混水連接和間接連接方式的對比分析

摘 要

摘要：以某住宅小區(qū)熱網(wǎng)為例，比較了新增熱用戶與既有熱網(wǎng)采用間接連接、混水連接的技術(shù)經(jīng)濟性。后者的技術(shù)經(jīng)濟性較優(yōu)。關(guān)鍵詞：既有熱網(wǎng)；混水連接；間接連接Comparative Analysis o
摘要：以某住宅小區(qū)熱網(wǎng)為例，比較了新增熱用戶與既有熱網(wǎng)采用間接連接、混水連接的技術(shù)經(jīng)濟性。后者的技術(shù)經(jīng)濟性較優(yōu)。
關(guān)鍵詞：既有熱網(wǎng)；混水連接；間接連接
Comparative Analysis of Water-mixing Direct Connection and Indirect Connection
ZHANG Xiu-juan，LI Xing-quan，TIAN Guan-san，WANG Jun-ling
Abstract：Taking the heat-supply network in a residential area for example，the technical and economic efficiencies of indirect connection and water-mixing direct connection for newly added heat consumers and existing heat-supply network are compared. The latter has better technical and economic efficiencies.
Key words：existing heat-supply network；water-mixing direct connection；indirect connection
1 工程概況
    熱用戶的連接形式包括簡單直接連接、間接換熱、帶混水裝置的直接連接(以下簡稱混水連接)等。本文就棗莊市某新增住宅小區(qū)供熱方式進(jìn)行設(shè)計與探討。熱力站原有用戶采用散熱器供暖，供熱面積為30×104m2。新增福華馨苑小區(qū)，該小區(qū)供熱面積為1.5×104m2，熱負(fù)荷為900kW，建筑高為15m左右，采用地板輻射供暖。原有散熱器用戶供回水溫度為90、70℃，供回水壓力為0.5、0.2Mpa；新增小區(qū)供回水溫度為60、45℃，供回水壓力為0.45、0.28MPa。根據(jù)上述情況，有兩種連接方式可以滿足新增小區(qū)的供熱要求：一種是增加一套管網(wǎng)，采用間接連接；另一種是在原有用戶管網(wǎng)和新增小區(qū)間設(shè)計混水換熱機組，采用混水連接。
2 設(shè)計方案
   ① 間接連接
由于地板輻射供暖系統(tǒng)需要較低的供水溫度，因此需設(shè)置一套換熱系統(tǒng)，使其成為獨立的系統(tǒng)。間接連接供熱系統(tǒng)流程見圖1。
 

   ② 混水連接
   混水連接方式分為：二級管網(wǎng)供水混水、二級管網(wǎng)回水混水、旁通加壓混水連接[2]。由于原有管網(wǎng)的供回水壓力為0.5、0.2MPa，新增小區(qū)供回水壓力為0.45、0.28MPa，因此福華馨苑小區(qū)采用旁通管加變頻混水泵的旁通加壓混水連接方式?；焖B接供熱系統(tǒng)流程見圖2。
 

3 方案對比分析
3.1 換熱設(shè)備
   ① 間接連接
選擇合適的換熱器對整個熱網(wǎng)的合理運行起著關(guān)鍵的作用[3]，波面板殼式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，效率較高，且不存在板式換熱器周邊密封不好易漏水的缺點。由于該熱網(wǎng)規(guī)模不大，可采用1臺立式波面板殼式換熱器。換熱器換熱面積A的計算式為：
 
式中A——換熱器的換熱面積，m2
    Φ——熱負(fù)荷，W
    K——換熱器的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，取2600W/(m2·K)
    △t——換熱器的對數(shù)平均溫差，℃
    β——污垢系數(shù)，取0.7
   經(jīng)計算得，△t=17.5℃，進(jìn)而計算得到A=28.3m2。
   ② 混水連接
   混水機組的冷熱水混合比例隨溫度調(diào)節(jié)旋鈕的設(shè)定自動變化，出水溫度可在35～65℃任意設(shè)定，并自動維持設(shè)定的出水溫度。
   ③ 換熱效率及熱經(jīng)濟性
   對于間接連接的換熱器換熱效率很少到90%以上，一般為50%～80%。另外，隨著換熱器運行時間的延長，換熱面上積聚較厚的水垢，導(dǎo)致?lián)Q熱效率再次降低。混水機組是依靠冷、熱流體直接接觸進(jìn)行傳熱的，這種方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻帶來的問題，只要流體間的接觸情況良好，就有較高的傳熱速率。不同的換熱方式其熱經(jīng)濟性有很大的差別，換熱器的總熵增率為換熱器在單位熱流量下所消耗的可用能，總熵增率越小，換熱器的熱經(jīng)濟性越高[4]。以水為介質(zhì)，在同一流速下，板式換熱器、殼管式換熱器、混水機組中，混水機組的熵增率最小，熱經(jīng)濟性最高。
3.2 動力設(shè)備
   ① 間接連接
   a. 循環(huán)泵
   循環(huán)泵揚程H的計算式為[5]：
    H=1.1(H1+H2)    (2)
式中H——循環(huán)水泵的揚程，m
    H1——用戶系統(tǒng)的阻力，m，取6m
    H2——換熱器的阻力，m，取8m
循環(huán)泵質(zhì)量流量qm的計算式為：
 
