混水連接和間接連接方式的對比分析

摘 要

摘要：以某住宅小區熱網為例，比較了新增熱用戶與既有熱網采用間接連接、混水連接的技術經濟性。后者的技術經濟性較優。關鍵詞：既有熱網；混水連接；間接連接Comparative Analysis o
摘要：以某住宅小區熱網為例，比較了新增熱用戶與既有熱網采用間接連接、混水連接的技術經濟性。后者的技術經濟性較優。
關鍵詞：既有熱網；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供熱方式進行設計與探討。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，該小區供熱面積為1.5×104m2，熱負荷為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；新增小區供回水溫度為60、45℃，供回水壓力為0.45、0.28MPa。根據上述情況，有兩種連接方式可以滿足新增小區的供熱要求：一種是增加一套管網，采用間接連接；另一種是在原有用戶管網和新增小區間設計混水換熱機組，采用混水連接。
2 設計方案
   ① 間接連接
由于地板輻射供暖系統需要較低的供水溫度，因此需設置一套換熱系統，使其成為獨立的系統。間接連接供熱系統流程見圖1。
 

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

3 方案對比分析
3.1 換熱設備
   ① 間接連接
選擇合適的換熱器對整個熱網的合理運行起著關鍵的作用[3]，波面板殼式換熱器結構緊湊，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。由于該熱網規模不大，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——熱負荷，W
    K——換熱器的傳熱系數，W/(m2·K)，取2600W/(m2·K)
    △t——換熱器的對數平均溫差，℃
    β——污垢系數，取0.7
   經計算得，△t=17.5℃，進而計算得到A=28.3m2。
   ② 混水連接
   混水機組的冷熱水混合比例隨溫度調節旋鈕的設定自動變化，出水溫度可在35～65℃任意設定，并自動維持設定的出水溫度。
   ③ 換熱效率及熱經濟性
   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，導致換熱效率再次降低。混水機組是依靠冷、熱流體直接接觸進行傳熱的，這種方式避免了傳熱間壁及其兩側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，換熱器的熱經濟性越高[4]。以水為介質，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，熱經濟性最高。
3.2 動力設備
   ① 間接連接
   a. 循環泵
   循環泵揚程H的計算式為[5]：
    H=1.1(H1+H2)    (2)
式中H——循環水泵的揚程，m
    H1——用戶系統的阻力，m，取6m
    H2——換熱器的阻力，m，取8m
循環泵質量流量qm的計算式為：
 
式中qm——循環泵的質量流量，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，間接連接系統中循環泵的揚程為15.4m，質量流量為51.6t/h。
    b. 補水泵
    根據GJJ 34—2002《城市熱力網設計規范》[6]，間接連接用戶系統內補水裝置的選擇應符合下列規定：補水泵的揚程不應小于補水點壓力加30～50kPa，系統補水點設在循環水泵的吸入口處，補水點即為系統的定壓點，該點壓力應滿足系統始終充滿水、不倒空的要求。補水點的最小壓力應為系統充水高度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，質量流量為2.6t/h。
   ② 混水連接
   將地板輻射供暖系統的供水溫度控制在60℃以下。當二級管網的供水溫度低于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，二級管網供水溫度超過60℃時，啟動混水泵。根據GJJ 34—2002《城市熱力網設計規范》第10.3.6條第2款規定：混水裝置的揚程不小于混水點以后用戶系統的總阻力。由系統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——混水泵的質量流量，t/h
    qm,s——二級管網的質量流量，t/h
    qm——地板輻射供暖用戶的質量流量，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對水溫的要求較高，為保證供熱系統的安全進行，故設置兩臺混水泵，1用1備。
3.3 經濟性分析
    ① 耗電量
    供熱設計中循環泵的選擇最為重要，循環泵是耗電設備，在實際運行成本中占有較大的份額。正確選擇循環泵不僅可以節能，還有助于改善供熱效果。兩種連接形式供熱系統循環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，混水連接供熱系統的耗電量較低。
表1 兩種連接形式供熱系統循環泵的耗電量比較
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 系統造價
    間接連接需設置換熱器，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，運行經濟。混水連接的設備占地面積少，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量，因此還需要配備一套完善的水處理設備，造價較高。
4 結論
    混水連接的工藝結構簡潔，降低了熱網造價，循環泵的耗電量低，節省運行費用。隨著供熱系統逐漸完善，在擴增或新建的供熱區域，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：
[1] 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.
[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] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，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(碩士學位論文)[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2006.
[5] 賀平，孫剛.供熱工程(第3版)[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.
[6] GJJ 34—2002，城市熱力網設計規范[S].
 
(本文作者：張秀娟 李興泉 田貫三 王軍玲 山東建筑大學 山東濟南 250101)