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城鎮(zhèn)供熱采暖中幾個容易混淆的概念分析

2008-03-25 10:28    【  【打印】【我要糾錯】

  摘要:本文分析了城鎮(zhèn)供熱中幾個易混淆的概念,兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行流量疊加是否損失了一部分;熱媒設(shè)計溫度與運(yùn)行溫度的差異;室內(nèi)管徑是不是越大越好;住宅每個房間的散熱器片數(shù)跟房間面積有沒有關(guān)系;循環(huán)水泵揚(yáng)程與供熱高度的關(guān)系;供熱效果與壓力壓差的關(guān)系,閘閥、截止閥能否作調(diào)節(jié)用。 作者:劉濤

  關(guān)鍵詞:泵并聯(lián)運(yùn)行 熱媒設(shè)計溫度 室內(nèi)管徑 熱負(fù)荷 壓力壓差

  一、泵并聯(lián)運(yùn)行流量疊加是否損失了一部分。

  《鍋爐房實用設(shè)計手冊》中這樣論述:“在同一管路中供水兩臺性能完全相同的泵并聯(lián)運(yùn)行,總流量不是單臺泵流量增加一倍。如圖所示:BG線為一臺泵的性能曲線,BA線為兩臺泵的性能曲線,如連接管道的特性曲線為CA,則交點A即為兩臺泵并聯(lián)工作的工作點。如果只開動該系統(tǒng)中的一臺泵,則其中工況點為G點,此時Q1‘>Q,H’<H1,并聯(lián)兩臺的總流量并不是單臺泵流量增加一倍,這同樣是由管道特性線決定的。”

       根據(jù)《鍋爐房實用設(shè)計手冊》的論述就有人這樣認(rèn)為:“在泵的設(shè)計選型中選兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行流量有損失,應(yīng)該把泵的流量加大一些。”或者在討論換熱站、供熱站泵的運(yùn)行時認(rèn)為:“實際運(yùn)行流量因為疊加損失不可能達(dá)到銘牌參數(shù)之和!

  我們通過舉例來討論這個問題:

  比如在一個供熱系統(tǒng)中,由換熱站、外網(wǎng)、室內(nèi)組成。設(shè)計循環(huán)流量400 m3/h,各部分阻力分別為10mH2O,15 mH2O、3mH2O,。選泵時選用兩種方案。

  方案一選擇兩臺甲型泵(揚(yáng)程28mH2O,流量400m3/h),一運(yùn)一備;

  方案二選擇三臺乙型泵(揚(yáng)程28mH2O,流量200m3/h),兩運(yùn)一備。

  如圖所示:BG線為一臺乙型泵的性能曲線,BA線為兩臺乙型泵的性能曲線,連接管道的特性曲線為CA,交點A即為兩臺泵并聯(lián)工作的工作點(揚(yáng)程28m,流量400m3/h)。一臺甲型泵的泵的曲線也肯定會通過A點,它的運(yùn)行曲線為2.由圖可見我們的兩種方案都可滿足流量揚(yáng)程要求,在設(shè)計選擇幾臺泵運(yùn)行時并不需要加大泵的流量。

  方案二只開動一臺泵,會出現(xiàn)什么情況呢?

  根據(jù)上表可以得出其運(yùn)行工況點為G點,則此時Q1‘>200 m3/h,H1’<28mH2O.其實際運(yùn)行流量比銘牌流量還大。在這個例子中單臺泵運(yùn)行時流量揚(yáng)程為Q1‘、H1’。其并聯(lián)運(yùn)行的參數(shù)是流量為400 m3/h(小于2Q1‘),揚(yáng)程為28mH2O(大于H1’)從而證明“在同一管路中供水兩臺性能完全相同的泵并聯(lián)運(yùn)行,總流量不是單臺泵流量增加一倍。”

  如何正確理解《鍋爐房實用設(shè)計手冊》中的這段話呢?

