地板輻射供暖系統(tǒng)熱力站換熱器選型優(yōu)化

地板輻射供暖系統(tǒng)熱力站換熱器選型優(yōu)化

李建剛

(太原市熱力公司,山西太原030012)

    摘　要：針對(duì)地板輻射供暖系統(tǒng)熱力站換熱器選型余量過大的問題,采用混水連接方式,在二級(jí)管網(wǎng)供回水管之間設(shè)置旁通管,以提高換熱器二級(jí)側(cè)出水溫度,降低換熱器二級(jí)側(cè)阻力,優(yōu)化換熱器選型。

    關(guān)鍵詞：地板輻射供暖系統(tǒng);　熱力站;　混水連接;　換熱器

    中圖分類號(hào)：TU995　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B　　文章編號(hào)：1000-4416(2010)05-0A08-03

    1　概述

    地板輻射供暖系統(tǒng)具有室內(nèi)溫度分布均勻、舒適性較好等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛應(yīng)用。地板輻射供暖系統(tǒng)供回水溫差一般不大于10℃[1],對(duì)于相同的供熱面積,其二級(jí)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量約為采用散熱器的供暖系統(tǒng)的2. 5倍,設(shè)計(jì)流量的增大導(dǎo)致?lián)Q熱器二級(jí)側(cè)的阻力較高。為了控制換熱器二級(jí)側(cè)的阻力為30~50 kPa,往往通過加大換熱器的面積余量(即增加板片數(shù)量),降低換熱器二級(jí)側(cè)的阻力。通常在地板輻射供暖系統(tǒng)熱力站的換熱器選型中,面積余量要取到100%以上才能滿足換熱器二級(jí)側(cè)阻力要求。而同樣條件下,在散熱器供暖系統(tǒng)熱力站換熱器選型中,面積余量僅取5%左右即可滿足要求。

    地板輻射供暖系統(tǒng)熱力站換熱器選型面積余量的增大,使得所選換熱器的片數(shù)要遠(yuǎn)多于實(shí)際所需的片數(shù),導(dǎo)致?lián)Q熱器造價(jià)增高,造成不必要的浪費(fèi)。本文對(duì)地板輻射供暖系統(tǒng)熱力站換熱器的優(yōu)化選型進(jìn)行探討。

    2　工程概況

    某居民住宅小區(qū),一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫度為130、70℃,設(shè)計(jì)供熱面積為5×104m2,設(shè)計(jì)供暖熱指標(biāo)取64 W /m2,計(jì)算得出設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為3 200kW。采用地板輻射供暖系統(tǒng),設(shè)計(jì)供回水溫度為60、50℃。當(dāng)熱用戶與二級(jí)管網(wǎng)采用普通的直接連接方式(見圖1)時(shí),采用某換熱器計(jì)算選型軟件進(jìn)行選型計(jì)算。在分別僅滿足換熱量要求時(shí)、滿足二級(jí)側(cè)阻力要求時(shí),換熱器選型計(jì)算結(jié)果見表1。換熱量安全系數(shù)取1. 3,經(jīng)計(jì)算得到,總換熱量為4 160 kW,對(duì)數(shù)平均溫差為39℃。由表1可知,當(dāng)僅滿足換熱量要求時(shí),換熱面積余量為7. 5%;滿足二級(jí)側(cè)阻力要求時(shí),換熱面積余量為135. 7%。按照換熱器的傳統(tǒng)選型方式,為了降低換熱器二級(jí)側(cè)的阻力,面積余量取135. 7%方能滿足要求。此時(shí),換熱器片數(shù)為186片,增加的片數(shù)僅是為了降低換熱器二級(jí)側(cè)阻力。

