供热系统节能技术

第一章供热系统节能技术,主要内容,要达到节能效果，需从围护结构和供热系统两个环节入手。供热系统由热源（锅炉房）、热网、换热站和热用户四部分组成。热源是集中采暖的核心，主要有锅炉房、热电厂、地热供热站等。本节指的是锅炉房，包括热水锅炉房和蒸汽锅炉房。锅炉房包括燃烧系统（风系统、烟系统、煤系统、灰系统）、水系统和控制调节系统。集中供热是以集中热源所产生的热水或蒸汽作为热媒，通过热网向一个城镇或较大区域的生产、采暖和生活热用户供热的方式。（p83提问作业）,1.1供热热源节能设计,（理解）热网：集中供热条件下用于输送和分配载热介质(蒸汽或热水)的管道系统。换热站：就是换热的地方，把由热电厂（锅炉房）产生的高温蒸汽经过换热站转换成热水传输到各个居民小区里，将蒸汽的热量传送到小区管网中。就像一个变压器一样把高温蒸汽转换成七八十度的水再供暖。热电联产效率远高于热点单产，1kg煤发电产生3.11kwh电量，1kg煤供热产生1.88kwh热量；2kg煤热电联产产生3.62kwh电量和6.15kwh热量。,1.1供热热源节能设计,（作业）,1、供热规划2、锅炉选型与台数3、鼓风机和引风机4、循环水泵5、补给水6、计量与监测技术7、连续供热运行制度,1.1供热热源节能设计,热源设计：七方面,1、供热规划为达到合理发展的目的，锅炉供热规划宜与城市建设的总体规划同步进行。通过分区合理规划，逐步实现联片供热，减少分散的小型供热锅炉房，并且为大部分居住建筑将来和城市供热管网相连接创造条件。,热源设计：七方面,1.1供热热源节能设计,1.1供热热源节能设计,2、锅炉选型与台数锅炉的选型应按所需热负荷量、热负荷延续图、工作介质，来选择锅炉型式、容量和台数，并应与当地长期供应的煤种相匹配。P83选用锅炉的额定效率不应低于表中规定的数值表锅炉最低额定效率(),额定蒸发量：大气压力下提供100的给水时产生的蒸汽量。,锅炉是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度（热水）或一定压力蒸汽的热力设备。它是由“锅”（即锅炉本体水压部分）、“炉”（即燃烧设备部分）、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。锅炉的主要用途为采暖、洗浴和供应优质蒸汽等。采暖、洗浴用的锅炉主要是热水锅炉，工业上用的锅炉主要是蒸汽锅炉。,1.1供热热源节能设计,3、鼓风机和引风机为燃料在炉内正常燃烧所配用的鼓风机和引风机与锅炉容量以及除尘器类型等相匹配。,锅炉安装鼓风机与引风机的基本要求：1）锅炉设备需安装引风机和鼓风机。2）引风机的风量大于鼓风机风量，从而形成负压燃烧。3）引风机安装在锅炉尾端，是抽取炉膛的热烟气；鼓风机是安装在锅炉首端，是向锅炉吹进新鲜空气。（作业）,1.1供热热源节能设计,表燃煤锅炉的鼓风机和引风机匹配指标,1.1供热热源节能设计,4、循环水泵1.单位电耗,表DGR最大值,避免“大马拉小车”！,DGR设计条件下输送单位热量的电耗（无量纲）全日理论水泵耗电量（kWh)-全日供热量（kWh)水泵运行时数，连续运行为24N水泵铭牌总功率（kW)q供热热指标（Kw/)A系统的供热面积P85作业,1.1供热热源节能设计,5、补给水1).在可能条件下，宜设置锅炉给水的除氧设备。COD:化学需氧量又称化学耗氧量（chemicaloxygendemand），简称COD。是利用化学氧化剂（如高锰酸钾）将水中可氧化物质（如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等）氧化分解，然后根据残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。