机械循环单管热水供暖系统节能方法的探讨李天野--中国期刊网

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机械循环单管热水供暖系统节能方法的探讨李天野

发表时间：2020/11/11 来源：《基层建设》2020年第21期作者：李天野

[导读] 摘要：随着城市集中供热的发展，供热规模的不断扩大，地下管道日趋复杂，布设困难，上供下回单管顺流式系统其特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器，顺流系统形式简单、施工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种型式，其缺点是不能进行局部调节，容易产生上热下冷现象。

        金山堡供热有限公司热源调度中心黑龙江省哈尔滨市 150001
        摘要：随着城市集中供热的发展，供热规模的不断扩大，地下管道日趋复杂，布设困难，上供下回单管顺流式系统其特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器，顺流系统形式简单、施工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种型式，其缺点是不能进行局部调节，容易产生上热下冷现象。
        关键词：供暖系统；管网；节能
        热水供暖系统往往在设计中，由于施工时管径、管线长短、变径和弯头（包括阀门等管道附件）使用数量和位置、增加新用户等变化，运行时管道气塞、杂质堵塞、泄漏、阀门开度变化等原因，使得各个建筑物的资用压头与实际需要的出现偏差，使系统水力失调，浪费了大量的热量，而供热效果却不甚理想。
        一、单管热水供暖系统
        1.热源形式。单管供热系统的热源可由多种形式组成，包括热电厂、区域锅炉房、热泵机组、工业余热等。按照其规模及热源温度可以分为主热源、次热源及用户补充热源。主热源：可承担供热范围内基本负荷，运行周期长，成本低、效率高、规模大。次热源：与主热源串联运行，用以缓解采暖中期的尖峰热负荷。当主热源负荷不能满足系统负荷要求时，投入使用，一般为区域锅炉房，规模较大。用户补充热源：由于单管供热系统的特殊性，水温沿用户节点依次降低。当节点温度无法满足用户需求时，可在用户供水支线上安装补充热源，可以是热泵组等，一般规模较小。
        2.热网：包括输送干线、输配干线、分支线。其中输送干线(外送管线)是连接输配干线(当地集中供热管网)和热源厂的双管制管道，主要作用是将热源厂补充的热量输送到输配干线；输配干线根据城市街道敷设，形势上为单管制，可以有多个环路，每一个环路为特定供热范围内热用户负荷提供热能；分支线为连接输配干线和热用户的双管制管道，各分支线属串联关系，输配干线中热水温度沿各分支线节点依次降低。与传统双管系统相比，单管供热系统一次侧为单线环状敷设，仅有供水管，可以是单环、双环及多环，用户供回水管依次接入同一主干线，热媒顺序流过各热源和用户。热源处循环泵只负责管网及热源的阻力，用户加压泵用以克服用户及其支线的阻力。
        3.单管供热系统的优点。（1）由于单管系统没有回水管，故减少了回水干管的压力损失，和双管相比动压线整体降低。管网工作压力降低，因此管网初投资也降低。（2）单管系统中，用户各取所需，而且采用分布式变频，主管的流量始终不变。故其水力工况比传统的双管要好。（3）单管系统对于扩网适应性较强，而且扩网对管网的水力工况影响不大。热用户可以是散热器，地板采暖，也可以是机组。（4）单管系统降低了管网的压力，可以大量采用直接连接，把传统的换热站变为混水泵站，减少了换热器和占地，大大节省了初投资。（5）由于现有直埋保温材料耐温性能的限制，直埋技术对供热系统热媒的温度有一定的要求。在单管系统中，随着用户的消耗，管网水温不断降低，在低于一定温度时就可以采用无补偿直埋敷设，具有占地面积小、工程造价低、施工周期短、保温性能好等特点。（6）在单管系统中大量采用分布式变频系统，在不影响主管水力工况的前提下，避免了一些能源的浪费。
        二、机械循环单管热水供暖系统节能方法
        以热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。热水供暖系统是一个具有许多并联环路的管网系统，在环状管网系统中，流量是由几条管路输送到同一个节点，由每条管路达到该节点的流量完全可以任意分配。各环之间的水力工况相互影响，系统中任何一个散热设备的流量发生变化，必然引起其他散热设备流量发生变化，即各散热设备之间的流量重新分配，引起水力失调。目前，热水供暖系统经常采用以下三种管网形式：水平单管式系统，垂直单管式系统，分户水平式系统。各种管网虽然形式不同，但所有管网系统都具有相同的水力特点：
        1.系统均由立管或水平支管构成环状，系统环路大小因用户形式而异，管路长度变化范围大，即各管路系统阻抗变化范围大，水力失调不易调节。
        2.各管路阻力损失因相应阻抗大小变化而变化。同时管网系统形式是竖向环网，在重力作用压头影响下，各层资用压力变化范围大，容易产生竖向失调，各立管也容易产生水平失调。
        3.不同建筑、不同房间室温要求和不同散热形式对供暖系统调节与控制要求不同。系统运行过程中流量调节变化范围增大，也会产生运行过程中的水力失调。在热水采暖里，有重力循环和机械循环两种。靠水的密度差进行循环的系统，称为重力循环系统。机械循环以电动机带动水泵为动力，密度差所产生的重力作用压头相对来说是很少的，单管系统一般是可以不考虑的。机械循环系统除了膨胀水箱的连接位置与重力循环系统不同外，还增加了循环水泵和排气装置。机械循环热水供暖系统主要有垂直式系统和水平式系统。其中垂直式系统又有上供下回，下供下回，中供式，混合式热水供暖系统。同时又有单管和双管之分。单管系统一般有单管顺流式，单管跨越式，和跨越式与顺流式相结合的系统形式。在单管系统中，最常用的一种布置方式是上供下回单管顺流式系统。其特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器，顺流系统形式简单、施工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种型式，其缺点是不能进行局部调节，容易产生上热下冷现象。为了消除热网水力失调，避免大流量小温差不经济运行状况可以增加跨越管。目前跨越管有3种形式如下：

