供热系统循环流量1kg/h·㎡的节能时代到来了
【关键词】水力失调 循环流量 控制
1 供热现状
我们知道,热水网路的任务是按照热用户的需求,把热源产生的热能输送给各个热用户,热能的输送是靠水的流量来完成的。按规范设计供热系统的流量在1.8kg/h·㎡左右,然而,供热系统存在着近端流量大、远端流量小的水力失调现象,近端用户超过设计流量,末端用户的流量小于设计流量。为了满足末端用户所需的流量,往往加大系统的总循环流量,使末端流量有所提高,目前供热界循环流量加大到了3~4kg/h·㎡,甚至4kg/h·㎡以上,这样就造成了投资的增加和运行费用的提高,最终造成供热界效益低下的局面。循环流量能不能减少?怎么减少?可减少到什么程度?这些问题是我们供热界多年所面临的最普遍且最头痛的问题。
2 循环流量的确定
供热管网的循环流量的合理数值到底为多少,很多人都存在这样的疑问。供热公司现今对于流量的确定都是以经验值为准。往往这些所谓的经验都是在水力失调的情况下积累的,这就导致了实际运行的数值远远大于设计数值。
根据热量公式
Q=4187G(tg-th)/3.6
式中: Q——热水传递的热量,W;
G——循环流量,m3/h;
tg——供水温度,℃;
th——回水温度,℃。
供热界现阶段平均热负荷为45W/㎡左右,供回水温差△t如若拉开40℃,供水温度达到70℃上下,回水温度在30℃上下,带入式中我们可以得出流量G为1 kg/h。可见,根据理论公式在理想状态下,循环流量在1kg/h·㎡时,即可以满足所需的热指标,也就是满足热用户对于热量的需求。
3 改造实例
3.1 项目简介
项目名称:正达实业总公司办公楼和厂房供暖系统平衡改造
工程概况:正达实业总公司主要分为厂房和办公楼两个工作场地,为间供系统。换热站为7.5kW的循环水泵,所带总面积6000㎡。换热站主管直径为DN150,系统最高点为办公楼三层。主管上分出5个管径为DN50的立管,分别带厂房和办公楼的热负荷,系统均为同程系统并联连接。见图1、2
图1 厂房供暖系统图(其中一组)
图2 办公楼供暖系统图(三层相同)
3.2 问题分析
水力失调问题严重,厂房的支线存在所带散热器过多的问题,一个支线连接20多组散热器,造成多组散热器不热的问题,且各散热器回水温度相差较大。
电能耗费较大,供热界每万平方米建筑面积的循环水泵电机功率大多在3~5kW之间(当然,小于3kW更加经济),本系统6000平米,水泵功率为7.5kW。可见每万平方米耗电值为7.5kW>5kW,浪费电能。
3.3 改造说明
在每组散热器供水管与散热器的连接处安装均流活接(孔板原理),使每组散热器流量达到平衡状态。安装位置见图3
图3 安装模拟图
均流活接原理(举例说明)
如图4可见,系统前端的压差为2000Pa,末端压差为40Pa左右(散热器的系统阻力损失),此时前端的压差为末端的50倍。根据理论公式△P=SG2可推得,前端的流量为末端的7倍。也就是说如若满足末端的流量1kg/h·㎡,前端则达到了7kg/h·㎡,以此形成了失调的现象。而在每组散热器加装均流活接后,相当于平均增加了一部分阻力值。假设每组散热器均增加3000Pa的阻力,此时前端压差为5000Pa,末端为3040Pa,前端压差为末端的1.6倍,流量则为末端的1.2倍。大大缓解了水力失调现象,每组散热器几乎达到平衡的状态。也就是说均流活接起到了增加适当阻力值的作用,使前后压差的差距忽略不计,达到近似相等,而增加的阻力值大小需根据系统的具体情况而定。
图4
孔板孔径计算公式 d=10×
式中: d——孔板孔径,mm;
Gt——散热器计算流量,m3/h;
H——孔板需消耗的剩余压头,mH2O;
本系统每组散热器所带面积为20㎡左右,当流量达到平衡时,每平方米循环流量为1kg/h,则每组散热器的计算流量为20kg/h,前后增加的阻力值为500Pa,带入上式可计算出均流活接孔径为3mm。同理,两组散热器串联连接的均流活接孔径为4mm。
更改循环水泵,平衡改造后,总循环流量减少,扬程也随之降低,将原有的7.5kW水泵更换为0.75kW(G=6.7m3/h,H=14.4mH2O)。
图5 现场施工安装图
3.4 改造效果
