供熱系統(tǒng)水力平衡節(jié)能改造應(yīng)用與研究

賀繼海　婁明坤

摘? 要：平朔生活區(qū)現(xiàn)有的二次供暖存在系統(tǒng)不平衡現(xiàn)象，居民普遍存在離小區(qū)換熱站“近熱遠(yuǎn)冷”的現(xiàn)象，系統(tǒng)耗熱、耗電量大增，能量利用效能差。在該文中，合理運(yùn)用改變二次管網(wǎng)敷設(shè)路由、根據(jù)熱負(fù)荷調(diào)整管徑、加裝數(shù)字鎖定平衡閥、合理選用保溫材料和管路補(bǔ)償方式、適當(dāng)增加換熱面積等方法，整體改變系統(tǒng)水力不平衡現(xiàn)狀，提高采暖效果，降低熱、電、水、鹽等消耗，提高了系統(tǒng)安全營運(yùn)能力，是一種高效、節(jié)能、可普遍提高采暖效果的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng);平衡;改造;熱負(fù)荷;節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU833? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在平朔生活區(qū)二次采暖外管網(wǎng)的運(yùn)行中，由于設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理等因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)循環(huán)流量、系統(tǒng)壓差、系統(tǒng)阻力等系統(tǒng)不平衡問題，于是就造成了“近熱遠(yuǎn)冷”的不平衡現(xiàn)象。為解決遠(yuǎn)端住戶家中不熱的問題，供熱系統(tǒng)不得不加大供熱量和循環(huán)水量，采取大熱量、大流量，小溫差的運(yùn)行方式。而這種運(yùn)行方式的代價(jià)就是交換站循環(huán)水泵電耗的大幅增加和近端住戶因家中太熱而開窗，從而造成熱量和能源的大量浪費(fèi)，而進(jìn)行供熱系統(tǒng)水力平衡的調(diào)節(jié)和改造是一種有效的途徑。

1 系統(tǒng)水力平衡改造方案的設(shè)計(jì)

1.1 合理改變二次管網(wǎng)敷設(shè)路由

在該次節(jié)能改造路由設(shè)計(jì)時(shí)，首先，根據(jù)用熱負(fù)荷變化的合理預(yù)測(cè)，進(jìn)行管網(wǎng)總體布局、全面規(guī)劃，管網(wǎng)路由盡可能地靠近用熱密集區(qū)，即熱源和主干線盡量位于“負(fù)荷中心”;其次，為降低投資，高效利用現(xiàn)有資產(chǎn)，改造時(shí)，盡量利用原有管線，或利用原有管溝進(jìn)行微調(diào)、擴(kuò)建。根據(jù)平朔生活區(qū)實(shí)際情況，該次改造仍然采用枝狀管網(wǎng)，其優(yōu)點(diǎn)在于路徑簡(jiǎn)單，管線較短，投資較低;雖然發(fā)生故障時(shí)，影響面較大，但也可以通過合理加裝分?jǐn)嚅y門的方式，減少事故影響。

1.2 嚴(yán)格根據(jù)用熱負(fù)荷調(diào)整管徑

嚴(yán)格根據(jù)用熱負(fù)荷調(diào)整管徑，是實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水力平衡的基礎(chǔ)。

采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷公式：Qh=qh·A

式中：Qh —采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，W;qh—采暖熱指標(biāo)，W/m2，平朔生活區(qū)選取qh =55.0 W/m2;A—采暖建筑物的建筑面積，m2。

根據(jù)計(jì)算出來的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，計(jì)算管網(wǎng)流量。管網(wǎng)流量公式：G=3.6[Q/c（Tg-Th）]×103

式中：G-設(shè)計(jì)流量t/h;Q—設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，MW;C—水的比容，C=4.1868 kJ/kg℃;Tg—設(shè)計(jì)供水溫度，平朔生活區(qū)Tg=85℃;Th—設(shè)計(jì)回水溫度，平朔生活區(qū)Th=60℃。

根據(jù)各管段流量和管網(wǎng)推薦的經(jīng)濟(jì)比摩阻，查《熱力管網(wǎng)水力計(jì)算表》，得到管徑和實(shí)際比摩阻。推薦比摩阻：主干線R取30 Pa/m～70 Pa/m;支線流速≤3.5m/s，R≤300 Pa/m。

另外，計(jì)算出管徑后，可根據(jù)設(shè)計(jì)管徑進(jìn)行管線阻力復(fù)核，以檢查原有換熱站循環(huán)設(shè)備

是否能滿足需求。

管網(wǎng)阻力損失計(jì)算公式：△P=RL（1+α）×103

式中。

△P—阻力損失，kPa;R—管道平均比摩阻，Pa/m;L—管道長度，m;α—局部阻力占沿程阻力比例。

1.3 在熱交換站近端管路回水處加裝數(shù)字鎖定平衡閥

在熱交換站近端管路回水處加裝數(shù)字鎖定平衡閥，并進(jìn)行閥門“開度—流量”調(diào)節(jié)。數(shù)字鎖定平衡閥是一種靜態(tài)水力工況平衡用閥，它具有等百分比的流量特性曲線，適用于集中量調(diào)節(jié)。該種調(diào)節(jié)閥同以往閘閥、蝶閥最大的不同是理論流量特性曲線為等百分比特性曲線，即線性調(diào)節(jié)曲線，流量可以按照閥門手柄打開的圈數(shù)核定通過閥門的流量，也就是將通過閥門的熱量定量。

