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(gè)行業(yè)中，換熱器為常用設(shè)備之一。為了實(shí)現(xiàn)淄博北站的科學(xué)管理，政府對(duì)淄博北站的一些設(shè)備進(jìn)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(fā)，對(duì)原板式熱交換器設(shè)計(jì)、更換板式熱交換器節(jié)能效果、更換換熱器后效果不佳的原因進(jìn)行分析。結(jié)果證明熱源、熱網(wǎng)、空調(diào)末端系統(tǒng)、熱用戶等四個(gè)方面是造成換熱器效果不佳的主要原因。

關(guān)鍵詞 淄博北站；換熱器；原因分析

中圖分類號(hào) TK172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）13-0174-03

0 引言

淄博北站是濟(jì)青高速鐵路的中間站，由進(jìn)站廣廳、候車廳、售票廳、城市通廊、公安用房、車站用房、設(shè)備機(jī)房等組成。該站投入使用后，對(duì)換熱器進(jìn)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(fèi)資源，也不符合國(guó)家“碳中和”的綠色發(fā)展理念。該文對(duì)原因進(jìn)行如下分析，以期對(duì)以后高鐵站換熱器的設(shè)計(jì)建造提供參考。

1 項(xiàng)目概況

淄博北站于2018年底正式啟用，總建筑面積國(guó)鐵約35 000 m2，地方政府約25 000 m2，建筑高度37.7 m，其中進(jìn)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(jìn)站廣廳；站房三層為候車大廳、兩側(cè)為商業(yè)空間、車站辦公用房及空調(diào)機(jī)房。熱源為市政熱水，分兩路供暖，一路經(jīng)板換器去空調(diào)末端；一路經(jīng)板換器直接去地暖管地面輻射供暖[1]。

2 改造前項(xiàng)目存在的問題

（1）圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求空調(diào)為高溫?zé)崴┡鍝Q二次側(cè)供回水設(shè)計(jì)溫度60/45 ℃；地暖采用低溫?zé)崴孛孑椛涔┡?，板換二次側(cè)供回水設(shè)計(jì)溫度50/40 ℃；改造前市政熱媒管道分別經(jīng)地暖板換和空調(diào)供暖板換，此時(shí)空調(diào)板換第二次供水的溫度可達(dá)40 ℃左右，地暖板換二次供水溫在35 ℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求。

（2）圖紙?jiān)O(shè)計(jì)空調(diào)水系統(tǒng)板式熱交換器一次側(cè)進(jìn)出水溫為130/70 ℃，地暖水系統(tǒng)板式熱交換器一次側(cè)進(jìn)出水溫為130/70 ℃，換熱量800 kW，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際市政供水水溫在85 ℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)溫度。

（3）空調(diào)板換和地暖板換一次側(cè)電動(dòng)閥已經(jīng)安裝但未接線，一次側(cè)流量無法自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（4）整個(gè)冬季，地暖與空調(diào)供暖采用全時(shí)、全空間、滿負(fù)荷供暖，沒有根據(jù)室外溫度進(jìn)行二次側(cè)流量自動(dòng)調(diào)節(jié)，也沒有考慮夜間低流量防凍運(yùn)行，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。

（5）空調(diào)旁通壓差閥和地暖供回壓差平衡閥缺失，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)水力不平衡。

（6）水泵運(yùn)行時(shí)間不均衡，既造成棄用損壞，又導(dǎo)致水泵存在過度磨損。

（7）現(xiàn)場(chǎng)大量電動(dòng)閥接線未實(shí)現(xiàn)控制，無法確定電動(dòng)閥的開啟和關(guān)閉狀態(tài)，每次開機(jī)前，需要確定電動(dòng)閥狀態(tài)，工作量大，同時(shí)存在遺漏開啟風(fēng)險(xiǎn)。在運(yùn)行過程中，流量無法遠(yuǎn)程、自動(dòng)開啟或調(diào)節(jié)，電動(dòng)閥手動(dòng)常開，無關(guān)支路冷熱量流失嚴(yán)重，能源浪費(fèi)大。

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

（9）目前換熱站機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控管理主要是人工手動(dòng)完成，缺乏一套完整的自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)360°無死角地對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督和掌控，從而實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的節(jié)能管理和聯(lián)動(dòng)控制。

（10）換熱站系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)不全，相應(yīng)的溫度、壓力、室外環(huán)境檢測(cè)以及設(shè)備運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)點(diǎn)位較少，不能全面細(xì)致地對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能管理。

