高层供暖的系统加压方式与技术经济分析.docx

高层供暖系统加压方式与技术经济分析 摘要：探讨了住宅小区同时存在多层建筑与高层建筑的高层供暖系统加压方式。以高层建筑采用高位水箱定压系统为研究对象，理论分析了初期注水及定压补水时水泵扬程远高于系统循环时水泵扬程。结合工程实例，对设置兼用于补水、加压泵的方案与分别设置补水泵及加压泵的方案进行了经济性分析，后者的经济性较优。关键词：高层供暖系统；加压方式；补水泵；加压泵；扬程；增量分析法Pressurization Mode of Heating System for High-rise Buildings and Its Techno-economic AnalysisZHANG Yun-xia，ZHU Kun，LU Jian-huaAbstract：The pressurization mode of heating system for high-rise buildings in the residential area where multi-story and high-rise buildings coexist is discussed. Taking a high-rise building using pressurization system by elevated expansion tank as research object，the theoretical analysis shows that the lift of water pump during initial water injection and pressurization by make-up water is much higher than that during circulation of the system. Combined with an engineering example，the economic analysis is made on the scheme of setting a pump for make-up water and boosting and the scheme of separately setting make-up water pump and booster pump，and the latter has better economic effect.Key words：heating system for high-rise building；pressurization mode；make-up water pump；booster pump；lift；increment analysis method1 高层供暖系统加压方式同一住宅小区同时存在多层建筑与高层建筑时，如果二级管网资用压力不能满足高层供热系统的需要，则高层供热系统需要加压以提高资用压力。高层供暖系统加压方式有以下3种。 方案1方案1在供水管道上分别设置补水泵及加压泵，系统流程见图1，补水泵与加压泵均为1用1备。在初期注水及补水时，小流量大扬程的补水泵运行；在供暖期间，大流量小扬程的加压泵运行。 方案2设常规加压泵的高层供暖系统。方案2在供水管道上设常规加压泵，系统流程见图2。从二级管网吸入热水送入高层热用户，在回水管道上设减压稳压阀，高压回水经减压后，回到二级管网回水管。减压稳压阀后的压力，根据二级管网回水管的压力进行调节。方案2占地小，造价低，但加压泵扬程较高，减压稳压阀必须消除多余压力，造成能源浪费，运行费用提高。 方案3设变频加压泵的高层供暖系统1。方案3在供水管道上设置变频加压泵，系统流程见图3，变频加压泵为1用1备。根据水泵的流量、扬程、轴功率和转速之间的关系，如果将加压泵同时作为补水泵使用，由于补水泵所需扬程与加压泵所需扬程相差较大，易导致变频泵调速范围过大，水泵的工作点易偏离高效区。而且水泵的变频调速装置价格昂贵，综合经济性有待探讨。2 理论分析以方案1为研究对象，理论分析初期注水及补水时所需扬程与供暖系统循环时所需扬程。初期注水时，调节阀关闭，补水泵需将工况点0处具有一定水头的热水提升至高位水箱(工况点3处)。供暖开始后，调节阀开启，热水由工况点0流向工况点4，如果供暖系统不泄漏，高位水箱水位不变，此时由加压泵提供循环动力，使热水在供暖系统中循环。若供暖系统泄漏，高位水箱水位下降，补水泵启动向高位水箱补水，使水位保持在工况点3处。供暖系统在初期注水及补水时工况点2与3及0与1处的能量方程为2：式中h2、h3、h1、h0工况点2、3、1、0的位置水头，mp2、p3、p1、p0工况点2、3、1、0的压力，Pa热水的密度，kg/m3g重力加速度，m/s2v2、v3、v1、V0工况点2、3、1、0的平均流速，m/sh23工况点2到3间的水头损失，mh01工况点0到1间的水头损失，m由式(1)、(2)得：式中H1初期注水及补水时补水泵所需扬程，mh03工况点0与3间的高差，mhs二级管网供水水头，m供暖系统循环时，整个供暖系统均充满水。热水由工况点0流向点4。列出工况点2与4的能量方程：式中h4工况点4的位置水头，mp4工况点4的压力，Pav4工况点4的平均流速，m/sh24一工况点2到4间的水头损失，m由式(2)、(4)得：式中H2供暖系统循环时，加压泵所需扬程，mhr二级管网回水水头，m由式(5)可知，加压泵无需克服高位水箱的静压头，只需克服供暖系统的水头损失即可。根据文献3，热水供暖系统的压力差一般宜保持在1040kPa，即hs-hr保持在14m，该资用水头由二级管网循环泵提供。由式(3)、(5)得：H1-H2=h03+h23-hr-h24 (6)以层高为3m，20层的高层建筑为例，高位水箱一般设于顶层水箱间，设h03=63m，工况点4处回水水头hr=20m，则H1-H243m。由此可见，供暖系统在初期注水及补水时所需扬程日，与供暖系统循环时所需扬程皿相差较大，采用相同扬程的水泵是不合理的。鉴于以上原因，笔者认为，方案2、3均应单独设置补水泵及加压泵。3 经济性分析 工程概况以某高层供暖系统为例，该建筑共20层，层高3m，分高低区，16层为低区，由二级管网直接供暖。二级管网供、回水水头分别为24、20m。720层为高区，由设于地下3m设备间的加压系统供暖，循环系统流量为45m3/h，总水头损失为10m，加压泵所需扬程马为6m。补水流量为4m3/h，补水所需扬程风为49m。 经济性分析采用方案1，选用2台加压泵(1用1备)，流量为45m3/h，扬程为17.1m，功率为5.5kW。2台补水泵(1用1备)，流量为4.7m3/h，扬程为49m，功率为2.2kW。采用方案2，选用2台水泵(1用1备)，流量为45m3/h，扬程为49.2m，功率为11kW。采用方案3，在方案2的基础上增加1台变频控制柜。采用增量分析法4对上述3种方案进行经济性比较。3种方案的系统造价、年运行费用、费用年值见表1，基准折现率为10%，水泵寿命为5104h。供暖期按5个月计算，电价按0.59元(kWh)计算。根据费用年值最小的选优原则，在3种方案中，方案1为最优方案。表1 3种方案的系统造价、年运行费用、费用年值方案系统造价/元年运行费用/元费用年值/元方案13.41041.191041.66104方案23.01042.381042.79104方案34.61041.431042.061044 结论高层供暖系统宜分别设置补水泵与加压泵。采用变频水泵不一定能实现节能，应充分发挥变频泵的调速范围，使水泵的最佳工况点尽可能接近实际工作点，且能长期在高效区运行，以提高水泵长期运行的经济性。参考文献：1 郭济语.高层建筑热水供暖系统选择J.煤气与热力，2007，27(9)：76-79.2 姜乃昌.水泵及水泵