嚴(yán)寒地區(qū)臨時(shí)集中供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

中建三局集團(tuán)有限公司 北京 100097

沈陽客廳總承包工程位于沈陽市丁香湖畔，該地區(qū)冬季寒冷漫長，取暖期一般為11月初至次年3月末。采用傳統(tǒng)的電加熱取暖設(shè)備有能耗高、壽命短、熱舒適性差、安全隱患高的缺點(diǎn)，因此本工程設(shè)計(jì)了更合適節(jié)能的集中供暖系統(tǒng)。

1 集中供暖系統(tǒng)原理

集中供暖系統(tǒng)由電極加熱系統(tǒng)、泵送循環(huán)系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)和終端散熱系統(tǒng)4 部分組成，通過電極加熱系統(tǒng)升溫的熱水經(jīng)泵送循環(huán)系統(tǒng)送至各終端散熱片處，使各采暖屋內(nèi)均勻受熱，并在恒溫控制系統(tǒng)的控制下保持水溫恒定，提高了臨時(shí)建筑物室內(nèi)采暖的舒適性。集中供暖系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 集中供暖系統(tǒng)

2 集中供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

臨建設(shè)施采用集中供暖系統(tǒng)意在解決北方冬季采用電加熱取暖設(shè)備采暖的諸多弊端，使其具有節(jié)能環(huán)保、恒溫舒適、安全可靠的特性，為實(shí)現(xiàn)以上功能，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)由四大子系統(tǒng)組成。

2.1 電極加熱系統(tǒng)

臨時(shí)集中供暖系統(tǒng)熱源為水箱集中儲(chǔ)水，經(jīng)電極加熱棒升溫后通過循環(huán)系統(tǒng)送至各終端。儲(chǔ)水箱尺寸為1.25 m×1.25 m×1.25 m。各電極加熱棒由箱內(nèi)和箱外兩部分構(gòu)成，伸入水箱內(nèi)部的為2 根弧形銅管加熱棒，與循環(huán)水直接發(fā)生熱交換。露出水箱外部的為4 根接線柱，與電源線相連。為保障供電安全，接線柱外為半球型防護(hù)罩。整個(gè)供暖系統(tǒng)共配備4 根電極加熱棒（圖2），各加熱棒的電源線均引出自智能電箱，電箱在恒溫控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下可自動(dòng)調(diào)節(jié)各電極加熱棒的工作狀態(tài)來為循環(huán)水加熱。

圖2 電極加熱棒示意

2.2 泵送循環(huán)系統(tǒng)[1-4]

為提高集中供暖系統(tǒng)的供暖效率，該系統(tǒng)內(nèi)安裝泵送循環(huán)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)通過供水管、加壓泵組、回水管三部分將儲(chǔ)水箱和終端散熱片相連，并根據(jù)需要安裝了補(bǔ)水管和泄水管。為保證系統(tǒng)內(nèi)水流暢通、流速達(dá)到取暖要求，本系統(tǒng)供水管管徑為60 mm，回水管管徑為50 mm，補(bǔ)水管及泄水管管徑均為25 mm。加壓泵組配備2 臺(tái)并聯(lián)的IRG50-160型三相離心泵。日常狀態(tài)下，僅有1 臺(tái)泵處于工作狀態(tài)，另1 臺(tái)為應(yīng)急泵，以備出現(xiàn)故障時(shí)整個(gè)系統(tǒng)依舊能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為盡量減少熱量損失，同時(shí)防止室外水管受凍，本系統(tǒng)所有室外供回水管線均采用橡塑管包裹，并采用空調(diào)專用保溫帶綁扎嚴(yán)密。

2.3 恒溫控制系統(tǒng)

為了保證集中供暖系統(tǒng)的舒適性，需保持系統(tǒng)內(nèi)水溫恒定，故在該系統(tǒng)中添加了恒溫控制子系統(tǒng)[5,6]。該子系統(tǒng)主要由溫度感應(yīng)端子、信號(hào)傳輸線和微電腦控制儀三部分組成。其中溫度感應(yīng)端子共有8 個(gè)，分別粘貼于儲(chǔ)水箱的4 個(gè)側(cè)立面，對(duì)箱體表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過信號(hào)傳輸線傳入微電腦控制儀中，控制儀可根據(jù)事先設(shè)定好的目標(biāo)溫度和實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)整合各加熱棒的工作狀態(tài)，通過4 根加熱棒工作狀態(tài)和停歇狀態(tài)的不同組合保持水溫恒定于目標(biāo)溫度，且該目標(biāo)溫度可在微電腦控制儀上任意設(shè)定（圖3）。