3 原板式熱交換器設(shè)計(jì)分析

3.1 暖通圖紙?jiān)O(shè)計(jì)熱負(fù)荷

在詳細(xì)計(jì)算過每個(gè)房間的熱負(fù)荷與逐項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷之后發(fā)現(xiàn)，國(guó)鐵范圍的舒適性空調(diào)夏季總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為4 250 kW，冬季熱總負(fù)荷為2 695 kW；地方政府范圍的舒適性空調(diào)夏季總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為680 kW，冬季熱總負(fù)荷為420 kW。

3.2 具體設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)的具體參數(shù)如表1所示。

分析表1～3的參數(shù)可以得出，在滿足空調(diào)地暖系統(tǒng)一次、二次側(cè)進(jìn)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(fù)荷指標(biāo)9.70 Gj/h，設(shè)計(jì)滿足熱負(fù)荷需求，但是根據(jù)歷史供暖數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際市政供水水溫在60～70 ℃左右（由于改造前后市政熱源參數(shù)幾乎不變，可參考改造后市政供暖參數(shù)），也就是空調(diào)系統(tǒng)和地暖系統(tǒng)一次側(cè)水溫為60～70 ℃左右，空調(diào)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)負(fù)荷，換熱器換熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)換熱量，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)的供熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值[2]。

4 更換板式熱交換器節(jié)能效果分析

參考淄博北站換熱站暖通圖紙，采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為2 695 kW，則全年設(shè)計(jì)熱負(fù)荷Q1=2 695×24×120×1.1=

8 537 760 kWh=30 735 Gj，其中根據(jù)淄博北站與當(dāng)?shù)毓峁竞炗喌挠脽釁f(xié)議，Q1'（設(shè)計(jì)用熱收費(fèi)量=1.3×Q1）=30 735×1.3=39 956 Gj，根據(jù)投能源公司提供的淄博北站2021—2022年熱量使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際供暖總耗熱量Q2（收費(fèi)量）：29 818.5Gj，比全年設(shè)計(jì)用熱收費(fèi)量Q1'小，存在欠能量供熱現(xiàn)象，導(dǎo)致供熱不足，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)流調(diào)和查閱部分工作日志，改造前站房?jī)?nèi)實(shí)際溫度比設(shè)計(jì)溫度低2～4 ℃，改造前實(shí)際換熱供熱量Q2比全年設(shè)計(jì)用熱收費(fèi)量Q1'低25.37%；2022年10月中旬淄博北站現(xiàn)場(chǎng)更換板式換熱器，換熱面積比改造前增加一倍，節(jié)能改造完成后2022—2023年供暖總耗熱量Q2'（收費(fèi)量）約為

31 352.4 Gj，比全年設(shè)計(jì)用熱收費(fèi)量Q1'低21.53%，達(dá)到了站房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)熱指標(biāo)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(shè)計(jì)參數(shù)/換算系數(shù)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(jié)構(gòu)

作為大型公共建筑，淄博北站人流量大、散熱量也大、旅客對(duì)舒適度的要求較高，但是由于受室內(nèi)外溫差過大的影響，易導(dǎo)致冷熱空氣分離出現(xiàn)“熱氣上浮，冷氣下墜”，從而導(dǎo)致空調(diào)送風(fēng)未能充分發(fā)揮其作用，難以為乘客提供舒適的環(huán)境，同時(shí)還造成了資源的巨大浪費(fèi)[3]。同時(shí)由于候車廳面積較大，頂棚高、空間大、在整個(gè)空間中使用區(qū)域所占比例小、外墻所占比例大等特點(diǎn)，在其內(nèi)部空間輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)等傳熱現(xiàn)象而形成復(fù)雜流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，站內(nèi)候車廳、商業(yè)餐飲、進(jìn)站廳等不同區(qū)域有著不同的氣流組織需求。

