蒸汽采暖改自控热水采暖节能的改造

点击：2017 日期：[ 2014-04-26 22:21:22 ]

蒸汽采暖改自控热水采暖节能的改造羊顾　　李清黎　　马杰　　邢继红（河南天方药业股份有限公司　　河南驻马店　　４６３０００）摘要：蒸汽采暖改热水采暖，满足用户对空气品质、温度、湿度、清洁度的要求，系统改造采用自动化调节，运行可靠，维护量极小，节约了能源及运行费用。关键词：蒸汽采暖　　技术改造　　自动化控制　　热水采暖中图分类号：ＴＵ８２文献标识码：Ａ文章编号：１００４－０８６２（２００７）０４（ａ）－０００２－０２１　改造概况河南天方药业股份有限公司老办公楼建筑结构东西走向，地上四层，总建筑面积２４００平方米。该办公楼冬季取暖一直采用蒸汽采暖，每个采暖期内每月耗用蒸汽约２００吨，每月蒸汽费用高达３万元左右，采暖成本高，费用大，且蒸汽采暖对管道和设备严密性和压力级别要求较高，蒸汽在输送过程中，产生沿途凝结水，处于汽水同流状态，在管道弯头、三通、阀门处产生水击，易造成管道、设备损坏，并产生很大噪音。同时，蒸汽采暖室内温度不易控制，时常造成室内温度过高，环境干燥。为给公司员工营造一个温暖舒适的办公环境，节能降耗，加之冬季蒸汽使用较为紧张，所以，蒸汽采暖改热水采暖势在必行。２　改造原则１．１　舒适性原则改造设计满足用户对空气品质温度、湿度、清洁度的要求。１．２　可靠性原则系统采用自控设备，确保设备无故障运行，系统运行可靠，维护量极小。１．３　节约性原则在满足采暖效果的前提下，对系统进行最优化设计，采用节能措施，降低运行费用。３　系统设计任务与方案３．１　设计任务采暖系统主要由热源、输热管道、散热设备三部分组成。选用热媒应根据安全、卫生、经济、建筑物性质和地区供热条件等因素综合考虑。民用、办公建筑应优先考虑热水作热媒，采暖系统应为热水采暖，供、回水温度应控制在９５℃／７０℃。依据公司老办公楼改造的实际情况（蒸汽采暖时，采用双管上供下回并联方式）和设计思路，尽量利用原管路，不破坏原有建筑物结构的原则，本次改造应优先选用机械循环双管上供下回式并联热水采暖系统，在系统中设置循环水泵作为热水的循环动力，使系统中热水强制循环，由于热媒在管道内的流速大，所以，它与自然循环系统相比，具有管径小，升温快的特点。同时，机械循环热水采暖系统的作用半径大，可用于区域性的集中供暖系统。３．２　改造方案ａ．室内管路改造：改造原则是尽量利用原管路，不破坏原有建筑物结构，原室内主供蒸汽立管作为高温热水采暖系统的主供水管路。由于机械循环系统水流速较大，易将空气泡带入立管而造成局部散热器不热，因此原室内主供汽干管作为高温热水采暖系统的主供水管后，其坡度应与原供汽干管的坡度相反，并在最高点加装自动放汽阀，以便把空气集中排出。利用原蒸汽采暖时的凝结水管路作为回水总管，其坡度与水流方向相同，并在最低点设置补水阀及泄水阀门，以便系统补水和维修时放空系统内的热水。ｂ．室外管路改造：原主蒸汽管路及管径不变，增加一条ＤＮ５０主进水管路与两台热水泵相连结，再由热水泵把回水输送到板式换热器中，经换热器进行热量交换，高温热水直接送到散热器。管道支架、吊架具体形式、设置位置、安装根据现场情况确定。ｃ．自动控制温度控制器：本系统由比例积分温度传感、电动执行调节组成，将所有测到的温度与设定的温度进行比较和ＩＰ运算、输出控制信号控制电动阀调节开度，改变蒸汽流量，使管道热水温度保持恒定温度，从而达到控制温度的目的。