某校區(qū)采暖系統(tǒng)問題分析及解決措施

(北京都林國際工程設計咨詢有限公司，北京 100044)

1 校區(qū)采暖現(xiàn)狀

該校區(qū)鍋爐房現(xiàn)有供熱能力為35 MW，其中兩臺7 MW鍋爐供西校區(qū)(約18萬m2)采暖，一臺14 MW和一臺7 MW鍋爐供老校區(qū)和東校區(qū)(約30萬m2)采暖。西校區(qū)采暖熱負荷約8 MW，室外熱網(wǎng)為一條干線，呈枝狀分布。東校區(qū)采暖熱負荷約18．7 MW，室外熱網(wǎng)為三條干線，呈枝狀分布。其中兩條干線為老校區(qū)服務(約11．2 MW)，一條干線為東西校區(qū)服務(約7．5 MW)。

現(xiàn)階段采暖存在以下問題:

1)西校區(qū)采暖系統(tǒng)低負荷運行或停運時系統(tǒng)進氣。

2)西校區(qū)各樓的空調(diào)采暖系統(tǒng)與散熱器采暖系統(tǒng)不匹配，熱網(wǎng)調(diào)節(jié)時如保證空調(diào)采暖溫度，散熱器采暖房間就會過熱;如保證散熱器采暖溫度，空調(diào)采暖房間就會太冷。這種情況尤其是在室外溫度較高時(剛入冬或開春時)較為嚴重。

3)老校區(qū)及東校區(qū)供暖的兩臺鍋爐型號及出力不同，并聯(lián)運行時小鍋爐不能達到理想出力。

4)老校區(qū)及東校區(qū)距鍋爐房近端建筑采暖溫度過高，遠端建筑采暖溫度過低。特別是東校區(qū)尤為嚴重。

2 問題的分析及研究

2．1 關于采暖系統(tǒng)進氣

采暖系統(tǒng)進氣的原因有多種。如:管路坡度和放氣閥安裝有誤;熱力入口處除污器堵塞;熱力入口處供水管上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過大;系統(tǒng)定壓小于系統(tǒng)充水高度等等都會造成采暖系統(tǒng)進氣或局部窩氣。

經(jīng)現(xiàn)場運行測試，發(fā)現(xiàn)每當系統(tǒng)低負荷運行時，系統(tǒng)就會進入大量的氣，分析是管路和放氣閥安裝問題的可能性很小。檢查除污器也正常。在檢查鍋爐房時發(fā)現(xiàn)西校區(qū)采暖系統(tǒng)定壓為47 m，而西區(qū)新蓋的建筑最高為59．9 m。初步判斷是由于定壓值低，造成低負荷運行或停運時系統(tǒng)水倒空。

2．2 關于散熱器采暖系統(tǒng)與空調(diào)采暖系統(tǒng)不匹配的問題

經(jīng)現(xiàn)場了解，空調(diào)采暖熱水全部采用經(jīng)換熱器換熱后溫度較低(60℃以下)的二次熱水。該校區(qū)熱水管網(wǎng)全部采用質調(diào)節(jié)(即水溫調(diào)節(jié))，當室外溫度升高時，鍋爐房供水溫度將調(diào)低。一次熱網(wǎng)的供水溫過低直接影響了空調(diào)采暖的效果。但若調(diào)高水溫，散熱器采暖的房間又會過熱。

根據(jù)現(xiàn)場情況，初步判斷:鍋爐房調(diào)節(jié)的供水溫度未保證空調(diào)采暖的最低溫度要求，而熱網(wǎng)的水力不平衡也間接影響了空調(diào)用戶和采暖用戶的使用效果。由于用戶熱力入口處未加平衡閥，只有普通的截止閥，不能起到很好的調(diào)節(jié)流量的作用。使得位于鍋爐房近端的散熱器采暖的用戶流量偏大，而位于遠端的空調(diào)采暖用戶流量偏小。用戶散熱器支管上也未裝溫控閥或手動調(diào)節(jié)閥，使得當室內(nèi)溫度偏高(偏低)時，用戶也不能自行調(diào)節(jié)房間溫度。