式中qm——循環(huán)泵的質(zhì)量流量，kg/h
    ts——地板輻射供暖用戶的供水溫度，℃
    tr——地板輻射供暖用戶的回水溫度，℃
    由式(2)、(3)計算得，間接連接系統(tǒng)中循環(huán)泵的揚程為15.4m，質(zhì)量流量為51.6t/h。
    b. 補水泵
    根據(jù)GJJ 34—2002《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》[6]，間接連接用戶系統(tǒng)內(nèi)補水裝置的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：補水泵的揚程不應(yīng)小于補水點壓力加30～50kPa，系統(tǒng)補水點設(shè)在循環(huán)水泵的吸入口處，補水點即為系統(tǒng)的定壓點，該點壓力應(yīng)滿足系統(tǒng)始終充滿水、不倒空的要求。補水點的最小壓力應(yīng)為系統(tǒng)充水高度15m，再加上3～5m的富裕值。補水泵的流量宜為正常補水量的4～5倍。則補水泵的揚程為19m，質(zhì)量流量為2.6t/h。
   ② 混水連接
   將地板輻射供暖系統(tǒng)的供水溫度控制在60℃以下。當(dāng)二級管網(wǎng)的供水溫度低于60℃，即供暖初期和末期，混水泵不啟動，隨著室外溫度逐漸降低，二級管網(wǎng)供水溫度超過60℃時，啟動混水泵。根據(jù)GJJ 34—2002《城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》第10.3.6條第2款規(guī)定：混水裝置的揚程不小于混水點以后用戶系統(tǒng)的總阻力。由系統(tǒng)的管段壓力降計算選擇混水泵的揚程為17m。
混合比μ的計算式為：
 
式中μ——混合比
    t——散熱器用戶的供水溫度，℃，取90℃
    qm,p——混水泵的質(zhì)量流量，t/h
    qm,s——二級管網(wǎng)的質(zhì)量流量，t/h
    qm——地板輻射供暖用戶的質(zhì)量流量，t/h
    由式(4)、(5)計算得，μ=2、qm,p=2qm,s，qm,p=34.4t/h。由于地板輻射供暖系統(tǒng)對水溫的要求較高，為保證供熱系統(tǒng)的安全進(jìn)行，故設(shè)置兩臺混水泵，1用1備。
3.3 經(jīng)濟性分析
    ① 耗電量
    供熱設(shè)計中循環(huán)泵的選擇最為重要，循環(huán)泵是耗電設(shè)備，在實際運行成本中占有較大的份額。正確選擇循環(huán)泵不僅可以節(jié)能，還有助于改善供熱效果。兩種連接形式供熱系統(tǒng)循環(huán)泵的耗電量比較見表1，供暖期為120d，每日24h運行，電價為0.6元/(kW·h)。由表1可知，混水連接供熱系統(tǒng)的耗電量較低。
表1 兩種連接形式供熱系統(tǒng)循環(huán)泵的耗電量比較
連接形式
間接連接
混水連接
耗電量/(kW·h)
28.2×104
27.3×104
電費/元
16.9×104
16.4×104
    ② 系統(tǒng)造價
    間接連接需設(shè)置換熱器，混水連接沒有換熱器，避免換熱器及補水定壓引起的熱損耗及電損耗，運行經(jīng)濟。混水連接的設(shè)備占地面積少，熱力站土建費用較低。間接連接在補水的同時還要保證補水的質(zhì)量，因此還需要配備一套完善的水處理設(shè)備，造價較高。
4 結(jié)論
    混水連接的工藝結(jié)構(gòu)簡潔，降低了熱網(wǎng)造價，循環(huán)泵的耗電量低，節(jié)省運行費用。隨著供熱系統(tǒng)逐漸完善，在擴增或新建的供熱區(qū)域，采用大混合比的混水連接方式，特別是針對不同供暖方式的用戶無疑成為首要考慮的連接方式。
參考文獻(xiàn)：
[1] 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.
[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] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.
[4] 張海泉.板式換熱器熱工與阻力性能測試及計算方法研究(碩士學(xué)位論文)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.
[5] 賀平，孫剛.供熱工程(第3版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.
[6] GJJ 34—2002，城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范[S].
 
(本文作者：張秀娟 李興泉 田貫三 王軍玲 山東建筑大學(xué) 山東濟南 250101)