当管路水压力波动时，电动调节阀能够动态的平衡系统的压力变化，使阀门在工作时流量特性曲线与理想的流量特性曲线保持一致，没有设计偏差。阀门的调节只受控于控制信号，而不受系统压力波动的影响，当对应一个固定开度时，其流量都是唯一和恒定的，与ＫＶＳ值远程调节器配合使用，通过限定阀门开度范围，可实现阀体ＫＶＳ值的远程调节。防冷冻温度控制器：当检测到水温低于３℃高于７℃时，控制电动阀ＶＡ１－１Ｂ及时调整水泵开关状态。时段控制器：能分时段自动控制，在不同时段达到不同要求，自由设定。如：根据工作时间上午６：３０自动开机，下午１７：３０自动关机。避免了不必要的能量消耗，节能效果显著。补水采用自动补水阀自动补充系统水量。４　采暖负荷与系统参数计算４．１　采暖负荷计算影响房间空气温降的因素是房间的得热量和失热量。确定采暖负荷应考虑：维护结构的耗热量、加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量、加热由门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量、在经常由物品由室外或较低温度处运入室内时，要考虑其吸热量、经常有大量水面时，要考虑其蒸发耗热量等。 ①维护结构耗热量计算公式：　Ｑ＝ а ＦＫ（ｔｎ－ｔｗｎ），式中Ｑ＝ｗ维护结构的基本耗热量，Ｗ，Ｆ－维护结构的面积ｍ２，Ｋ－维护结构的传热系数Ｗ／ｍ２ ℃，ｔｗｎ－室外计算温度℃，ｔｎ —冬季室内．温度℃，ａ－温度修正系数。 ②加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量计算公式：Ｑ＝　ａＣｐＬｌ（ｔｎ－ｔｗｎ）ｐｗｎｍ，式中Ｑ－由门窗缝隙深入室内的冷空气的耗热量Ｗ，Ｃｐ－空气的定压比热容ｋＪ／ｋｇ．℃，ａ－单位换算系数，一般取０．２８，Ｌ－通过每米门窗缝隙进入室内的空气量ｍ３／ｍ．ｈ，ｌ－门窗缝隙的计算长度，ｔｎ、ｔｗｎ－同上，ｐｗｎ－采暖室外计算温度下的空气密度Ｋｇ／ｍ３，ｍ－综合修正系数。 ③外门开启冲入冷风耗热量计算：一般按附加率法计算　Ｑ＝外门基本耗热量×附加率外门开启冲入冷风附加率：单层门６５％，双层门８０％，三层门６０％通过理论与经验公式计算供热负荷可按２１０　Ｊ／ｓ．ｍ２计算４．２　系统参数计算 ①循环水量：循环水量按下式计算Ｇ＝１．１Ｑ０／ △ ｔ．ｃ．ρ式中　Ｇ－循环水量，ｍ３／ｓ，Ｑ０－采暖总共热量，Ｊ／ｓ　，△ｔ－系统的供回水温差，℃　，ρ－水的密度，ｋｇ／　ｍ３，Ｃ－水的比热Ｊ／ｋｇ．℃，１．１－安全裕量，Ｇ＝１．１ ×２１０ × ２４００／（９５－７０）＝１７．３６ｔ／ｈ。 ②蒸汽耗量：蒸汽耗量按下式计算Ｗ＝　Ｑ０／ｈ式中Ｑ０－采暖总共热量ＫＪ／ｓ，ｈ－主供蒸汽的热焓ｋＪ／ｋｇ，Ｗ－蒸汽耗量，Ｋｇ／ｓ，当Ｐ＝０．５ＭＰａ时，ｈ＝２７４７ｋＪ／ｋｇＷ＝２１０ ×２４００ × １０－３／２７４７＝０．１８　ｋｇ／ｓ＝０．６６ｔ／ｈ ③换热器面积计算：换热器面积按下式计算Ｓ＝Ｇ／Ｋ式中Ｓ－换热器面积ｍ２，Ｇ－循环水量ｔ／ｈ，Ｋ－换热器每小时交换水量ｔ／ｈ　一般取３．２ｔ／ｈ，Ｓ＝Ｇ／Ｋ＝１７．３６／３．２＝５．