2．3 關于老校區(qū)及東校區(qū)的小型鍋爐出力不理想的問題

根據(jù)負荷情況，考慮到管網(wǎng)熱損失及設備運行效率，老校區(qū)及東校區(qū)鍋爐房高峰負荷時已滿載，基本沒有余量。在實際運行時，小鍋爐出力很小，造成熱源不足的情況發(fā)生。

初步分析由于兩臺鍋爐型號及出力不同，并聯(lián)運行時可能會發(fā)生流量不平衡的問題。考慮在兩臺鍋爐入口處加流量平衡閥，但安裝后效果并未改善多少。經(jīng)過進一步檢查發(fā)現(xiàn)小型鍋爐的上煤機經(jīng)常故障，大部分時間都必須人工上煤。而由于運行管理問題，運行人員的上煤量有限，造成了小型鍋爐出力不足。

2．4 關于老校區(qū)及東校區(qū)近端用戶過熱、遠端用戶不熱的問題

老校區(qū)及東校區(qū)采暖系統(tǒng)比較復雜，初步判斷是管網(wǎng)水力失調(diào)所致。分析原因有以下幾點:

1)老校區(qū)管網(wǎng)為兩條，管徑都為250，所帶的負荷分別為6 671 kW和4 519 kW;東校區(qū)管網(wǎng)只有一條，管徑為200，所帶的負荷為7 500 kW。老校區(qū)干線最長700多米;東校區(qū)干線最長900多米。據(jù)了解東校區(qū)為新建校區(qū)，最初只預留了DN200的管道，但隨著學校的擴建，校內(nèi)建筑越來越多，目前DN200的管道偏小。經(jīng)過水力計算，相比于老校區(qū)兩條管網(wǎng)，阻力損失差值大大超過了15%。三條管網(wǎng)進出口集分水器處也未安裝平衡閥，在系統(tǒng)的大環(huán)路上就已出現(xiàn)不平衡。

2)老校區(qū)及東校區(qū)的三條管網(wǎng)，管線較長且為枝狀布置，本就不利于平衡。特別是東校區(qū)，近端用戶和遠端用戶相距500多米，管道比摩阻較大。近端用戶和遠端用戶的管網(wǎng)阻力相差約250 kPa，給系統(tǒng)水力調(diào)節(jié)造成很大的困難。

3)各用戶熱力入口處無平衡閥，只有普通的截止閥，不能起到很好的調(diào)節(jié)流量的作用。在實際使用時，近端用戶的截止閥在調(diào)節(jié)時調(diào)節(jié)量非常有限，閥門調(diào)至接近關閉狀態(tài)，流量也無很大變化，再調(diào)下去就會斷流。這是造成管網(wǎng)各用戶環(huán)路間不平衡的主要原因。

4)各樓采用散熱器采暖，但散熱器支管上未安裝溫控閥或手動調(diào)節(jié)閥，起不到房間末端的溫度調(diào)節(jié)作用。特別是當近端用戶房間溫度過熱時，無法調(diào)節(jié)，造成熱量的浪費和分配不均。

5)老校區(qū)管網(wǎng)末端幾棟建筑為老校舍，圍護結構不節(jié)能，外墻無保溫，外窗密閉性不好，這也間接影響了房間的采暖效果。

3 解決辦法及改造效果

3．1 對于西校區(qū)的改造

1)對于采暖系統(tǒng)進氣問題，采用提高采暖系統(tǒng)的定壓值的方式。按西校區(qū)最高建筑為59．9 m，將定壓值設為66 m，采暖系統(tǒng)未發(fā)生停機后大量進氣的情況。

2)對于西校區(qū)空調(diào)、采暖混合系統(tǒng)，按規(guī)范:當熱水供熱管網(wǎng)供應采暖、通風、空調(diào)、生活熱水等多種熱負荷時，采暖期內(nèi)一次管網(wǎng)應按采暖熱負荷進行集中調(diào)節(jié)，并保證運行水溫能滿足不同熱負荷的需要;同時應根據(jù)各種熱負荷的用熱要求在用戶處進行輔助的局部調(diào)節(jié)。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，決定采用熱網(wǎng)質、量調(diào)節(jié)相結合的方式。以質調(diào)節(jié)為主，并保證空調(diào)供暖所需的最低溫度，之后采用量調(diào)節(jié)的方式，根據(jù)負荷情況調(diào)節(jié)空調(diào)采暖用戶和散熱器采暖用戶的系統(tǒng)流量，保證他們的房間溫度在合理范圍內(nèi)。

