散热器供暖二次网循环流量的探讨

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(1.北京东元同创能源技术有限公司,北京 100078; 2.军事经济学院,天津 300000)

0 前言

流量、压力(压差)、温度(温差)是集中供暖的重要指标参数。供热系统流量合理分配和调试，实现水力平衡，才能保证供暖质量。但由于技术力量和运行管理的限制，我国不少供暖项目存在近端热远端冷的现象。

文献[1]指出，基层人员对水力失调问题的一些做法是不科学甚至是错误的：住户不热就随意加粗管径，随意更换大流量高扬程的循环泵，干线末端支线用户不热就加装管道泵。

文献[2]认为，流量不低于设计流量的70%，不会对室内供热系统的热力平衡造成影响。采取质-量双调节电。

文献[3] 考虑循环水流量、散热器散热面积、室内温度等参数,建立了集中供热系统二次网的运行调节数学模型，将该模型应用到某个集中供热系统中,分析了循环水流量、散热器散热面积、室内温度对供热参数的影响。同时，得出结论，对应于一定的室外温度，在其他相关参数不变的情况下，集中供热系统二次网的供水温度随着循环水流量的增大而降低，回水温度随着循环水流量的增大而升高。

邵宗义[4]从理论计算和实际运行2个不同角度对收集数据进行分析和对比,找出供热系统的电耗特点,寻求供热系统中可实施节能措施的环节和切入点,配合实现既有建筑节能改造的阶段性目标,合理降低供热系统的电耗,达到供热系统节约能源的目标。

邢岩[5]论证了水力平衡计算,合理选择管径的重要性。

刘兰斌等[6]分析了影响水力平衡调节节能潜力的两个主要因素：一是最不利用户的失调程度的影响,其决定了整个系统的最低供水温度,二是其他用户相比最不利用户,相对流量偏离的程度。

张群力等[7]调研了国内外集中供热系统的二次网供暖设计参数和我国部分城市二次网供暖运行参数情况，建立了二次网供暖设计参数影响集中供热系统技术经济性的分析模型，通过模拟分析得出了散热器和地面供暖系统的二次网供暖优化设计参数。

Marouf Pirouti 等[8]根据区域供热负荷优化供水温度和流量,建立优化模型,根据供热能耗(热损耗和水泵能耗)及相应成本费用进行优化,得到每种工况的最佳供热温度和流量。

1 研究模型及定性分析

1.1 研究模型

以燃气热水锅炉区域集中供热系统为例，我们列出以下公式进行研究分析

E=Min[∑(F·h)·EF
+∑(Np·h)·ED+ΔC/N]/A+C

(1)

Qr=1.163·G(ts-tr)

(2)

(3)

Np=0.002 725·G·H/ηs

(4)

gmin≤g≤gmax

(5)

式中F——燃气量/m3·h-1;

EF——燃气价格/元·m-3;

Np——循环水泵运行功率/kW;

ED——电价/元·(kWh)-1;

h——运行时间/h;

ΔC——循环水泵变动投入成本/元;

N——循环水泵折旧年限/年;

A——建筑面积/m2;

C——不随循环水量变动的基本成本/元·m-2;

Qr——供热量/kW;

G——循环水量/t·h-1;

ts/tr——供/回水温度/℃;

Qdw——燃气热值/kJ·m-3;

ηb——锅炉效率;

ηh——板换换热效率(直供系统取1);

ηt——管道输送效率;

ηs——水泵效率;

gmin——单位建筑面积二次网最小循环流量/kg·(m2·h)-1;

gmax——单位建筑面积二次网最大循环流量/kg·(m2·h)-1;

g——单位建筑面积二次网循环流量/kg·(m2·h)-1,g=1 000·G/A

1.2 定性分析

定性分析上述公式

(1)循环水泵变动投入成本ΔC/N/A

g↑,二次网总循环水量↑，循环水泵逐步增大，ΔC/N/A↑。

(2)循环水泵运行电费∑(Np·h)·ED/A∑

g↑,二次网总循环水量G↑，二次网循环阻力H↑，∑(Np·h)·ED/A↑。

(3)燃料费用∑(F·h)·EF/A

按热源、管道、末端三部分因素来定性分析燃料费用。

(a)末端部分

g↑,G↑, (ts-tr)↓，∑(F·h)·EF/A↓

(b)管道部分

对常规供热系统，在室外温度一定对应一定的回水温度即可保证建筑供暖质量。当tr相对恒定，g↑,G↑,(ts-tr)↓，ts↓，从而对应供水管损下降，∑(F·h)·EF/A↓。