正达实业总公司办公楼和厂房供暖系统改造后,散热器之间的失调现象彻底消除,每组散热器流量为所带负荷所需值,且供回水温差拉大,每组散热器供回水温差相近。现以厂房其中一组和办公楼二楼数据为例。分别见表1、表2(表中温度值为供回水管表面温度)
表1 改造前后厂房基础数据对比表格
改造前 二次网循环流量:2kg/h·㎡ | 改造后 二次网循环流量:1kg/h·㎡ | ||||||||||
散热器编号 | 平均供水温度 (℃) | 平均回水温度 (℃) | 平均温差 (℃) | 总平均温差 (℃) | 平均室温 (℃) | 散热器编号 | 平均供水温度 (℃) | 平均回水温度 (℃) | 平均温差 (℃) | 总平均温差 (℃) | 平均室温 (℃) |
1#(双) | 31.8 | 19.8 | 12.0 | 9.5 | 9.4 | 1#(双) | 35.0 | 20.5 | 14.6 | 12.1 |
10.6 |
2# | 32.2 | 26.7 | 5.5 | 2# | 33.0 | 19.6 | 13.5 | ||||
3# | 32.9 | 27.0 | 5.9 | 3# | 32.4 | 18.2 | 14.2 | ||||
4#(双) | 30.9 | 20.7 | 10.3 | 4#(双) | 32.1 | 21.0 | 11.1 | ||||
5# | 31.6 | 25.1 | 6.5 | 5# | 31.3 | 17.4 | 13.9 | ||||
6#(双) | 29.7 | 17.4 | 12.3 | 6#(双) | 30.1 | 18.8 | 11.3 | ||||
7# | 30.6 | 23.3 | 7.3 | 7# | 30.5 | 20.1 | 10.4 | ||||
8# | 30.5 | 22.8 | 7.7 | 8# | 30.2 | 19.6 | 10.7 | ||||
9#(双) | 27.0 | 9.4 | 17.6 | 9#(双) | 30.4 | 17.9 | 12.5 | ||||
10# | 30.1 | 21.9 | 8.2 | 10# | 29.1 | 15.5 | 13.6 | ||||
11# | 29.3 | 21.4 | 7.9 | 11# | 28.4 | 17.0 | 11.4 | ||||
12#(双) | 27.4 | 12.5 | 14.8 | 12#(双) | 28.8 | 18.4 | 10.4 | ||||
13# | 27.8 | 18.2 | 9.5 | 13# | 27.5 | 14.9 | 12.6 | ||||
14# | 27.8 | 17.8 | 10.0 | 14# | 27.2 | 15.8 | 11.4 | ||||
15# | 26.8 | 19.6 | 7.1 | 15# | 26.5 | 16.3 | 10.2 |
表2 改造前后办公楼基础数据对比表格
改造前 二次网循环流量:2kg/h·㎡ | 改造后 二次网循环流量:1kg/h·㎡ | ||||||||||
散热器编号 | 平均供水温度 (℃) | 平均回水温度 (℃) | 平均温差 (℃) | 总平均温差 (℃) | 平均室温 (℃) | 散热器编号 | 平均供水温度 (℃) | 平均回水温度 (℃) | 平均温差 (℃) | 总平均温差 (℃) | 平均室温 (℃) |
1# | 35.2 | 32.7 | 2.5 | 6.1 | 18.7 | 1# | 33.8 | 27.3 | 6.5 | 5.6 | 17.5 |
2# | 32.3 | 24.0 | 8.3 | 15.8 | 2# | 32.2 | 24.8 | 7.4 | 15.3 | ||
3# | 33.6 | 29.4 | 4.3 | 17.8 | 3# | 32.2 | 26.6 | 5.7 | 17.5 | ||
4# | 33.4 | 29.1 | 4.3 | 4# | 32.7 | 27.5 | 5.2 | ||||
5# | 33.3 | 29.1 | 4.2 | 16.7 | 5# | 32.1 | 26.1 | 6.0 | 16.5 | ||