候車廳大多運(yùn)用分層空調(diào)系統(tǒng)，在冬季運(yùn)行時(shí)由通風(fēng)柱和噴口送出的熱風(fēng)易出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)釟馍细‖F(xiàn)象，使得氣流隔斷效果較差，導(dǎo)致在人員活動(dòng)區(qū)氣溫低而上部非人員活動(dòng)區(qū)溫度較高，難以滿足室內(nèi)舒適性要求。候車廳采用輻射地板與通風(fēng)柱送風(fēng)相結(jié)合的方法，有效地改善了候車廳旅客休息區(qū)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，但是由于通風(fēng)柱送風(fēng)風(fēng)向和空調(diào)機(jī)組噴口無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使得送風(fēng)范圍有限且風(fēng)向固定，進(jìn)站候車區(qū)未能達(dá)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)溫度和流量，導(dǎo)致?lián)Q熱器一次側(cè)熱量供應(yīng)不足，無法滿足供熱設(shè)計(jì)需求。②未準(zhǔn)確按氣象調(diào)節(jié)：供暖期在不同時(shí)間段內(nèi)或者同一時(shí)間段內(nèi)每一天的室外氣溫都在不斷地發(fā)生變化，供熱管理單位的調(diào)控不當(dāng)就會(huì)造成供熱問題產(chǎn)生。③間歇供熱：為節(jié)省開支間歇供暖方式常被許多供熱管理單位采用，導(dǎo)致?lián)Q熱站無法連續(xù)換熱供暖。

5.2.2 循環(huán)因素

①循環(huán)泵流量小，導(dǎo)致熱量供應(yīng)不足。②循環(huán)泵揚(yáng)程低，造成高點(diǎn)區(qū)域熱量不足。

5.2.3 熱網(wǎng)平衡因素

①水力失調(diào)：站房主體地上二層，局部四層，單層供暖面積大，未分高低區(qū)系統(tǒng)，系統(tǒng)水力失衡。②管網(wǎng)失衡：當(dāng)供回水出現(xiàn)平壓差、倒壓差時(shí)會(huì)導(dǎo)致熱力站不熱，無法給用戶供暖。③候車廳、辦公區(qū)域、餐飲區(qū)域空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)失誤，換熱量偏低。④高點(diǎn)窩氣，高點(diǎn)應(yīng)設(shè)排氣閥并在運(yùn)行初期放氣。

5.3 空調(diào)管道系統(tǒng)

5.3.1 設(shè)計(jì)因素

①立管管徑不合理易形成垂直失調(diào)。②空調(diào)系統(tǒng)和地暖系統(tǒng)分別由一條主支路進(jìn)入站內(nèi)，但是各個(gè)區(qū)域供回系統(tǒng)容易形成小環(huán)路，導(dǎo)致系統(tǒng)部分熱量未經(jīng)循環(huán)支路直接流回?fù)Q熱站[4]。

5.3.2 積堵因素

①垢堵：調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地區(qū)使用的部分管材不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，再加上年久失修和水的硬度偏高使得管道內(nèi)部出現(xiàn)很厚的水垢，從而導(dǎo)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(shí)處理，遺留在暖氣管道中，使得熱量供應(yīng)不均勻。

5.4 地暖管道系統(tǒng)

①工人在采暖環(huán)路上沒有安裝排氣裝置，造成憋氣和地?zé)峁苤写嬖诳諝?，阻礙水循環(huán)，系統(tǒng)不熱。②過濾器堵塞，系統(tǒng)循環(huán)差，供回水壓差小，水流速下降，導(dǎo)致地?zé)岵粺?。③地暖主線管壓力差達(dá)不到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致供暖水流速偏低。④地?zé)峁軆?nèi)壁產(chǎn)生污垢，導(dǎo)熱性能極差，熱交換率下降，導(dǎo)致地?zé)岵粺帷?/p>

6 結(jié)語

淄博北站換熱器項(xiàng)目改造后，板式熱交換器面積增加一倍，現(xiàn)場(chǎng)反饋前段效果不佳，由于整個(gè)供暖系統(tǒng)環(huán)節(jié)比較多，供暖系統(tǒng)不熱的原因比較復(fù)雜，所以該文在各個(gè)環(huán)節(jié)根據(jù)理論與實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析了原因，發(fā)現(xiàn)主要有熱源、熱網(wǎng)、空調(diào)末端系統(tǒng)、熱用戶等四個(gè)方面。在以后的換熱器改造中，一定要密切關(guān)注各方面有可能影響換熱效果的因素，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和能源節(jié)約作出實(shí)際行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化交通的科學(xué)管理。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣東章. 寬通道板式換熱器結(jié)構(gòu)的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)， 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(fēng)用熱管換熱器析濕工況及可變導(dǎo)熱管的換熱分析[D]. 邯鄲：河北工程大學(xué)， 2021.

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