山西大学文科楼采暖系统改造工程实例

贾 丑

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

山西大学文科楼采暖系统改造工程实例

贾 丑

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

以山西大学文科楼采暖系统为研究目标，通过实际测量采暖系统的运行参数，并与设计计算参数作了对比，据此对热网改造后出现的问题进行了分析，提出了解决方案，为解决集中供热改造过程中产生的“新旧矛盾”提供一些思路。

散热器采暖，单管垂直跨越式系统，集中供热，系统运行

1 工程改造前情况介绍

山西大学文科楼于2002年竣工投入使用，该工程主楼部分共12层，采用散热器采暖。原采暖系统形式为上供下回单管同程式系统，主楼采暖供水干管分设于12层及11层梁底，回水干管敷设于地下室及1层管沟内。散热器采用定向对流灰铸铁柱翼型(TDD1-6-5-8)散热器。原采暖热源来自学校自建锅炉房，采暖热媒为85 ℃～60 ℃低温水。冬季室内设计温度为：教室、教研室、行政办公等为18 ℃，走道、卫生间、楼梯间等为16 ℃。

该工程投入使用后10年，采暖系统实际运行状况较好，冬季室内采暖温度均可达到设计要求。2011年，由于太原市坞城路片区城市管网综合改造，山西大学校区采暖系统热源整体接入太原市集中供热城市热网。校区内原有自建锅炉房拆除，改造为校区集中供热区域热交换站(二级站)，上级热源取自城市集中供热一次管网。校区内原有供热管网未进行改造，本单体采暖入口不变。

据业主反映，2011年冬季开始，连续两个采暖季，文科楼采暖效果不佳，室内温度很难达到设计使用要求。室内采暖温度，由顶层向下逐层衰减，至5层以下散热器几乎没有温度，无法为房间提供采暖，给教师和学生的使用带来极大的不便。

2 实测系统运行参数

2012年—2013年采暖季末期，设计人员对文科楼采暖系统、整个校区供热管网及校区内热交换站进行了详细的勘察了解，获得了实际的运行参数如下：

1)热交换站。

一次网供水温度：85 ℃～90 ℃；一次网回水温度：50 ℃～60 ℃。

二次网供水温度：60 ℃～65 ℃；二次网回水温度：40 ℃～45 ℃。

定压水泵扬程：50 mH2O。

循环水泵额定流量：378 t/h；循环水泵扬程：44 mH2O。

2)室外管网。

校区内室外管网形式为异程式支状管网，自投入运行后，未经过改造，管网连接各单体热力入口处，只设置手动调节阀、温度计及压力表，未设置热计量表和水力平衡阀。

文科楼主楼热力入口处测得供水温度60 ℃～55 ℃，回水温度40 ℃～35 ℃，压力表差28 kPa。

3)文科楼散热器系统(选取同一环路L1立管和L6立管所带房间测量)。

L1立管散热器进出水温度：12层55 ℃～60 ℃；9层40 ℃～45 ℃；

6层25 ℃～30 ℃；3层10 ℃～15 ℃；1层无温度。

L6立管散热器进出水温度：12层45 ℃～50 ℃；9层35 ℃～40 ℃；

6层20 ℃～25 ℃；3层5 ℃～10 ℃；1层无温度。

所测房间温度：12层18 ℃；9层14.5 ℃；6层11 ℃；3层8.5 ℃；1层4 ℃。

3 设计计算结果与实测参数对比

3.1 总热负荷(单位面积热指标法估算)和设计流量

校区单体总建筑面积约10万m2，估算指标为60 W/m2～80 W/m2(全国民用建筑工程设计技术措施：暖通空调·动力2003)。

热负荷：Q=100 000 m2×80 W/m2=8 000 kW。

设计流量：G=Q×0.86÷(t供-t回)=8 000 kW×0.86÷20 ℃=344 t/h。

3.2 循环水泵及定压水泵(估算)

1)循环水泵设计流量：G循环=G×1.1=378.4 t/h。

2)循环水泵设计扬程：室外管网总长约2 000 m。

a.沿程阻力：2 000 m×60 Pa/m=12 mH2O(经济比摩阻30 Pa/m～60 Pa/m,全国民用建筑工程设计技术措施:暖通空调·动力2009)。

b.阀门管件阻力：2 000 m×60 Pa/m×30%=3.6 mH2O。

c.热交换站内部阻力：10 mH2O～20 mH2O(措施2009)。

d.末端散热器采暖系统阻力：2 mH2O～3 mH2O(措施2009)。

e.总阻力：12+3.6+20+3=38.6 mH2O。

f.循环水泵扬程：38.6 mH2O×(105%～110%)=40.53 mH2O～42.46 mH2O。

3)文科楼为该区域内最高建筑，总建筑高度约45 m，定压水泵扬程应为45 m～50 m。

3.3 设计计算结果、原设计参数与实测参数对比结论

1)二次网供、回水温度均低于原设计温度(20±5)℃。

2)热交换站内循环水泵流量和扬程满足设计要求。

3)定压水泵满足系统定压要求。

4)文科楼原设计总阻力损失为30 kPa，与表测压差相符。

5)根据入口处温度差及压力差计算得出，文科楼采暖系统实际流量比原设计流量偏低10%～15%。

4 文科楼散热器采暖系统不热的原因分析

4.1 热源方面

因一次城市集中供热管网供、回水温度偏低，导致二次网供、回水温度降低，实际供水温度远小于设计供水温度，这是造成整个系统达不到设计使用要求的主要原因。而经过计算对比，循环水泵和定压水泵的改造对系统造成影响。