有机物对工业水系统的危害很大。含有大量的有机物的水在通过除盐系统时会污染离子交换树脂，特别容易污染阴离子交换树脂，使树脂交换能力降低。有机物在经过预处理时（混凝、澄清和过滤），约可减少50%，但在除盐系统中无法除去，故常通过补给水带入锅炉，使炉水pH值降低。有时有机物还可能带入蒸汽系统和凝结水中，使pH降低，造成系统腐蚀。在循环水系统中有机物含量高会促进微生物繁殖。因此，COD都是越低越好。,1.1供热热源节能设计,2).建议改变建筑物高点集气罐的手动放风方式，采用自动排气阀。自动排气阀：用在供暖系统上如暖气片、地板采暖、锅炉系统中排除系统空气的一种功能性阀门，经常安装在系统的最高点，或者直接跟分水器、暖气片一起配套使用。主要是为排除内部空气，使暖气片内充满暖水，保证房间温度。暖通空调系统在运行过程中，水在加热时释放的气体如氢气、氧气等带来的众多不良影响会损坏系统及降低热效应。诸如：由氧化导致的腐蚀；散热器里气袋的形成；热水循环不畅通不平衡，使某些散热器局部不热；管道带气运行时的噪声；循环泵的涡空现象。所以系统中的废气必须及时排出。(写在书上）,3).在自动排气阀的上游管道上，宜设置关闭阀(各种阀门）和y形过滤器以减少排气阀故障并方便检修。y形过滤器又名除污器、过滤阀，是输送介质的管道系统不可缺少的一种装置，其作用是过滤介质中的机械杂质，可以对污水中的铁锈、沙粒、液体中少量固体颗粒等进行过滤以保护设备管道上的配件免受磨损和堵塞，可保护设备的正常工作。当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，处理后重新装入即可，因此，使用维护极为方便。（写在书上）,1.1供热热源节能设计,六、计量与监测仪表锅炉房内应设有耗用燃料的计量装置和输出热量的计量装置。为使供热锅炉房的运行管理走向科学化，设计中应考虑锅炉房装设必要的计量与监测仪表。总耗水量水表、补给水量水表、动力电表、照明电表、热量激或热流计、供回水温度自动记录仪等。七、连续供热运行制度,1.1供热热源节能设计,图1-1锅炉房及供热系统l-锅炉；2-鼓风机；3-引风机；1-循环水泵；5-补给水,1.2室外供热管网设计（六方面）,一、管网设计的水力平衡二、改变大流量、小温差的运行方式，提高供水温度和输送效率三、推广热水管道直埋技术(已成型),降低基础投资和运行费用四、管网冲洗、设除污器五、管网保温六、推广管道充水保护技术，防止管道腐蚀,1.2室外供热管网设计（六方面）,一、管网设计的水力平衡为了避免水力失调，使不利建筑达到起码的舒适温度，常规一般有两种方法：（一）加大循环泵的循环水量（二）提高整个管网的运行水温水力失调：供热管网是由众多串,并联管路以及各热用户组成的一个复杂的相互连通的管道系统,在运行过程中,由于各种原因的影响,往往使得网路的流量分配与各用户的设计要求不相符合,各用户之间的流量要得新分配。热水供热系统中,各热用户的实际流量与要求流量之间的不一致性称为热用户的水力失调.（作业）,供暖系统产生水力失调的原因：（作业）1）管径设计不合理，某些管径太细；2）某些设备或局部阻力过高的部件实际使用流量过小；3)系统中有杂物阻塞；4)管道坡度反坡或坡度及流速设置不合理，导致系统排气不畅；5)系统大量失水；6)系统定压过低，造成不满水运行；7)水泵扬程、流量与使用工况不匹配。,1.2室外供热管网设计,为避免水力失调，达到水力平衡，在各环路的建筑入口处设置手动调节阀或平衡阀。水力平衡阀：亦称自力式平衡阀、流量调节阀、流量控制器、动态平衡阀、流量平衡阀，是一种直观简便的流量调节控制装置，管网中应用水力平衡阀可直接根据设计来设定流量，阀门可在水作用下，自动消除管线的剩余压头及压力波动所引起的流量偏差，无论系统压力怎样变化均保持设定流量不变，使管网流量调节一次完成，把调网工作变为简单的流量分配，有效的解决管网的水力失调。