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供热系统循环流量1kg/h·㎡的节能时代到来了

作者:姚云龙 来源:区域供热 2022-07-12 浏览量:104
字号:T | T
本文针对廊坊正达实业总公司办公楼和厂房供暖系统的节能改造,最终实现循环流量1kg/h·㎡的结果进行了总结。就循环流量的确定、水力失调现象的解决、控制手段的应用等问题进行了理论分析和详细阐述,最后指出在彻底

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=4187Gtg-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G1 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12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  厂房供暖系统图(其中一组)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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35kW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7.5kW5kW,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

 

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。

 

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0.75kWG=6.7m3/hH=14.4mH2O)。

 

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)

 

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#()

31.8

19.8

12.0

9.5

9.4

1#()

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#()

30.9

20.7

10.3

4#()

32.1

21.0

11.1

5#

31.6

25.1

6.5

5#

31.3

17.4

13.9

6#()

29.7

17.4

12.3

6#()

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

 

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14.812#),最小温差仅为5.52#)。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2.51#),最大温差为13.57#),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

6  改造前厂房各散热器温差波动图

 

 

 

7  改造后厂房各散热器温差波动图

 

 

8  改造前办公楼各散热器温差波动图

 

 

 

 

9  改造后办公楼各散热器温差波动图

 

循环水泵将原有的7.5kWG=50m3/hH=32mH2O),更换为0.75kWG=6.7m3/hH=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·h6000㎡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!

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