        图a.这是最简单的跨越管形式，由于无阀门可调，故散热器流量与立管的流量之比为常数。根据有关资料（或按当量长度法计算），当跨越管与立管、散热器支管管径相同时，散热器的进流系数为0.4左右。根据有关统计，此时散热器的散热量仅下降约5.5%左右。即跨越管的作用不明显。如缩小跨越管的管径，则进一步削弱了跨越管的作用。图b.增设跨越管后，由于散热器出口温度下降，传热系数降低，需适当增大散热器面积。为了不增大面积，有些人主张在跨越管上安装阀门，必要时可关闭该阀门以保证散热器的散热量。这种观点不正确。跨越管上安装阀门后，散热器的进流系数约为0.6。就是说即使阀门全开，散热器的散热量仅下降2.5%，不单未起到调节的作用，反而削弱了跨越管的作用。图c.由以上两种情况可见，要想提高散热器的调节性能，关键是要进一步降低散热器的进流系数，因此在散热器支管上装设调节阀是有利的。当该调节阀全部打开的时候，散热器的进流系数约为0.4，此时散热器的散热量下降5.5%。若将阀门略关小些，很容易满足减小散热量10%-15%。
        在单管系统中，最常用的一种布置方式是上供下回单管顺流式系统。其特点是立管中全部的水量顺次流入各层散热器，顺流系统形式简单、施工方便，造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种型式，其缺点是不能进行局部调节，容易产生上热下冷现象。但是这种情况必须是人为手动调节，不能根据外面气温变
        化或者室内热量需要自动调节，为了加强管网系统的调节功能，有条件的可采用平衡阀及平衡阀智能仪表取代调节性能差的闸阀或截止阀，更有条件的建筑入口处加装热量调节和计量装置，改善系统调节能力，节约能量。
        参考文献
        [1]贺刚.机械循环单管热水供暖系统节能方法的探讨[M].北京:中国建筑工业出版社,2018.
        [2]石建.机械循环单管热水供暖系统节能问题研究[M].北京:清华大学出版社,2018.