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,在二級管網(wǎng)供回水管之間設置旁通管,以提高換熱器二級側(cè)出水溫度,降低換熱器二級側(cè)阻力,優(yōu)化換熱器選型。

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

    中圖分類號：TU995　　文獻標識碼：B　　文章編號：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,得到了廣泛應用。地板輻射供暖系統(tǒng)供回水溫差一般不大于10℃[1],對于相同的供熱面積,其二級管網(wǎng)的設計流量約為采用散熱器的供暖系統(tǒng)的2. 5倍,設計流量的增大導致?lián)Q熱器二級側(cè)的阻力較高。為了控制換熱器二級側(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)要遠多于實際所需的片數(shù),導致?lián)Q熱器造價增高,造成不必要的浪費。本文對地板輻射供暖系統(tǒng)熱力站換熱器的優(yōu)化選型進行探討。

    2　工程概況

    某居民住宅小區(qū),一級管網(wǎng)設計供回水溫度為130、70℃,設計供熱面積為5×104m2,設計供暖熱指標取64 W /m2,計算得出設計熱負荷為3 200kW。采用地板輻射供暖系統(tǒng),設計供回水溫度為60、50℃。當熱用戶與二級管網(wǎng)采用普通的直接連接方式(見圖1)時,采用某換熱器計算選型軟件進行選型計算。在分別僅滿足換熱量要求時、滿足二級側(cè)阻力要求時,換熱器選型計算結果見表1。換熱量安全系數(shù)取1. 3,經(jīng)計算得到,總換熱量為4 160 kW,對數(shù)平均溫差為39℃。由表1可知,當僅滿足換熱量要求時,換熱面積余量為7. 5%;滿足二級側(cè)阻力要求時,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側(cè)的阻力,面積余量取135. 7%方能滿足要求。此時,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側(cè)阻力。

3　解決方法

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

    由表2、3可知,在限定條件下,提高二級管網(wǎng)供水溫度,雖然導致傳熱系數(shù)有所降低,但換熱器二級側(cè)阻力下降幅度更大。也要注意的是,二級管網(wǎng)供回水溫差的加大,導致設計參數(shù)不能滿足地板輻射供暖系統(tǒng)的設計要求,但這可通過在二級管網(wǎng)供回水管間設置旁通管進行解決,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,使二級管網(wǎng)回水與換熱器二級側(cè)出水混合,從而滿足地板輻射供暖系統(tǒng)的設計要求。

                 
                 
    4　換熱器優(yōu)化選型

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

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

    5　結論

    ①　板式換熱器是一種傳熱系數(shù)高、結構緊湊、適應性強、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側(cè)的阻力,這無疑是浪費。熱用戶與二級管網(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,又可降低換熱器二級側(cè)阻力,實現(xiàn)優(yōu)化設計。

    ②　對于一級管網(wǎng)溫度較高、二級管網(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。因此,應盡量采用現(xiàn)有型號的換熱器,通過優(yōu)化設計降低工程造價,并降低維護成本。

參考文獻:

[1]　JGJ 142—2004,地面輻射供暖技術規(guī)程[S].

[2]　王宏揚,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,高級工程師,大學,從事城市集中供熱工程設計及技術研究工作,現(xiàn)為太原市熱力公司總工程師。

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