖總耗熱量Q2'（收費量）約為

31 352.4 Gj，比全年設計用熱收費量Q1'低21.53%，達到了站房內設計熱指標要求。淄博北站2022—2023年熱量使用量、淄博北站2021—2022年熱量使用量、設計參數/換算系數如表4所示。

5 改造后前端效果不佳的原因分析

5.1 建筑物結構

作為大型公共建筑，淄博北站人流量大、散熱量也大、旅客對舒適度的要求較高，但是由于受室內外溫差過大的影響，易導致冷熱空氣分離出現“熱氣上浮，冷氣下墜”，從而導致空調送風未能充分發揮其作用，難以為乘客提供舒適的環境，同時還造成了資源的巨大浪費[3]。同時由于候車廳面積較大，頂棚高、空間大、在整個空間中使用區域所占比例小、外墻所占比例大等特點，在其內部空間輻射、對流、傳導等傳熱現象而形成復雜流場和溫度場，站內候車廳、商業餐飲、進站廳等不同區域有著不同的氣流組織需求。

候車廳大多運用分層空調系統，在冬季運行時由通風柱和噴口送出的熱風易出現嚴重熱氣上浮現象，使得氣流隔斷效果較差，導致在人員活動區氣溫低而上部非人員活動區溫度較高，難以滿足室內舒適性要求。候車廳采用輻射地板與通風柱送風相結合的方法，有效地改善了候車廳旅客休息區溫度場和速度場，但是由于通風柱送風風向和空調機組噴口無法實現自動控制，使得送風范圍有限且風向固定，進站候車區未能達到舒適性要求。

5.2 熱源

5.2.1 市政熱源

①市政熱源水溫和流量遠遠低于設計溫度和流量，導致換熱器一次側熱量供應不足，無法滿足供熱設計需求。②未準確按氣象調節：供暖期在不同時間段內或者同一時間段內每一天的室外氣溫都在不斷地發生變化，供熱管理單位的調控不當就會造成供熱問題產生。③間歇供熱：為節省開支間歇供暖方式常被許多供熱管理單位采用，導致換熱站無法連續換熱供暖。

5.2.2 循環因素

①循環泵流量小，導致熱量供應不足。②循環泵揚程低，造成高點區域熱量不足。

5.2.3 熱網平衡因素

①水力失調：站房主體地上二層，局部四層，單層供暖面積大，未分高低區系統，系統水力失衡。②管網失衡：當供回水出現平壓差、倒壓差時會導致熱力站不熱，無法給用戶供暖。③候車廳、辦公區域、餐飲區域空調機組設計失誤，換熱量偏低。④高點窩氣，高點應設排氣閥并在運行初期放氣。

5.3 空調管道系統

5.3.1 設計因素

①立管管徑不合理易形成垂直失調。②空調系統和地暖系統分別由一條主支路進入站內，但是各個區域供回系統容易形成小環路，導致系統部分熱量未經循環支路直接流回換熱站[4]。

5.3.2 積堵因素

①垢堵：調查發現該地區使用的部分管材不符合國家標準，再加上年久失修和水的硬度偏高使得管道內部出現很厚的水垢，從而導致供暖效果不佳。②臟堵：施工過程中一些施工垃圾未能及時處理，遺留在暖氣管道中，使得熱量供應不均勻。

5.4 地暖管道系統

①工人在采暖環路上沒有安裝排氣裝置，造成憋氣和地熱管中存在空氣，阻礙水循環，系統不熱。②過濾器堵塞，系統循環差，供回水壓差小，水流速下降，導致地熱不熱。③地暖主線管壓力差達不到預期的標準，導致供暖水流速偏低。④地熱管內壁產生污垢，導熱性能極差，熱交換率下降，導致地熱不熱。

6 結語

淄博北站換熱器項目改造后，板式熱交換器面積增加一倍，現場反饋前段效果不佳，由于整個供暖系統環節比較多，供暖系統不熱的原因比較復雜，所以該文在各個環節根據理論與實踐的經驗基礎上，分析了原因，發現主要有熱源、熱網、空調末端系統、熱用戶等四個方面。在以后的換熱器改造中，一定要密切關注各方面有可能影響換熱效果的因素，為我國社會經濟的可持續發展和能源節約作出實際行動，實現現代化交通的科學管理。

參考文獻

[1]蔣東章. 寬通道板式換熱器結構的智能優化設計[D]. 徐州：中國礦業大學， 2021.

[2]田偉， 顧培軍， 段志棟. 高壓板翅式換熱器液空通道堵塞原因分析及處理效果[J]. 山西化工， 2022（8）： 104-107.

[3]路膺祚. 礦井回風用熱管換熱器析濕工況及可變導熱管的換熱分析[D]. 邯鄲：河北工程大學， 2021.

[4]田文軍. 600 kt/a硫黃制酸裝置冷熱換熱器修復實踐[J]." 硫酸工業， 2022（6）： 45-48.