4.2 室外管网方面

由于室外管网在集中供热改造后未进行改造和维修，大部分支管段的手动调节阀已年久失修，导致外网出现一定程度的水力失调，前端单体对末端单体的水力状况影响较大，而文科楼恰好位于管网末端，导致系统流量降低，达不到设计要求，这也是文科楼采暖系统问题较其他单体更为明显的因素。

4.3 室内散热器系统方面

1)根据散热器选型公式Q=αΔTβ可知，由于供、回水温度的降低，导致散热器平均温度ΔT降低，单片散热器散热量下降，造成实际状况中散热器数量不够，达不到现有设计要求。

2)由于原设计参照规范均为2000年之前制定，设计中系统形式虽采用垂直单管同程跨越式上供下回系统，但立管垂直层数为12层。而根据现行规范，立管垂直层数不宜超过6层。由此可见，采暖热水经过顶部几层循环后，到达6层以下的时候，供水温度已经完全不能满足设计要求，造成散热器几乎无温度的情况。

3)文科楼散热器系统已运行10年以上，管段的排气阀、散热器前的三通调节阀绝大部分已经失去作用，造成系统排气不畅，各立管竖向失调严重。这样，使得在实际运行中，出现同一根立管所带房间或同一层不同房间冷热不一的情况。

4)管井内、地下室及管沟内的管道的保温层出现不同程度的破损，造成热量损失。

5 技术改造措施

针对上述问题，考虑改造过程中尽量不影响文科楼的正常使用，减少对已有设备和装饰的影响，降低改造费用，提出如下几方面技术改造措施：

1)对原有采暖系统形式进行改造，将原系统划分为上、下两个系统，1层～6层为一个系统，7层～12层为一个系统，将单一系统的垂直层数减小到6层以内。具体措施为：在6层顶部增加供、回水干管各一趟，在主立管管井内增加上部系统的回水主立管一根，下部系统的供水干管由原管井内供水主立管引出，供回、水主立管均设于管井内，上下两个系统的回水汇合于地下暖沟内。通过此措施，提高了6层以下散热器的供水温度，能有效改善下部几层散热器不热的状况。同时，由于立管所带层数减小，各支立管上流经各组散热器的热水温度显著提高。

2)更换失去作用的自动排气阀和三通调节阀，在水平供水干管末端增设手动排气阀，改善系统整体的循环状况，减小竖向失调。

3)根据房间的使用情况，选择性的增加部分房间的散热器片数。同时，取消原装修中的暖气罩，增加对流换热的面积。

4)在室外管网各单体采暖入口处，增设水力平衡阀，更换失效的调节阀，改善外网的水力失调状况，保证处于管网末端的文科楼的循环流量。

5)由于太原市集中供热管网的现行状况，在很难提高一次网供、回水温度的情况下，考虑在热交换站内，增加板式换热器片数，增加换热面积，尽量提高二次网的供、回水温度。

6 改造效果及结论

业主根据改造方案，对热交换站内板式换热器、供热室外管网、文科楼内散热器采暖系统进行了不同程度的完善和改造。通过改造后两个采暖季的实际运行情况来看，上述改造方案取得了良好的效果，文科楼的供水温度达到65 ℃～70 ℃，各房间温度可提高2 ℃～4 ℃，下层散热器未再出现过不热的情况。

由于城市集中供热管网的改造，许多既有建筑被纳入到集中供热管网中，可以享受到集中供热带来的实惠，但随着集中供热敷设面积的增加，新建建筑面积的增长，热源厂增容难的问题也随之而来，而由于地板辐射采暖的普及应用，一次网供回水温度一直在下降，这势必会导致既有建筑散热器采暖系统无法达到设计之初的供水温度要求。而既有建筑，由于设计规范的更新，当初的设计也会出现无法满足当今的设计及使用要求的状况。本改造工程就是一个典型实例，希望本工程可以为解决集中供热改造过程中产生的“新旧矛盾”提供一些思路。

[1] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施：暖通空调·动力(2009年版)[M].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 贺 平，孙 刚.供热工程[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，1993.

[3] GB 50736—2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[4] JGJ/T 129—2012，既有居住建筑节能改造技术规程[S].

On reconstruction project for heating system of Building of Arts in Shanxi University

Jia Chou

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

Taking the heating system of Building of Arts in Shanxi University as the example, the paper compares the design calculation parameter through the operation parameter of the measurement and heating system, analyzes the problems after the reconstruction of the heat-supply network, and points out solutions, so as to provide some ideas for the old and new contradiction in the central heat-supply reconstruction process.

heating of radiator, one-pipe vertical cross-over system, central heating supply, system operation

2015-03-04

贾 丑(1987- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)14-0126-02

TU832

A