（写在书上）作业主要应用于集中供热（冷）等水系统中，使管网流量按需分配，消除水系统水力失调，解决冷热不均问题，可节能、节电15%-20%。,平衡阀,阀门的种类很多，且有多种分类方法：一、按用途和作用分类1、截断阀类：主要用于截断或接通介质流。包括闸阀、截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等。2、调节阀类：主要用于调节介质的流量、压力等。包括调节阀、节流阀、减压阀等。3、止回阀类：用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回阀。4、分流阀类：用于分配、分离或混合介质。包括各种结构的分配阀和疏水阀等。5、安全阀类：用于超压安全保护。包括各种类型的安全阀,二、通用分类法这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为：闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、止回阀、节流阀、安全阀、减压阀、疏水阀、调节阀。,止回阀：允许介质单向流动，若阀后压力高于阀前压力，止回阀会自动关闭。闸阀：用于截断介质流动，当阀门全开时，介质可以象通过一般管子一样，不改变流动方向，因而压损较小。蝶阀：靠改变阀瓣的角度实现调节和开关，由于阀瓣始终处于流动的介质之间，所以形成的阻力较大，因而较少选用。截止阀：截断介质流动，有一定调节性能，压力损失大，常用来截断蒸汽的流动。球阀是截断介质流动，可旋转90度的动作，旋塞体是球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。当球旋转90度时，在进、出口处应全部呈现球面，从而截断流动。,闸阀,止回阀,球阀,截止阀,止回阀,球阀,1.2室外供热管网设计,二、改变大流量、小温差的运行方式，提高供水温度和输送效率（书P90）,1.2室外供热管网设计,三、推广热水管道直埋技术(已成型),降低基础投资和运行费用城镇直埋供热管道技术规程1999.6.1实施建议在DN500以下管道积极推广直埋敷设。四、管网冲洗、设除污器中华人民共和国国家标准采暖与卫生工程施工及验收规范GBJ242-82,1.2室外供热管网设计,五、管网保温室外供热管网的保温是供热工程中十分重要的组成部分。,表1-5供热管道的最小保温厚度(mm),1.2室外供热管网设计,六、推广管道充水保护技术，防止管道腐蚀,管道腐蚀C扫描成像检测,机械循环热水采暖系统,在系统中设置了循环水泵，靠水泵的机械能，使水在系统中强制循环。增加了系统的经常运行电费和维修工作量；但由于水泵所产生的作用压力很大，因而供暖范围可以扩大。可用于单幢建筑物、多幢建筑，甚至发展为区域热水采暖系统。机械循环热水采暖系统成为应用最广泛的一种采暖系统。,一、机械循环热水采暖系统与自然循环主要区别,二、机械循环热水采暖系统的主要型式有哪些？,垂直式,水平式,上供下回,单管系统,双管系统,下供下回双管系统,中供式系统,下供上回式（倒流式）系统,混合式系统,顺流式,跨越式,1、机械循环上供下回式采暖系统,上供下回式采暖系统特点,符合建筑物热负荷分布规律散器平均温度高系统热形式简单施工方便造价低缺点是不能进行局部调节,立管、是双管式系统，主要优点是可以调节流量。,立管是单管系统，它的优点是经济好，施工简单，运行管理简单，水力工况稳定。,立管是单管跨越式系统。散热器面积增加，支管装阀门，造价高，施工工序多，多用于需进行局部调节散热器散热量。