(c)热源部分

对热源-燃气锅炉而言，g↑,ts↓，由于受热面温差提高，排烟损失减少，锅炉效率提高，∑(F·h)·EF/A↓。

综上，g↑,燃料费用Σ(F·h)·EF/A↓。

将上述公式模拟分析绘制如下图(图1模拟分析图)。

图1 模拟分析图

初步分析结论：

(1)在费用构成中燃料费用∑(F·h)·EF/A占主要份额。其次是循环泵电费∑(Np·h) ·ED/A。

(2)供暖运行费用相对低位的区域是供暖循环流量的经济运行区域。

(3)单位建筑面积二次网循环流量g，当g增大到一定程度，燃料费用∑(F·h)·EF/A降低幅度微乎其微；当g下降到一定程度，燃料费用∑(F·h)·EF/A增加较多。

2 应用案例

某小区项目供热系统存在一些问题,新选型一台循环泵，设计选型132 kW。(为了节电，运营部门先购买一台循环泵为110 kW，使用一个采暖季后发现末端存在局部循环不畅，后更换为132 kW循环泵)。

图2 案例项目改造后热力系统图

2工况下供暖运行能耗比较如表1。

表1案例项目外网循环流量的供暖运行比较(2008冬-2010春)

工况循环泵/kW实际流量/t·h-1单位面积流量/kg·(m2h)-1供回水温差/℃供暖达标率/[%]采暖季燃气费/元·m-2循环泵电费/元·m-211108972.6813.994.8 19.50.9821329652.8812.598.318.651.17

此案例适当提高外网循环流量，散热器供暖运行费用有所下降。因此不宜单纯以耗电量作为惟一的供热循环流量节能评价指标。

3 改造项目情况

结合我们在北京进行的既有项目供热系统改造情况进一步探讨如下。我们将部分北京燃气锅炉集中供热散热器供暖项目改造前后实际运行情况，列入表2。

表2散热器供暖部分北京项目运行情况

项目供暖面积/m2供暖系统单位面积流量/kg·(m2·h)-1原供暖系统存在的问题改造后单位面积流量/kg·(m2·h)-1改造后供回水最大温差/℃162 338高区间供1.65二次系统阻力大,水力失调,40%住户供暖不达标2.9710.1238 967间供1.49水力失调严重,55%住户供暖不达标3.2310.53143 000直供1.84站内阻力大,水力失调30%住户供暖不达标3.2210.6449 826直供2.1325%住户供暖不达标3.1713.65103 000低区间供2.04站内阻力大,水力失调20%住户供暖不达标2.8311.8687 680间供1.83站内阻力大,水力失调35%住户供暖不达标3.0210.87210 000直供2.19水力失调严重,35%住户供暖不达标2.9313.1,水力平衡,供暖达标

表2所列项目改造前实际运行时单位面积循环流量g均小于2.2 kg/(m2·h)，易产生水力失调。经过技术改造后，g均大于2.8 kg/(m2·h)。

根据北京燃气锅炉散热器供暖项目的运行和改造经验，我们建议供暖循环流量的经济运行区域，2.7 kg/(m2·h)≤g≤3.9 kg/(m2·h)。不宜过分追求小流量。

4 初步应用

最近参与某央企北京一集中供暖项目，其中有1栋建筑全部采用散热器供暖，设计院原设计选型的散热器供暖二次系统数据如表3。

表3原设计的外网数据

名称供暖面积/m2流量/t·h-1总管管径单位面积流量/kg·(m2·h)-1散热器高区9 7508.6DN800.882散热器低区19 60012.1DN1000.617

我们配合业主对设计院的施工图审核，发现二次管网设计流量、外网管径等存在较大的问题。提出修改意见：板换重新选型加大面积；二次循环流量修改；外管网管径修改；二次循环水泵重新选型且该为单泵运行。

表4修改设计外网参数

名称供暖面积/m2流量/t·h-1总管管径单位面积流量/kg·(m2·h)-1散热器高区9 75030.0DN1003.08散热器低区19 60060.0DN1503.06

5 结论

综上所述，我们归纳以下几点结论：

(1)在供热费用构成中燃料费用∑(F·h)·EF/A占主要份额;其次是循环泵电费∑(Np·h)·ED/A。

(2)单位建筑面积二次网循环流量g，当g增大到一定程度，燃料费用∑(F·h)·EF/A降低幅度微乎其微；当g下降到一定程度，燃料费用∑(F·h)·EF/A增加较大。

(3)在一定的供暖循环流量范围内，供暖运行费用相对较低，是供暖经济运行区域。

根据北京燃气锅炉散热器供暖项目的运行和改造经验，我们建议供暖循环流量的范围在，2.7 kg/(m2·h)≤g≤ 3.9 kg/(m2·h)比较合适。

感谢供热及水力平衡调试专家严鑫成的技术指导和分享。