  首先要抓住前提條件,該結(jié)論的前提條件是同一管路,完全相同的泵。同一管路決定了管道特性曲線是一個固定的,不因一臺泵還是兩臺泵運(yùn)行而改變。完全相同的泵,是指其性能曲線是一樣的,便于我們模擬并聯(lián)的運(yùn)行曲線。

  然后看結(jié)論:總流量不是單臺流量增加一倍?偭髁恐傅氖窃谶@個管路運(yùn)行的總流量,單臺流量是指的是單臺泵在這個管路運(yùn)行的流量,而不一定是其銘牌參數(shù)上的流量。

  這些結(jié)論,在生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用呢?

  1、在供熱工程擴(kuò)建時,需要增加循環(huán)泵時,盡量選擇同類型循環(huán)泵;要考慮到增加循環(huán)泵會出現(xiàn)總運(yùn)行流量小于單臺泵運(yùn)行流量之和的情況,改善這種情況的措施是改變管道的性能曲線,通常是擴(kuò)大主管道管徑,來改善其阻力,降低管道特性曲線。

  2、在兩運(yùn)一備的供熱系統(tǒng)中,如果我們需要停止泵的運(yùn)行,我們應(yīng)該如何操作呢?為了避免水擊通常是先停一臺,再停另一臺。在停第一臺之前通常要把另一臺泵的閥門關(guān)一些,這是為什么呢?根據(jù)上面所述的案例得知,此時一臺泵運(yùn)行時,會大于它的額定流量,從而可能導(dǎo)致泵的過載,燒壞電機(jī)。為了避免這種情況發(fā)生,我們要改變系統(tǒng)的管路特性,使得管路特性曲線變的陡些,通常做法就是關(guān)小泵前出口閥門。

  3、在供熱系統(tǒng)中,就常會出現(xiàn)循環(huán)泵前的閥門打不開,或者不能全打開,全打開就出現(xiàn)水泵電機(jī)超載現(xiàn)象。根據(jù)水泵和管路特性曲線分析這種現(xiàn)象可以判斷:管路的特性曲線過緩,管路性能曲線與水泵的性能曲線交點不在泵的有效范圍內(nèi),水泵的揚(yáng)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的阻力。閥門打不開,使管道振動更加厲害,加大噪音,常時間運(yùn)行閥門也會因沖刷過度不能保證嚴(yán)密性。給我們的提示是,外網(wǎng)系統(tǒng),室內(nèi)系統(tǒng)的設(shè)計時管道管徑盲目加大,選擇水泵時加大富裕量,不僅增加了投資還浪費(fèi)了能源。并不是設(shè)計越保守越安全。

  二、室內(nèi)采暖相關(guān)的一些觀念

  1、 熱媒設(shè)計溫度

  有人認(rèn)為采暖系統(tǒng)不熱,跟運(yùn)行溫度低于設(shè)計溫度(供水95℃)有關(guān)。

  散熱器熱水采暖系統(tǒng)的熱媒設(shè)計溫度,一般根據(jù)熱舒適度要求、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性等原則確定。供水溫度不超過95℃,可確保熱媒在常壓條件下不發(fā)生汽化;適當(dāng)降低熱媒溫度,有利于提高舒適度,但要相應(yīng)增加散熱器數(shù)量。所以一般經(jīng)常采用95/70℃,例如:作為散熱器“標(biāo)準(zhǔn)工況”的64.5℃,就是水溫95/70℃的平均值與室溫18℃的傳熱溫差。許多采暖系統(tǒng)的設(shè)計計算資料,也按此條件編制。

  當(dāng)然,熱媒設(shè)計溫度也要符合熱源條件的可能性和考慮其它因素。例如:以較低溫度的一次熱媒進(jìn)行換熱所得的二次熱媒,或采用戶式燃?xì)鉄崴膳癄t的水溫有限制,或采用塑料類管材為提高其耐用性時,也有采用85/60℃作為設(shè)計參數(shù)的。但是,再進(jìn)一步降低散熱器采暖的熱媒設(shè)計參數(shù),顯然是不合理的。以95/70℃為比較基礎(chǔ),熱媒平均溫度每降低10℃,散熱器數(shù)量約增加20%。

