热水采暖系统的水力平衡改造

摘要:以中航自控所住宅小区热水采暖系统的水力平衡改造为例,论述了由于设计、施工等原因造成的热力管网水力失调问题,介绍了静态平衡阀在解决管网水力失调时的操作方式、理论依据和效果。

Abstract: Taking the example of hydraulic balance reconstruction of water heating system in a housing block in Xi’an City, this paper discussed the problem of heating network hydraulic disorder resulted from design, construction, and so on, and discussed the operation method,theoretical evidence and effect of the use of static balance valve when solving the problem of heating water network.

关键词:水力失调;静态平衡阀;节能

Key words: hydraulic disorder;static balance valve;energy saving

中图分类号:TK5文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0135-02

1项目概况

1.1 本项目为中航自控所住宅小区热水采暖系统的水力平衡改造,总建筑面积为85647m2,其中低层住宅建筑面积约64447m2,高层住宅部分建筑面积约11000m2,办公、学校部分约10200m2。目前采暖采用锅炉房直供的形式,从总供水管分出两个支路,分别为南北两个区域进行供暖,室内采用散热器系统。

1.2 热源由锅炉房现有的12台燃气锅炉提供,每台锅炉能提供热量为45万大卡。

1.3 锅炉房内采用循环水泵共3台,水泵流量扬程均相同,分别是Q=100m3/h,H=32m;水泵设计采用两用一备的形式运行。

1.4 锅炉房新建于2002年左右,至今使用6年。而管网为旧有管网,使用已近二十年,管路较老旧。

2系统主要运行状况及存在问题

2.1 系统主要运行状况热水循环系统总阻力28m,总循环流量为240m3/h(开启两台水泵),锅炉房供回水总管之间压差约为18~20m;近端用户室内温度可达20℃以上,而远端部分用户室内温度只有12℃左右。

2.2 存在问题①水泵选择不合理,扬程过大,采用关小水泵出口阀的方式来避免水泵过载;②管网年久失修,存在跑冒滴漏现象;个别管道保温脱落,造成系统热量损耗较大;③部分用户更改了户内的暖气管道,造成部分单元阻力很大,影响了使用效果;④小区的15#楼、17#楼、25#楼、26#楼、27#楼都是后期陆续建造,在整个小区的最东部和东北部,南北两个区域管道的最末端,冬季供暖温度较低,部分室内温度仅有12℃~13℃,住户反应强烈;⑤小区的22#楼、23#楼是高层建筑,其供暖方式是采用加压泵加压供给,回水经过减压阀减压的高层建筑直连供暖技术。高低区之间存在热力失调现象。上述问题是现有住宅小区集中供暖系统存在的较为普遍的问题,其产生的原因主要有设计原因、管理原因、历史原因等。前三个问题较为单纯,可以通过局部的更换和维修来加以解决,在这里就不做过多的论述;而后两个问题是典型的供暖系统的水力失调现象,在这里就针对该问题的解决作个详细的介绍。

3水力失调问题的分析

3.1 由于各建筑物存在建筑年代差距,在后续的建设中,不断增加新的建筑,造成整个供热系统采暖管网随着建筑的增加而增加,打破了设计之初的热力分配,造成系统水力分配的不平衡,区域供暖不均匀,室内温度偏差比较大。

3.2 从用户实际使用效果反映出,距离锅炉房近的区域室内温度比较高,而距离锅炉房比较远的区域室内温度相对就比较低,部分房间低于16℃。

3.3 本项目区域由南北两个供热区域构成,两个区域面积差别较大,尤其是25#楼所在的北部区域,面积大,旁路分支管网多,管路最长,由此造成该区域最末端用户的管网压力明显不足。

3.4 区域没有安装有关平衡设备,只是按照使用效果,在各建筑物入口采用截止阀进行调节,没有一个量的反馈,实际效果不能让人满意。

3.5 由于锅炉控制系统是按照系统回水温度与供水温度来进行出力调节的。从项目的供热效果看,近端流量远大于远端流量,近端压力远大于远端压力,造成前端用户将大量的高温热水旁通回了回水系统,造成锅炉系统回水温度偏高,锅炉调节时得到的信息不准确,锅炉实际出力不足,并没有达到最佳的出力,并造成能源的浪费。同时会造成水泵的效率下降,由于系统前端阻力小的的系统将水流旁通,造成远端系统设备欠流,其阻力也降低,形成实际运行过程中水泵扬程降低,循环量增加,泵效率降低。

4热水采暖系统水力平衡改造方案

4.1 在热力管网的各支管和分支管以及最不利环路末端用户入口加装静态平衡阀。

①计算出各区域的耗热量、热水流量;

建筑物供暖热负荷为:

Q=q・FW(1)

式中:Q为建筑物供暖热负荷,W;q为建筑物面积热指标,W/m2;F为建筑物的建筑面积,m2。

建筑物供暖热水流量为:

G=0.86Q/(tg-th) Kg/h (2)

式中:G为建筑物供暖热水流量,Kg/h;Q为建筑物供暖热负荷,W;tg为供水温度,℃;th为回水温度,℃。

②平衡阀选型:在无法得到准确的设计压差情况下,可以按照接管尺寸来进行平衡阀的选型;并参考平衡阀厂家提供的选型表,利用不同口径的流量系数Kv,用3KPa的最不利压降Δp代入公式可计算出该口径平衡阀的最小流量,若其值大于等于设计流量即可。(为了获得较好的控制精度,建议将平衡阀的开度选择在50%~90%之间)

Kv=G/ (3)

式中:G为建筑物供暖热水流量,m3/h;Δp为压差,bar;Kv为平衡阀流量系数。

4.2 通过调整静态平衡阀的开度,改变流经阀门的流动阻力,消除系统富裕压力,从而调节流量,以实现对供暖系统各个建筑单元流量的按需分配。

5安装调试

平衡阀安装完成后,通过测量发现,系统内各区域流量欠流(或过流状态)很严重,只有极少的几栋建筑能符合计算流量的要求。(调试前测试数据见表1)。在对系统的实际运行情况进行测试以后,根据静态平衡阀的调试方法,对每一个静态平衡阀进行开度设定,使整个系统达到水力分配的完全平衡。(调试后数据见表2)。

平衡阀在完成调试之后,通过平衡各回路间的阻力,使管网中各循环回路的阻力与设计工况相匹配,每支回路都能获得准确的设计流量(供热量)。

6改造效果

通过平衡阀的安装调试,使热能得到最合理的分配,每一住户都能获得相同的采暖效果,提高了住户舒适度并最终提高了热能的使用效率;同时,各回路间的阻尼比例关系保持稳定,当气候发生变化需要对供水总量进行调整时,该阻尼比例将总量的变化按此比例同增,同减,合理地分配到各循环回路中。各回路的流量依据热负荷(供热面积)进行分配,供、回水温度在各回路间可保证基本一致,锅炉调节时得到的信息准确,达到最佳的控制效果。

7结束语

总之,本次改造解决了小区热力管网的水力失调问题,保证了供暖设备的出力和温度控制效果,实现了系统的节能高效;并能通过测量各区域平衡阀的水温、压差和实际流量进行系统问题诊断和纠正,提高了整个运行维护管理的自动化水平和管理效率,降低了管理使用和维护费用。

参考文献:

[1]罗伯特・珀蒂琼.全面的水力平衡.