散热器-地暖混合供热系统方案比选

赵 航

(太原市热力集团有限责任公司第五供热分公司，山西 太原 030013)

0 引言

近年来,伴随着城市的快速发展及城镇化进程的不断加快,城市集中供热系统建设的规模也越来越大。在许多新建建筑中,地面辐射采暖系统被广泛应用,尤其是民用高层建筑中,绝大多数采用的都是地面辐射采暖方式;而在早期的建筑中,散热器采暖系统被广泛利用。

由于两种采暖系统设计、运行参数及调节方式不同,对于同一供热系统,两种采暖方式存在用热矛盾,对此,本文将针对同一热力站供热系统中,对散热器-地暖采暖混合供热方式进行研究分析及应用,为今后既有散热器供热建筑又有地暖供热建筑区域的供热提供了解决方案。

1 热力站及小区基本情况

1.1 热力站基本情况

本文选取存在散热器-地暖混合供热的某座热力站,该热力站设计供热面积12万m2,设计为散热器供热系统。

热力站建成投运之初,实际采暖负荷7.5万m2。热力站进行扩网时,增加了2趟地暖分支,面积为3.3万m2。热力站扩网后,实际供热面积达10.8万m2,其中暖气分支7.5万m2,地暖1分支1.5万m2,地暖2分支1.8万m2。热力站扩网后二次网管路的示意图如图1所示[1]。

1.2 小区供热基本情况及存在问题

热力站建成投运,仅负担小区内散热器采暖系统的用户供热,住户室内供热效果良好。在同一供热系统中扩网增加了地暖用户后,散热器和地暖分支热量分配不平衡,导致散热器用户供热效果欠佳,运行期间热力站循环泵出力调至最大,但受地暖用户影响,散热器用户供暖效果依然不佳,无法从根本上改变现状。

2 散热器-地暖混合供热系统方案设计

1)散热器、地面辐射相关设计规范。

根据GB 50736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范,散热器供暖系统应采用热水作为热媒,散热器集中供暖系统宜按75 ℃/50 ℃连续供暖进行设计,且供水温度不宜大于85 ℃,供回水温差不宜小于20 ℃。热水地面辐射供暖系统供水温度宜采用35 ℃～45 ℃,不应大于60 ℃;供回水温差不宜大于10 ℃,且不宜小于5 ℃[2-3]。

2)方案一:循环泵后进换热器前为地暖分支二次网供水管增设旁通管。

a.设计思路。地暖供热系统与散热器供热系统并联,在二次网循环泵出口增设地暖供热系统混流旁通管,旁通管设置止回阀,在地暖分支二次网供水管及旁通管增设电动调节阀,同时在管路上设置压力表、温度计、压力变送器、温度变送器。通过调节地暖二次网供水管与二次网总回水管间的压力,实现混合供热,保证热水稳定输出。混合供热系统设计方案如图2所示。

b.设计参数选择。由于地暖供热系统与散热器供热系统并联,二次网供水温度选择散热器供热系统供水温度,根据GB 50736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范要求,选择二次网供水温度t供为80 ℃。散热器供热系统供、回水温度t1g=80 ℃，t1h=60 ℃;地暖供热系统供、回水温度t2g=60 ℃，t2h=50 ℃。热指标选取50 W/m2。

c.相关供热参数计算。散热器供热系统计算流量为q1,地暖供热系统计算流量q2,循环泵计算流量q总。

其中,散热器供热系统热负荷φ1，地暖供热系统φ2由热指标、相关供热面积可计算求得。

根据热平衡关系,可求得二次网回水温度t回:

根据热平衡关系,可求得由旁通管进地暖供热系统的流量q20与由供水干管进入地暖供热系统的流量q21的比k,进而可求得由旁通管进地暖供热系统的流量q20和由供水干管进入地暖供热系统的流量q21:

q2=q20+q21。

该方案通过相关供热参数的计算,可指导实际供热运行中调节,保证散热器供热系统和地暖供热系统的供热效果。该方案优点在于改造简单,改造无需更多占据热力站空间。

3)方案二:地暖供热系统回水管与地暖供热系统供水管间增设旁通管。

a.设计思路:地暖供热系统与散热器供热系统并联,在地暖供热系统二次网供、回水管之间增设旁通管,旁通管增设止回阀,在地暖供热系统二次网供水管道上安装混合泵,在地暖供热系统二次网回水管及旁通管增设电动调节阀,同时在管路上设置压力表、温度计、压力变送器、温度变送器。混合供热系统设计方案如图3所示。

b.设计参数选择。与上一个方案设计参数选取一致。

c.相关供热参数计算。根据热平衡关系,可求得由旁通管进地暖供热系统的流量q20与由供水干管进入地暖供热系统的流量q21的比k,进而可求得由旁通管进地暖供热系统的流量q20和由供水干管进入地暖供热系统的流量q21：

q2=q20+q21。

根据热平衡关系,可求得二次网回水温度t回:

该方案同样可以达到上一个方案的调节效果,但该方案调节可以更加灵活,不影响散热器采暖系统的调节运行,同时增加混合泵可优化热力站循环泵、板式换热器的选型。

3 自动控制系统设计

3.1 自动控制系统组成

自动控制系统主要由气候补偿器、地暖供热系统二次网供水温度变送器、控制器、电动调节阀及自动控制柜组成,原理图如图4所示。

3.2 自动控制系统原理

首先,根据室外气温与地暖供热系统供水温度的关系,气候补偿器采集到相关数据,当此时地暖供热系统二次网供水温度与设定温度不符时,温度变送器通过控制信号e反馈,控制器指挥电动调节阀调整开度,使地暖供热系统二次网供水温度达到设定值。

当室外气温升高时,地暖供热系统二次网供水电动调节阀开度减小,旁通管电动调节阀开度增大,使通过旁通管的流量增大,降低二次网供水温度,满足供热需求;当室外气温降低时地暖供热系统二次网供水电动调节阀开度增大,旁通管电动调节阀开度减小,使更多的流量回到板式换热器,提高二次网供水温度,满足供热需求。

4 方案的技术经济比选

4.1 技术性比选

1)方案一。技术性优势:该方案改造简单,不需设置混合泵,改造占地面积小;改造后,针对散热器供热系统供热面积较大、地暖供热系统供热面积较小的小区可以采用。且今后设备维修量小,对今后设备维修保养有利。

2)方案二。技术性优势:该方案仅在地暖供热系统内进行改造,改造后地暖供热系统独立运行,对散热器供热系统影响较小。且该方案设置了混合泵,可以适应更大流量范围的调节,对于保障用户供热效果优势更为明显。从长远角度看,该方案优化了热力站循环泵、板式换热器选型,对比方案一,在节电、节热方面优势更加明显。

4.2 经济性比选

1)方案一。经济性优势:该方案不需设置混合泵,利用热力站内既有设备便可完成改造,经济性优势更好。

2)方案二。经济性优势:该方案需要设置混合泵,且为了经济运行,需更换热力站循环泵、板式换热器等设备,改造投资较大,但通过后期运行管理,可节约电费及热费。

方案一与方案二改造费用对比见表1。

表1 方案一与方案二改造费用对比

5 结语

5.1 结论

针对上述存在供热问题的小区,由于小区散热器供热系统供热面积大于地暖供热系统面积,且面积相差较大,调节方面较容易实现,同时,由于热力站改造空间相对有限,根据热力站现状,选择经济性较好的方案一为改造方案。

5.2 方案扩展应用

对于其他热力站既有散热器供热区域,又有地暖供热区域,可以根据热力站符合情况及热力站的空间时,可通过技术经济比较,选择方案一或方案二进行新建或改造,以满足热用户的用热需求。