  當(dāng)前,存在不適當(dāng)?shù)剡^多降低散熱器采暖熱媒設(shè)計參數(shù)的傾向。原因是某些開發(fā)建設(shè)單位在提供設(shè)計條件時,按照熱源的實際運(yùn)行工況提出熱媒?jīng)]計參數(shù),例如提出供水溫度只有70℃。如不加深入分析,就直接采用這樣的低參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算,會使散熱器數(shù)量增加很多,會出現(xiàn)同一熱源的不同建筑,散熱器數(shù)量相差近一倍的現(xiàn)象,更加劇了系統(tǒng)的失調(diào)度。

  多年以前,有人就曾進(jìn)行過實態(tài)調(diào)查測定,結(jié)果表明:多數(shù)由城市熱網(wǎng)或小區(qū)集中鍋爐房供暖的住宅,即使設(shè)計水溫為95/70℃,當(dāng)達(dá)到設(shè)計室外溫度時,運(yùn)行水溫一般只要70/55℃左右,即可保證設(shè)計室內(nèi)溫度。如果再按70/55℃的水溫設(shè)計系統(tǒng),是否運(yùn)行水溫又可進(jìn)一步降低呢?似乎不應(yīng)陷入如此惡性循環(huán)的怪圈。

  為何實際運(yùn)行水溫遠(yuǎn)低于熱媒?jīng)]計溫度時,也可達(dá)到設(shè)計室溫?主要是由于實際配置的散熱面積,均不同程度地偏大于理論所需散熱面積。根據(jù)理論推導(dǎo)和實際工程運(yùn)行驗證,對于設(shè)計水溫95/70℃的系統(tǒng),當(dāng)散熱面積偏大10%時,運(yùn)行水溫約可為90/65℃;當(dāng)偏大20%時,運(yùn)行水溫約可為85/60℃;當(dāng)偏大30%時,運(yùn)行水溫約可為82.5/57.5℃; 當(dāng)偏大40%時,運(yùn)行水溫約可為80/55℃。由于設(shè)計保守等各種因素,一般系統(tǒng)的散熱面積均會偏大30%以上。

  2、室內(nèi)管徑越粗越好嗎?

  分戶計量要求下,目前舊樓改造多采用單一的上供上回,各戶獨(dú)立的雙管系統(tǒng)。在散熱器支管管徑選擇上大多采用DN20或者DN15的鍍鋅管。在給某公交公司宿舍供熱中,其散熱器立管設(shè)計采用DN15實際安裝時改用DN20,而散熱器閥門采用的是普通球閥。結(jié)果冬天出問題了,大部分戶中最后一組散熱器片不熱,前面都很熱,通過調(diào)節(jié)散熱器前的球閥可以使最后一組散熱器片熱。這是典型的水力不平衡現(xiàn)象。遇到不講道理的戶主,要求每個閥門都全開,即使前面幾個房間熱的開窗,也不讓關(guān)小閥門。這給供熱企業(yè)帶來很大的麻煩,在海信半山蘭亭就有一個老同志也不讓調(diào)節(jié)前面的閥門,還說設(shè)計系數(shù)還不夠保守,所以不能全熱。根據(jù)設(shè)計計算,每組散熱器支管管徑選用DN10就足夠了,實際上到國外考察回來的同志也反應(yīng)國外散熱器支管就象牙刷桿那么粗。不是老同志所謂的不夠保守,而是太保守了影響了供熱效果。下一步設(shè)計時應(yīng)考慮在每組散熱器前加調(diào)節(jié)裝置。