具體通過閥門流量Q、閥門流通能力Kv、壓降△P之間的關(guān)系可通過查閥門配套廠家的特性曲線得到，從而可以方便的選型。

1.4 合理選用管網(wǎng)補(bǔ)償方式

在該改造項(xiàng)目中，供熱管網(wǎng)補(bǔ)償采用套筒補(bǔ)償器和自然彎相結(jié)合的方式，優(yōu)先選用自然彎補(bǔ)償，若有必要，加裝套筒補(bǔ)償器，此舉兼顧了管網(wǎng)的水力阻力小和可補(bǔ)償性能高的特性。

鋼管補(bǔ)償器補(bǔ)償量公式：A=0.012×△T×L

式中：A—管段補(bǔ)償量，mm;△T—管網(wǎng)運(yùn)行溫度與安裝溫度之差，℃;該項(xiàng)目取70℃，即安裝溫度15℃，運(yùn)行溫度85℃;L—固定管段長度，m。

該項(xiàng)目中選用的補(bǔ)償器為TTB-B-Crb—1.6型套筒補(bǔ)償器，補(bǔ)償量為100 mm，管路均采用單側(cè)補(bǔ)償。

1.5 合理選用管網(wǎng)保溫方式

供熱管道的保溫對(duì)供熱節(jié)能非常重要。一般情況下，對(duì)于熱水供熱管網(wǎng)，供熱管道的熱損失在8%～12%。按照節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)，要求熱水管網(wǎng)輸送效率不低于95%，即熱損失不大于5%，因此，選擇保溫效果好、使用壽命長、防水抗腐且具有一定抗破壞強(qiáng)度的保溫材料，對(duì)供熱工程而言非常重要。

該工程全部采用工廠預(yù)制直埋敷設(shè)聚氨酯保溫管，長期運(yùn)行可節(jié)約大量能源，顯著降低能源成本。合理地選用保溫材料（硬質(zhì)聚氨酯）和保溫方式（PE外護(hù)殼），既可大大減少無效熱量損失，提高利用率，又可在不同的敷設(shè)方式下適用性良好，還可以保護(hù)管道外部，有效提高管網(wǎng)耐腐蝕性能，減少后續(xù)維護(hù)工作量。

1.6采用合適的方法提高換熱器換熱面積

換熱器換熱面積計(jì)算公式為F=uQ/K△tm

式中：F—換熱器換熱面積，m2;u—裕度系數(shù)或污垢系數(shù)，1.05～1.18;Q—熱負(fù)荷W。

K—總傳熱系數(shù)，W/m2.℃，平朔生活區(qū)換熱設(shè)備均為水-水換熱設(shè)備，一般取3 000～5 000;△tm—換熱器對(duì)數(shù)溫差，℃。

常用計(jì)算方式為△tm=[（T1-t2）-（T2-t1）]/ln[（T1-t2）/（T2-t1）]，式中：T1—熱側(cè)進(jìn)水，T2—熱側(cè)回水，t1—冷側(cè)進(jìn)水，t2—冷側(cè)回水。在實(shí)際應(yīng)用中可采用算數(shù)溫差替代對(duì)數(shù)溫差，以簡(jiǎn)化計(jì)算。

采用合適的方法增加換熱面積后，可有效提高換熱效率，將一次管網(wǎng)的熱量“吃干榨凈”，顯著降低一次回水溫度，從而實(shí)現(xiàn)“大溫差，小流量”運(yùn)行，提高管網(wǎng)、水泵的整體效能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2 節(jié)能改造效果分析

平朔生活區(qū)供熱系統(tǒng)水力平衡節(jié)能改造研究及應(yīng)用，采用改變?cè)泄芫W(wǎng)路由、管徑，增設(shè)管網(wǎng)調(diào)節(jié)措施，提高管路保溫措施，合理增加換熱面積等多種手段，改變平朔生活區(qū)各小區(qū)原有的“近熱遠(yuǎn)冷”的不平衡現(xiàn)象，打破“增大循環(huán)流量，遠(yuǎn)處有溫度，近處開窗戶”的采暖惡性循環(huán)，將供熱外管網(wǎng)的路由管徑改造、增設(shè)流量平衡閥、供熱建筑入口流量與建筑內(nèi)供熱量的對(duì)應(yīng)等技術(shù)相結(jié)合，為平朔生活區(qū)提供可靠熱源，使生活區(qū)供熱管網(wǎng)更加平衡，采暖效果大幅提高，并基本消除大面積不熱現(xiàn)象。

3 結(jié)語

平朔生活區(qū)現(xiàn)有的二次供暖存在系統(tǒng)不平衡現(xiàn)象，合理運(yùn)用改變二次管網(wǎng)敷設(shè)路由、根據(jù)熱負(fù)荷調(diào)整管徑、加裝數(shù)字鎖定平衡閥、合理選用保溫材料和管路補(bǔ)償方式、適當(dāng)增加換熱面積等方法，有效地改變了系統(tǒng)水力不平衡現(xiàn)狀，提高了采暖效果。從實(shí)踐結(jié)果來看，該改造方案是成功合理的。該方案也為同類老舊區(qū)域采暖節(jié)能提效改造，提供了一個(gè)成功的范例。

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