3　解決方法

               
    在總換熱量一定、一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度不變、二級(jí)管網(wǎng)回水溫度為50℃的限定條件下,換熱器傳熱系數(shù)、對(duì)數(shù)平均溫差隨二級(jí)管網(wǎng)供水溫度的變化見表2。由表2可知,隨著二級(jí)管網(wǎng)供水溫度的提高,換熱器傳熱系數(shù)、對(duì)數(shù)平均溫差降低。由表2中數(shù)據(jù)可計(jì)算得出,換熱器二級(jí)側(cè)質(zhì)量流量、阻力隨二級(jí)管網(wǎng)供水溫度的變化(見表3)。由表3可知,隨著二級(jí)管網(wǎng)供水溫度的提高,二級(jí)管網(wǎng)供回水溫差逐漸增大,二級(jí)側(cè)質(zhì)量流量逐漸減小,換熱器二級(jí)側(cè)阻力也隨之下降。

    由表2、3可知,在限定條件下,提高二級(jí)管網(wǎng)供水溫度,雖然導(dǎo)致傳熱系數(shù)有所降低,但換熱器二級(jí)側(cè)阻力下降幅度更大。也要注意的是,二級(jí)管網(wǎng)供回水溫差的加大,導(dǎo)致設(shè)計(jì)參數(shù)不能滿足地板輻射供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,但這可通過在二級(jí)管網(wǎng)供回水管間設(shè)置旁通管進(jìn)行解決,即采用混水連接方式(見圖2)[2、3]。在旁通管上安裝調(diào)節(jié)閥,通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混水流量,使二級(jí)管網(wǎng)回水與換熱器二級(jí)側(cè)出水混合,從而滿足地板輻射供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

                 
                 
    4　換熱器優(yōu)化選型

    在管網(wǎng)恒定流動(dòng)過程中,與任一節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所有分支質(zhì)量流量的代數(shù)和等于該節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)質(zhì)量流量,因此在節(jié)點(diǎn)1處有平衡式[4]:

                 
    由表4可知,隨著t1的提高,換熱器二級(jí)側(cè)阻力下降,當(dāng)t1=75℃時(shí),換熱器二級(jí)側(cè)的阻力為47. 6 kPa,可滿足換熱器二級(jí)側(cè)的阻力為30~50kPa的要求。此時(shí),換熱器片數(shù)為84片。與采用普通直接連接方式、并滿足換熱器二級(jí)側(cè)阻力要求條件下,計(jì)算得到的186片減少102片。因此,在采用混水連接方式下,換熱器二級(jí)側(cè)出口溫度約75℃時(shí),即可以滿足對(duì)換熱器二級(jí)側(cè)的阻力要求,并降低換熱器的造價(jià)。

    5　結(jié)論

    ①　板式換熱器是一種傳熱系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)、拆洗較方便、節(jié)省材料的換熱器。在地板輻射供暖系統(tǒng)中,若采用傳統(tǒng)選型方法,反而需要加大換熱器面積以降低二級(jí)側(cè)的阻力,這無疑是浪費(fèi)。熱用戶與二級(jí)管網(wǎng)采用混水連接形式既可發(fā)揮板式換熱器高換熱效率的優(yōu)勢(shì),又可降低換熱器二級(jí)側(cè)阻力,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

    ②　對(duì)于一級(jí)管網(wǎng)溫度較高、二級(jí)管網(wǎng)溫度較低的供熱系統(tǒng),雖然可以選擇不等截面換熱器,或定制大流通截面積換熱器來滿足要求,但這都將提高工程造價(jià)。因此,應(yīng)盡量采用現(xiàn)有型號(hào)的換熱器,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)降低工程造價(jià),并降低維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn):

[1]　JGJ 142—2004,地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程[S].

[2]　王宏揚(yáng),李軍,劉兆軍.供熱系統(tǒng)混水連接形式及調(diào)節(jié)方法[J].煤氣與熱力, 2009, 29(10):A15-A17.

[3]　高奉春,宋景發(fā).混水連接方式在供熱系統(tǒng)的應(yīng)用[J].煤氣與熱力, 2008, 28(5):A24-A25.

[4]　賀平,孫剛,王飛,等.供熱工程(第4版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2009.

作者簡介:李建剛(1965-　),男,河南安陽人,高級(jí)工程師,大學(xué),從事城市集中供熱工程設(shè)計(jì)及技術(shù)研究工作,現(xiàn)為太原市熱力公司總工程師。

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