  2、熱負(fù)荷問題。

  按面積估算散熱器片數(shù),實際上是不科學(xué)的,但這種現(xiàn)象還存在于一些設(shè)計院中。我們知道熱負(fù)荷跟圍護(hù)結(jié)構(gòu)、朝向、風(fēng)力附加等因素有關(guān)。在有些大商場里,冬季外區(qū)需要供暖風(fēng)內(nèi)區(qū)需要供冷風(fēng),如果按面積估算的話,其內(nèi)區(qū)不是熱上加熱?就象我們的有的客廳,就處在周邊都是采暖房間的情況,這個客廳的熱負(fù)荷肯定低。熱負(fù)荷跟面積沒有必然聯(lián)系,盲目的根據(jù)面積來估算散熱器片數(shù)是不負(fù)責(zé)任的,應(yīng)通過詳細(xì)計算來確定。在舊城采暖改造過程中,不少用戶反映非常強(qiáng)烈,主要是:自己家的面積和別人家一樣大、交費(fèi)一樣多,為什么散熱器片數(shù)比別人家的少這類問題。我們要耐心給予解釋,不能違心給他們找心里平衡而盲目增加片數(shù)。

  3、樓越高循環(huán)水泵的揚(yáng)程越高。

  循環(huán)水泵的揚(yáng)程根系統(tǒng)阻力有關(guān),跟供熱的高度沒有絕對關(guān)系。在閉式的供熱管網(wǎng)中,循環(huán)水泵的揚(yáng)程僅僅根系統(tǒng)阻力有關(guān),有人誤認(rèn)為所供樓越高,需揚(yáng)程越大。開式系統(tǒng)有所不同,比如發(fā)電廠的冷卻水循環(huán)水泵,就跟噴水口的高度有關(guān)系。空調(diào)冷卻水系統(tǒng)若為循環(huán)系統(tǒng),則揚(yáng)程根吸水液面與噴水液面的高差有關(guān)。

  4、壓差與壓力。

  在供熱調(diào)試過程中,一些調(diào)試人員常常認(rèn)為沒有壓力所以供熱效果不好,供熱是否達(dá)標(biāo)跟很多因素有關(guān),站在單元入戶處,我們就要考慮供回水壓差,流量,溫差和溫度的絕對值。通?梢宰鲆韵屡袛啵赫G闆r下供回水的溫度正常,溫差越小效果越好,供回水的壓差越大效果越好。壓差是提供水流的動力,同一個系統(tǒng)壓差越大流量越大,同一個用熱戶,流量越大溫差就越小,室內(nèi)溫度就越高。在某小區(qū)測試樓前的閥門井,供水壓差均為0.4MPa,而只看壓力的話應(yīng)該挺高的,但供回水沒有壓差就難以進(jìn)行循環(huán),所以效果不是很好。

  5、閘閥、截止閥的調(diào)節(jié)功能。

  在供熱中,最好不用閘閥來作調(diào)節(jié)閥門用。由于其固有的閥門快開特性曲線,如圖所示:
  在閥門開度達(dá)到10%的時候,其流量可達(dá)到90%.開度從0~10%即實現(xiàn)了流量的全程變化,這樣的閥門是不能作為調(diào)節(jié)閥門來使用的。類似的閥門還有普通截止閥、球閥、旋塞閥。在市南某個供熱站內(nèi)進(jìn)行各支線流量調(diào)配時發(fā)現(xiàn),在關(guān)小某個閘閥時其流量直到閥門快關(guān)閉時才發(fā)生變化。在市北區(qū)某供熱范圍內(nèi),所有閥門幾乎全是閘閥,調(diào)試時非常麻煩,最終開度都只能開到5%左右。在這種小開度情況下,閥口的流速過高,在閥后會形成旺盛紊流的蝸旋區(qū),對閥門是非常有害的,會破壞閥門的嚴(yán)密性,縮短閥門的壽命。閘閥是不具備調(diào)節(jié)功能的,建議在需要調(diào)節(jié)的情況下,設(shè)計選用平衡閥,或性能曲線緩和的調(diào)節(jié)閥門。

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