圖3 恒溫控制系統(tǒng)工作原理示意

2.4 終端散熱系統(tǒng)

該系統(tǒng)是安放于各采暖房間內(nèi)的終端散熱設(shè)備，主散熱設(shè)備為鋼制柱式散熱片，兩端通過PP-R管與泵送循環(huán)系統(tǒng)連接。通過對(duì)4 種典型房間計(jì)算，單間散熱片最大需用量為11.31 片，考慮到辦公用房實(shí)際耗能量較設(shè)計(jì)值偏大，為充分滿足各房間的采暖需求，各房間均配備80 mm×50 mm豎直散熱管14 片散熱片，此種散熱片具有超大的比表面積，散熱性能更佳，能量損耗極低，具有良好的升溫效率。并且為保證房間內(nèi)的溫度恒定，循環(huán)水的溫度應(yīng)根據(jù)室外溫度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，且循環(huán)水溫最低不得低于60 °C。

3 能耗分析

以該系統(tǒng)在本工程中的應(yīng)用為例，本系統(tǒng)總計(jì)為25 間標(biāo)準(zhǔn)彩板房辦公室提供供暖。

3.1 采用傳統(tǒng)電加熱取暖設(shè)備

以常用的電油汀式加熱器為例，該取暖器功率為2 000 W，一般可為10～12 m2的范圍加熱，故每間辦公室需配備2 臺(tái)加熱器，每日加熱時(shí)間按12 h計(jì)算，則傳統(tǒng)電加熱取暖設(shè)備每日電能消耗量為1 200 kW·h。

3.2 采用集中供暖系統(tǒng)

該系統(tǒng)電能消耗由水循環(huán)系統(tǒng)耗能和加熱系統(tǒng)耗能兩部分組成，共計(jì)耗能力為936 kW·h/d。

分析可見，采用集中供暖系統(tǒng)可比采用傳統(tǒng)電加熱取暖設(shè)備每日節(jié)能264 kW·h，同時(shí)由于該系統(tǒng)具有壽命長、可周轉(zhuǎn)使用的特點(diǎn)，而一般電加熱取暖設(shè)備使用壽命僅為1 年，綜合比較，該集中供暖系統(tǒng)的節(jié)能效果是明顯的。

4 集中供暖系統(tǒng)應(yīng)用效果

（a）在供熱能力上，集中供暖系統(tǒng)絲毫不遜色于電加熱取暖設(shè)備，其超強(qiáng)的供熱能力能夠?qū)⑹覂?nèi)溫度提升到18 °C以上。

（b）在恒溫性能上，集中供暖系統(tǒng)表現(xiàn)出了更高的穩(wěn)定性，而非如電加熱取暖設(shè)備般驟冷驟熱[7-10]。

（c）在取暖舒適度上，集中供暖系統(tǒng)能夠創(chuàng)造出更為舒適的室內(nèi)環(huán)境。一方面其散熱更均勻，室內(nèi)溫度梯度不大，另一方面，集中供暖系統(tǒng)采用溫水散熱，不會(huì)引起空氣干燥。

（d）在安全性上，集中供暖系統(tǒng)的安全隱患更少，安全控制更為方便高效。

5 結(jié)語

通過計(jì)算對(duì)比分析及對(duì)實(shí)際應(yīng)用效果的考察，在冬季寒冷漫長的嚴(yán)寒地區(qū)臨時(shí)設(shè)施中采用集中供暖系統(tǒng)可以獲得更為舒適的室內(nèi)辦公環(huán)境，其電極加熱系統(tǒng)的高效性和恒溫控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性可保持室內(nèi)溫度始終處在適宜的水平上。同時(shí)由于其采用集中加熱，熱能損耗大大降低，與傳統(tǒng)的電加熱取暖設(shè)備相比能耗更低，安全性更高，壽命更長。綜合考量，該系統(tǒng)在臨時(shí)辦公室越冬供暖中具有更優(yōu)越的效果。