6# | 32.1 | 25.2 | 7.0 | 6# | 31.4 | 25.7 | 5.7 | ||||
7# | 28.7 | 15.1 | 13.5 | 15.2 | 7# | 31.9 | 24.8 | 7.1 | 16.6 | ||
8# | 28.8 | 15.4 | 13.4 | 8# | 30.8 | 25.5 | 5.4 | ||||
9# | 31.4 | 25.8 | 5.6 | 9# | 30.7 | 24.5 | 6.2 | ||||
10# | 27.2 | 17.6 | 9.6 | 16.3 | 10# | 30.4 | 24.6 | 5.8 | 17.8 | ||
11# | 30.3 | 24.0 | 6.3 | 11# | 29.9 | 24.8 | 5.1 | ||||
12# | 30.0 | 23.0 | 7.0 | 12# | 30.0 | 25.1 | 4.9 | ||||
13# | 30.9 | 28.2 | 2.7 | 17.3 | 13# | 29.7 | 25.7 | 4.1 | 17.3 | ||
14# | 30.5 | 27.8 | 2.7 | 14# | 28.2 | 24.2 | 4.0 | ||||
15# | 30.2 | 26.8 | 3.4 | 16.3 | 15# | 28.6 | 23.0 | 5.6 | 15.8 | ||
16# | 28.9 | 25.8 | 3.2 | 16# | 26.7 | 22.4 | 4.4 |
通过表格内数据可以看出:改造前系统循环流量为4kg/h·㎡,厂房温度基本达到10℃,办公楼室温基本都在16℃以上。然而厂房散热器最大供回水温差达14.8℃(12#),最小温差仅为5.5℃(2#)。可见,散热器流量分布不均,有的流量过大,温差没有拉开,有的流量过小,导致回水温度过低。同理,办公楼中最小温差为2.5℃(1#),最大温差为13.5℃(7#),相比车间各散热器之间失调更为严重。
改造后,6000㎡的建筑面积,总流量调到6t/h,循环流量降至1kg/h·㎡,厂房温度达到10℃以上,办公楼内室温依然在16℃以上。然而通过数据我们可以看出,厂房温差都在10℃以上,且温差相近。办公楼内各散热器温差也几乎相同,都在5℃上下。可见,每组散热器流量达到平衡状态,解决近端流量大、末端流量小的状态。
为了直观的看出改造前后的温差波动情况,绘制折线图如下图6-9。
图6 改造前厂房各散热器温差波动图
图7 改造后厂房各散热器温差波动图
图8 改造前办公楼各散热器温差波动图
图9 改造后办公楼各散热器温差波动图
循环水泵将原有的7.5kW(G=50m3/h,H=32mH2O),更换为0.75kW(G=6.7m3/h,H=14.4mH2O)。由于系统的循环流量减少、扬程降低,所以更换一台小泵,此时相比改造前降低电耗(7.5-0.75)×24×120=19440kW·h,6000㎡的供热管网一个采暖期节省19440 kW·h。
3.5 项目总结
通过理论计算值我们知道,循环流量1kg/h·㎡可满足所需的热指标。在实际供热系统运行中,正达公司供热管网的改造,也证明了在使用一定控制手段的情况下,循环流量可控到1kg/h· ㎡。此时,既满足了用户所需的热量,又降低了电耗、热耗。同时,对于耗热量大的建筑,通过适当提高供水温度,拉大供回水温差,循环流量1kg/h·㎡,仍然可以达到相同的效果。
4 结束语
供热系统的平衡,主要是通过循环流量的按需分配,实现建筑物热量的按需供给,由此可见,循环流量合理分配在供热系统中起到了至关重要的作用。解决水力失调,确保合理的流量值,是供热行业当务之急。我们应该明确,合理的流量大小,不但需要理论公式的计算,更应根据控制手段而定,控制手段越细,流量就会越小,单位耗电量也会越低,从而实现节能的目的。
此文针对室内供暖的改造,理论与实践相结合,循环流量降到1kg/h·㎡时,实现了所需的供暖效果,实现了供暖效益的最大化,从一个侧面为供热界的节能降耗提供了有益的探索。探索没有止境,望供热同仁,加入我们的探索行列,响应国家节能减排的号召,为了供热的美好明天,做出我们的贡献吧!