地板輻射供暖系統熱力站換熱器選型優化

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,在二級管網供回水管之間設置旁通管,以提高換熱器二級側出水溫度,降低換熱器二級側阻力,優化換熱器選型。

    關鍵詞：地板輻射供暖系統;　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

    地板輻射供暖系統具有室內溫度分布均勻、舒適性較好等優點,得到了廣泛應用。地板輻射供暖系統供回水溫差一般不大于10℃[1],對于相同的供熱面積,其二級管網的設計流量約為采用散熱器的供暖系統的2. 5倍,設計流量的增大導致換熱器二級側的阻力較高。為了控制換熱器二級側的阻力為30~50 kPa,往往通過加大換熱器的面積余量(即增加板片數量),降低換熱器二級側的阻力。通常在地板輻射供暖系統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阻力要求。而同樣條件下,在散熱器供暖系統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要遠多于實際所需的片數,導致換熱器造價增高,造成不必要的浪費。本文對地板輻射供暖系統熱力站換熱器的優化選型進行探討。

    2　工程概況

    某居民住宅小區,一級管網設計供回水溫度為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,設計供回水溫度為60、50℃。當熱用戶與二級管網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、滿足二級側阻力要求時,換熱器選型計算結果見表1。換熱量安全系數取1. 3,經計算得到,總換熱量為4 160 kW,對數平均溫差為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%;滿足二級側阻力要求時,換熱面積余量為135. 7%。按照換熱器的傳統選型方式,為了降低換熱器二級側的阻力,面積余量取135. 7%方能滿足要求。此時,換熱器片數為186片,增加的片數僅是為了降低換熱器二級側阻力。

3　解決方法

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

    由表2、3可知,在限定條件下,提高二級管網供水溫度,雖然導致傳熱系數有所降低,但換熱器二級側阻力下降幅度更大。也要注意的是,二級管網供回水溫差的加大,導致設計參數不能滿足地板輻射供暖系統的設計要求,但這可通過在二級管網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]。在旁通管上安裝調節閥,通過調節閥調節混水流量,使二級管網回水與換熱器二級側出水混合,從而滿足地板輻射供暖系統的設計要求。

                 
                 
    4　換熱器優化選型

    在管網恒定流動過程中,與任一節點關聯的所有分支質量流量的代數和等于該節點的節點質量流量,因此在節點1處有平衡式[4]:

                 
    由表4可知,隨著t1的提高,換熱器二級側阻力下降,當t1=75℃時,換熱器二級側的阻力為47. 6 kPa,可滿足換熱器二級側的阻力為30~50kPa的要求。此時,換熱器片數為84片。與采用普通直接連接方式、并滿足換熱器二級側阻力要求條件下,計算得到的186片減少102片。因此,在采用混水連接方式下,換熱器二級側出口溫度約75℃時,即可以滿足對換熱器二級側的阻力要求,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高、結構緊湊、適應性強、拆洗較方便、節省材料的換熱器。在地板輻射供暖系統中,若采用傳統選型方法,反而需要加大換熱器面積以降低二級側的阻力,這無疑是浪費。熱用戶與二級管網采用混水連接形式既可發揮板式換熱器高換熱效率的優勢,又可降低換熱器二級側阻力,實現優化設計。

    ②　對于一級管網溫度較高、二級管網溫度較低的供熱系統,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,應盡量采用現有型號的換熱器,通過優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程[S].

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

[3]　高奉春,宋景發.混水連接方式在供熱系統的應用[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,現為太原市熱力公司總工程師。

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