４ｍ２ ④水泵流量、扬程计算：水泵流量可按下式计算Ｑ＝Ｇ×Ｋ，式中Ｋ－水泵流量裕量　一般取１．２，Ｑ＝１７．３６ ×１．２＝２０．８３ｔ／ｈ，水泵扬程可按下式计算Ｈｂ＝［（ｑｘ＋ｑｆ）／ｑｆ］＋Ｈｘ＋Ｈｐ＋Ｈｊ，式中ｑｘ　／ｓ，ｑｆ－循环附加量，一般取设计小时用量的１５％　Ｌ／ｓ，Ｈｘ－循环流量通过配水管路的沿程和局部阻力水头损失ｋＰａ，　Ｈｐ－循环流量通过回水管路的沿程和局部阻力水头损失ｋＰａ　，Ｈｊ－循环流量通过加热器的水头损失ＫＰａ，经计算及修正，水泵流量取Ｑ＝２０　ｔ／ｈ，扬程Ｈ＝２０ｍＨ２Ｏ ⑤原系统参数验算：ａ、供水管路及散热器管路管径的验算：当管路ＤＮ＝２０－５０ｍｍ时，热水流速取ｖ＝１ｍ／ｓ，则管路直径：因每间办公室实用采暖面积约为１６ｍ２，散热器实行并联设置，上下四层办公室为一个并联系统，则四间办公室总采暖面积为１６ × ４＝６４ｍ２，总需热量为６４ × ２１０＝１３４４０Ｊ／ｓ＝４８３８４ｋＪ／ｈ＝１１５７５ｋＣａｌ／ｈ，每一并联系统供水管道流量为：１１５７５／（９５－７０）＝４６３ｋｇ／ｈ，则该管道截面Ｓ＝４６３／（３６００×１０００ × ３．１４）＝０．００００４１ｍ２，　管路直径为：Ｄ＝Ｓ１／２ × ２＝１３ｍｍ。而老系统管路直径为Ｄ＝２５ｍｍ，散热器内部管路为ｄ＝２０ｍｍ。因２５ｍｍ＞１３ｍｍ　　　２０ｍｍ＞１３ｍｍ，所以老系统能满足新系统要求ｂ．供汽管道管径验算：当Ｐ＝０．５ＭＰａ时，蒸汽比容取０．３７ｍ３／ｋｇ，　饱和蒸汽流速取ｖ＝３０ｍ／ｓ，则总供汽管道直径：Ｓ＝（０．１８ ×０．３７）／（３０× ３．１４）＝０．００７ｍ２，Ｄ＝Ｓ１／２ × ２＝５３ｍｍ，而市政供汽管道直径为Ｄ＝６５ｍｍ。因６５ｍｍ＞５３ｍｍ，所以老系统能满足新系统要求。５　改造后系统调试运行（１）水系统配管完成后，进行水压试验、检漏、排污，确定系统的安全性。采暖供、回水管、换热器、阀门等处，采用发泡聚酯橡塑棉板进行保温。（２）系统水加热：系统充满冷水试压检漏合格后，关闭补水阀门，打开蒸汽主阀门及热水泵，开始对系统水加热，当热水温度达到９５℃时，系统即开始正常工作。６　改造费用及经济效益分析新系统除购买板式换热器、电动阀、控制系统及少量管材等费用４．５万元外，其它皆利用老系统设施。原蒸汽耗量每月为２００吨，改造后每月耗量仅为１２０吨，每吨蒸汽按市场价１３５元计算，每月可节省运行费用为：１．０８万元。每个采暖期内（按４个月）共节省资金４．３２万元。新系统总投资一个采暖期左右就可收回。７　结语蒸汽采暖改热水采暖，技术可行，投资费用较低。改造后系统经一个采暖期的运行证明，采暖性能安全可靠，节能效果显著。参考文献［１］　ＧＢＪ１９－８７，采暖通风与空气调节设计规范［Ｓ］．［２］　ＪＢ５０２４２－２００２，建筑给排水及采暖工程质量规范［Ｓ］．［３］　ＪＧＪ２６－９５，民用建筑设计标准［Ｓ］．［４］　ＧＢ５７０１－８３，室内空气舒适温度［Ｓ］．［５］　李玉华．建筑给水排水工程设计计算［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，　２００６．３．［６］　段正利．热水采暖系统改造的启示［Ｊ］．节能技术，２００１，（６）：３１－３３．

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