,立管V,在高层建筑（通常超过六层）中，可采用跨越式与顺流式相结合的系统形式上部几层采用跨越式，下部采用顺流式。,2、下供下回式采暖系统,系统的供水和回水干管都敷设在底层散热器下面。在设有地下室的建筑物中或在平屋顶建筑棚下难以布置供水干管的场合，常采用下供下回式系统。,下供下回式系统排除空气的方式主要有两种：通过顶层散热器的冷风阀手动分散排气。或通过专设的空气管手动或自动集中排气。,机械循环下供下回热水采暖系统,下供下回式采暖系统特点,在地下室布置供水干管，管路直接散热给地下室，无效热损失小。在施工中，每安装好一层散热器即可开始供暖，给冬季施工带来很大方便。排除系统中的空气较易。,3、中供式采暖系统,水平供水干管敷设在系统中部。下部：上供下回；上部：下供下回（左）上供下回（右）,中供式系统可避免由于顶层梁底标高过低,致使供水干管挡住顶层窗户的不合理布置,并减轻了上供下回式楼层过多,易出现垂直失调的现象；但上部系统要增加排气装置。中供式系统可用于加建楼层的原有的建筑物或“品”字形建筑（上部建筑面积少于下部的建筑）供暖上。,4、下供上回式（倒流式）采暖系统,系统的供水干管设在下部，而回水干管设在上部，顶部还设置有顺流式膨胀水箱。,机械循环下供上回（倒流式）热水采暖系统,无需设置集气罐等排气装置（水与空气流动方向一致）。底层散热器的面积减小，便于布置。当采用高温水采暖系统时，可减少布置高架水箱的困难。散热器的面积要比上供下回顺流式系统的面积增多。,下供上回式采暖系统特点,机械循环下供上回（倒流式）热水采暖系统,5、混合式采暖系统,混合式系统是由下供下回式(倒流式)和上供下回式两组串联组成的系统。,由于两组系统串联，系统的压力损失大些。这种系统一般只宜使用在连接于高温热水网路上的卫生要求不高的民用建筑或生产厂房。,6、异程式采暖系统,通过各个立管的循环环路的总长度不相等。这种布置形式称为异程式系统。,7、同程式采暖系统特点,同程式系统,通过最近立管I的循环环路与通过最远处立管的循环环路的总长度都相等。因而压力损失易于平衡。在较大的建筑物中，常采用同程式但同程式系统，管道的用量多于异程式系统。,8、水平式系统,按供水管与散热器的连接方式可分为顺流式和跨越式。这些连接方式，在机械循环和重力循环系统中都可应用。,单管水平串联式图单管水平跨越式图1冷风阀；2空气管1冷风阀；2空气管作业,水平式系统的排气方式要比垂直式上供下回系统复杂些。需要在散热器上设置冷风阀分散排气，或在同层散热器上部串联根空气管集中排气。对较小的系统，可用分散排气方式。对散热器较多的系统，宜用集中排气方式。,水平式系统排气,与垂直式相比水平式系统有哪些优点?,系统的总造价，一般要比垂直式系统低；管路简单，无穿过各层楼板的立管，施工方便；有可能利用最高层的辅助空间(如楼梯间、厕所等)，架设膨胀水箱，不必在顶棚上专设安装膨胀水箱的房间。这样不仅降低了建筑造价，还不影响建筑物外形美观。计量容易。,1.3分户计量节能技术,是节约能源，提高用户用热的舒适度，改善大气质量和生态环境的有效措施。,按面积收费,按用热量收费,一、新建集中采暖住宅分户热计量采暖系统,新建集中采暖住宅应根据采用的热量计量的方式选用不同的采暖系统形式。当采用热分配表加楼用总热量表计量方式时宜采用垂直式采暖系统；当采用户用热量表计量方式时应采用共用立管分户独立采暖系统。P91作业P92,垂直式采暖系统宜为垂直单管跨越式系统和下供下回异程式垂直双管系统；当采用户用热量表计量方式时应采用共用立管分户独立采暖系统。