在每個用戶熱力入口處設靜態(tài)平衡閥，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的初平衡。并在入口處設自力式壓差旁通閥，來調(diào)節(jié)進入各樓的流量，以達到系統(tǒng)量調(diào)節(jié)的目的。在散熱器采暖的各房間的散熱器入口設手動調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)根據(jù)用戶用熱要求調(diào)節(jié)各自房間的溫度。

通過上述對系統(tǒng)的改造，西校區(qū)采暖期系統(tǒng)運行基本正常，未出現(xiàn)空調(diào)采暖與散熱器采暖不協(xié)調(diào)的問題。

3．2 對于老校區(qū)的改造

1)熱源問題是根本問題。考慮到對小鍋爐使用已基本癱瘓。建議使用方重新更換了上煤機，目前鍋爐運行良好。

2)在各干線接入鍋爐房集水器的入口處設靜態(tài)平衡閥，以調(diào)節(jié)干線環(huán)路間的水力平衡;在各建筑熱力入口處設靜態(tài)平衡閥，以調(diào)節(jié)各用戶環(huán)路間的平衡;在各房間散熱器進口設手動調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)房間的溫度。

3)目前老校區(qū)及東校區(qū)的鍋爐房已無富余，而老校區(qū)管網(wǎng)末端的建筑圍護結構保溫性能又很差。采用增加管網(wǎng)保溫厚度以減少管網(wǎng)熱損失和提高建筑圍護結構的保溫性能的方式，無論從施工難度還是從施工費用上，都不能為甲方所接受。由于西校區(qū)的管網(wǎng)負荷富余量較大，管線不長且與老校區(qū)毗鄰。決定將老校區(qū)末端的一棟樓由西校區(qū)管網(wǎng)來帶。雖然采暖系統(tǒng)跨了兩個校區(qū)，但分擔了老校區(qū)鍋爐房的部分負荷。而實際運行也很理想，劃歸西校區(qū)管網(wǎng)的建筑采暖效果很好，而老校區(qū)的其他末端建筑在平衡閥及調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡后，房間溫度也基本能夠被接受。

3．3 對于東校區(qū)的改造

東校區(qū)管網(wǎng)管徑偏小，比摩阻較大。已不是單靠在熱力入口處加裝平衡閥能解決平衡的問題。根據(jù)現(xiàn)場情況，決定在原來的管網(wǎng)基礎上再增加一個環(huán)路。按比摩阻不大于60 Pa/m的要求，原DN200的管道供東校區(qū)管網(wǎng)近端一帶總負荷約3 500 kW的幾棟建筑。新增DN250的管道供東校區(qū)管網(wǎng)遠端一帶總負荷約4 000 kW的幾棟建筑。鍋爐房的集分水器加大，并增設DN250出入口。之所以選擇管徑較大的管道，一是為了降低干線阻力，利于各用戶之間的平衡;二是為東校區(qū)今后擴建做準備。

東校區(qū)管網(wǎng)改造后，運行效果較好。使用平衡閥調(diào)節(jié)后，各環(huán)路間基本都能夠平衡。

4 結語

區(qū)域鍋爐房及其管網(wǎng)是較為復雜的系統(tǒng)，它包括熱源、管網(wǎng)、末端用戶三個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)發(fā)生問題，都會影響熱網(wǎng)的正常使用。特別是管網(wǎng)的水力不平衡問題經(jīng)常發(fā)生。在分析這些問題時，不但要考慮系統(tǒng)設計問題，也要考慮施工安裝及后期維護管理等問題。并根據(jù)現(xiàn)場實際情況及甲方的經(jīng)濟情況提出合理的解決辦法。

［1］陸耀慶．實用供熱空調(diào)設計手冊［M］．第2版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008．

［2］GB 50019-2003，采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范［S］．

［3］全國民用建筑工程設計技術措施/暖通空調(diào)·動力［M］．北京:中國計劃出版社，2009．

［4］全國民用建筑工程設計技術措施節(jié)能專篇/暖通空調(diào)·動力［M］．北京:中國計劃出版社，2007．

［5］閆 偉．大型鍋爐集中供熱運行調(diào)節(jié)［J］．山西建筑，2011，37(20):135-136．