(作业）,典型建筑物热力入口图示,1阀门2压力表3过滤器4温度计5压差或流量控制阀6流量传感器7积分仪8温度传感器,典型户内系统热力入口图示,1锁闭调节阀2过滤器3热量表4锁闭阀5温度传感器6关断阀7镀锌管8户内系统管道（书P94）,共用立管分户独立采暖系统的户内管道布置形式,机械循环热水采暖系统,放射双管式系统,机械循环热水采暖系统,低温热水地板辐射采暖系统,机械循环热水采暖系统,低温热水地板辐射采暖系统,低温热水地板辐射采暖系统,低温热水地板辐射采暖系统也称地板辐射式供暖：是通过埋设于地板下的加热管把地板加热到表面温度1832，均匀地向室内辐射热量和对流散热而达到供暖效果。可以由分户式燃气供暖炉、市政热力管网、小区锅炉房、地源热泵等各种不同方式提供热源。其优点为：1）地面温度均匀，室温自下而上逐渐递减，舒适度高。2）室内对流减弱，有较好的空气洁净度。3）较为节能，幅度为2030%。4）有利于室内装修，增加23%的使用面积。5）有利于隔声和降低楼板撞击声。缺点：1）埋管建筑面层增加814cm，占用建筑层高。2）地面装修时易损坏地下管线。3）设定温度不能太高，否则降低管道寿命。4）对于复杂区域、地面面积不满足辐射管线条件时，需借助其他形式散热设施。5）室温升温比散热器慢。6）地面装饰材料受限，铺木地板干裂，宜选用复合地板或地砖。（作业）,低温热水地板辐射采暖系统,地板辐射式供暖供水温度60，供回水温差10左右为宜；散热器热水供暖系统供水温度不超过95，一般采用9570，较大幅度降低热媒设计参数是不合理的，热媒平均温度每降低10，散热器数量约增加20%。低温热水地板辐射采暖,在相同热舒适条件下的室内温度可比对流采暖时的室内温度低23,因此计算低温热水地板辐射采暖的热负荷时,将室内温度取值降低2。（作业）,下供下回水平双管系统,机械循环热水采暖系统,上供上回水平双管式系统,机械循环热水采暖系统,水平单管跨越式系统,二、高层住宅分户热计量系统,高层住宅分户计量采暖系统采用共用立管分户独立采暖系统时，每副共用供回水立管每层连接的户数不宜大于三户，当每层户数较多时，应增加共用立管数量或采用分集水器连接。因高层住宅封闭性强，住户复杂，热表应尽量出户，土建应预留足够的管井空间。设计规范规定：建筑物的热水供暖高度超过50m时，宜竖向分区设置，目的是减小散热器及配件所承受的压力，保证系统安全运行。,三、既有集中采暖住宅分户热计量改造,（一）既有住宅采暖系统存在的问题1.调控困难、能源浪费严重2.热费收取不合理，收费困难3.系统管理困难,双管系统改造方案,单管顺流式系统改造方案,集中供热按户计量的主导方式是采用热量表和热量分配表计量，而采用热量表或热量分配表按户进行计量对采暖系统形式的要求却大不相同。热量表是根据测量采暖系统入户的流量和供回水温度来计算热量的，因此分户计量要求采暖系统在设计时每一户要单独布置成一个环路。对于多层和高层住宅建筑来说，若想每一户自成一个环路，系统首先应具有与各户环路连接的供回水立管，然后户内可根据情况设计成双管水平串联、单管水平跨越式、双管水平并联式、上供下回式、上供上回或地板辐射采暖等系统形式。,课题2分户热计量采暖系统形式,4.2.1适合热量表的采暖系统,上述两种下分式系统的供回水水平支管均位于本层散热器下，根据具体情况，管道可采取明装方式，即沿踢脚板敷设，亦可采取暗敷方式，暗敷时常用以下两种方法：1)暗敷在本层地面下沟槽内或垫层内；2)镶嵌在踢脚板内。采用暗敷方式时，需注意不同管材的连接方式。不同塑料管材应采取不同的连接方式。对于PB管、PP-R管，根据管材特点，除分支管连接件外，垫层内不宜设其他管件，且埋入垫层内的管件应与管道同材质，可采用热熔连接的方式；而对于PEX管和XPAP管，不能采用热熔连接的方式，而且垫层内不应有任何管件和接头，水平管与散热器分支管连接时，只能在垫层外用铜制管件连接。,课题2分户热计量采暖系统形式,从水力学意义上讲，户内形式为双管系统和单管跨越式系统时，均可实现分室控温的功能，即每组散热器散热量可调。但是从变流量特性角度分析，户内系统采用双管形式要优于单管跨越式系统。主要体现在两个方面：1)双管系统具有良好的变流量特性，即户内系统的瞬时流量总是等于各组散热器瞬时流量之和，系统变流量程度为100；而对于单管跨越式系统，即使每组散热器流量均为零时，户内系统仍有一定的流量，而且旁通流量还很大。2)双管系统中散热器具有较好的调节特性，进入双管系统中散热器的流量明显小于进入单管跨越式系统中散热器的流量，相对而言，更接近或处于散热器调节敏感区。,课题2分户热计量采暖系统形式,（1）下分式双管系统（如图4-1所示）（2）下分式单管跨越式系统（如图4-2所示）,图4-1下分式双管系统示意图,(a)双管异程式系统；(b)双管同程式系统,1温控阀；2户内热力入口；3散热器,图4-2下分式单管跨越系统示意图,(a)单管同程式系统；(b)单管异程式系统,1温控阀；2户内热力入口；3散热器,课题2分户热计量采暖系统形式,（3）上分式双管系统（如图4-3所示）（4）上分式单管跨越式系统（如图4-4所示）,图4-3上分式双管系统示意图图4-4上分式单管跨越系统示意图(a)双管异程式系统；(b)双管同程式系统(a)单管异程式系统；(b)单管同程式系统1温控阀；2户内热力入口；3散热器1温控阀；2户内热力入口；3散热器,课题2分户热计量采暖系统形式,（5）放射式(章鱼式）双管异程式系统（如图4-5所示）（6）地板辐射采暖（如图4-6所示）,图4-5章鱼式双管异程式系统示意图,图4-6地板辐射采暖系统示意图,1温控阀；2户内热力入口；3散热器,1温控阀;2集、分水器;3户内热力入口,课题2分户热计量采暖系统形式,热分配表的使用方法是：在每个散热器上安装热量分配表，测量计算每个住户用热比例，通过总表来计算热量；在每个采暖季结束后，由工作人员来读表，根据计算，求得实际耗热量。（1）垂直式单管系统改原有顺流式单管系统为带跨越管、温控阀的可调节系统，是旧系统改造最容易而可行的一种方式。一般有两种形式：一种加两通温控阀(如图4-7)，一种加三通温控阀(如图4-8)。,4.2.2适合热分配表的采暖系统,课题2分户热计量采暖系统形式,图4-7加两通温控阀的垂直单管系统,图4-8加三通温控阀的垂直单管系统,课题2分户热计量采暖系统形式,（2）垂直式双管系统由于双管系统存在的垂直重力失调原因，往往只应用于4层及以下采暖系统。在每组散热器入口处安装温控阀(如图4-9)，不仅可使系统具有可调性，而且增大了末端阻力。温控阀一般推荐的压降约为10kPa，而每米高差的“自然作用压力”只有约160Pa（供回水温度9570），相对温控阀而言非常小。所以对于设有温控阀的双管系统。楼层数对系统水力工况影响很小。,图4-9加温控阀的双管系统,课题2分户热计量采暖系统形式,根据工程实践，共用主立管的形式可以采用如下四种：上供下回同程式、上供上回异程式、下供下回异程式、下供下回同程式如图4-10所示。,图4-10主立管系统形式示意图(a)上供下回同程式系统；(b)上供上回异程式系统；(c)下供下回异程式系统；(d)下供下回同程式系统,4.2.3共用立管和户内管道,课题2分户热计量采暖系统形式,热计量方式的选择是推广计量供热技术的急需解决的问题。国外经过数十年的实践，已形成一系列成熟的技术和经验。国内的供热行业相关部门和大专院校、研究院近些年结合中国国情也进行了一些研究。就目前的计量技术而言，对热量的计量可以达到相当准确的程度。但对于供热系统来说，必须从技术和经济两方面考虑，不必要追求过高的精度，而是要求计量系统在满足必要精度的同时还要有足够的运行稳定性和适应我国相关技术的发展水平。如何根据我国的实际情况，选择技术可靠、经济合理的热计量方式，是关系到计量供热