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颖儿yuki
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阳光白龙

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一、供热系统消耗能量的环节和评估1.供热系统消耗能量的环节供热系统由热源反热能送达热用户,一般都要经过热制备、转换、输送和用热这几个环节。我国城市集中供热热制备主要来自燃烧化石燃料(煤、油、气)的区域锅炉房和城市热电厂。区域锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓风机和引风机、水制备和输配系统的水泵(循环水泵、补水泵和加压泵);它们耗用的能源是燃料、电力、水和热;通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。热电厂是由抽凝式、或背压式(包括恶化真空)供热机组排(抽)汽通过热能转换装置(通常称为首站热交换器)传递给热网系统;首站是供热系统的热源,主要耗能设备是热交换器、输配系统的水泵。它们耗用的能源是蒸汽、电力、水和热;通常可能用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。热能输送由热网承担,供热管道由钢管、保温层和保护层组成,其结构依敷设而异。管道敷设有架空、管沟和直埋三种方式。它们的能量消耗是沿途散热的热损失和泄漏的水、热损失。一般可用热网热效率来表示其保温效果和保热程度;热网补水率来表示热网水泄漏的程度。在热网管线上有时还设置中间加压泵,以降低和改善系统水力工况(设置在非空载干线上,还能节省输送电耗),它的能量消耗设备是水泵,可用单位供热量的耗电量来评定耗能水平。 毕业论文 能量转换是通过热力站交换器把一级网的热能传递给二级网,并由它输送到热用户。热力站是二级网的热源,主要耗能设备是热交换器、二级网系统循环水泵和补水泵。它们耗用的能源是一级网高温水/蒸汽、电力、水和热;通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。用热环节即终端系统用热设备。城市集中供热主要是建筑物内的采暖(为简化分析只谈最大热用户)。一般都是通过采暖散热器把热传给房间以保持舒适的室内温度。它的耗能设备是采暖散热器。其能耗量取决于建筑维护结构保温性能、保持的室内温度和外界环境的温度;其耗热量可通过计量进入的循环水量和供、回水温差积分获得。通常以单位供暖面积的耗热量来评定耗能水平。2.系统热耗的估计供热系统从热制备→转换→输送→用热环节的能量进入和输出必须相等,即:输入能量=可用能量+∑能量损失能源利用率=可用能量/输入能量可以这样认为:供热系统是由多个子系统组成。热用户是终端,采暖散热器是终端用热设备。热力站、二级网和终端组成二级网子系统,热力站热交换器成为该子系统的能量转换点,一级网水则为它的热源。锅炉房(或热电厂首站),一级网和热力站组成一级网子系统,热力站是该子系统的热用户,锅炉受热面(或首站热交换器)成为能量转换设备,锅炉(或热电厂流经汽机制蒸汽)是热源。锅炉本体(或热电厂)自成一个子系统,称为热源子系统。若设采暖散热器耗为NO,二级网管路热损失为E1,泄露漏热损失E2,热力站内热损失E3,二级网管路热损失为E4,泄漏热损失E5,锅炉房(首站)内热损失E6。输入能量是燃料热N3,能量损失包括化学不完全燃烧损失E7、固体不完全燃烧损失E7、飞灰热损失E8、灰渣热损失E9,排烟热损失E10、(热电厂还应增加一项;供热分担的厂内热损失E11),输出则是二级网子系统的输入能量N2。 毕业论文 则:一级网子系统的输入热量N1=NO+E1+E2+E3一级网子系统热能利用率B1=100×NO/N1(%)二级网子系统的输入热量 N2=N1+E4+E5+E6二级网子系统热能利用率B2=100×N1/N3(%)热源子系统的输入热量N3=N2+E7+E8+E9+E10(+En)热源子系统热能利用率B3=100×N2/N3即锅炉热效率(热电厂热效率)(%)供热系统热能利用率B=B1×B2×B33.系统电耗的估计系统电耗评估与热能评估一样可以子系统后叠加。系统主要耗电设备有循环水泵、补水泵、鼓风机和引风机等,它们单位供热量的电耗由下式计算:(1)水泵耗电量式中,G……水泵运行流量 m3/h;ΔH……水泵运行扬程 m;η……水泵运行效率%;∑NO……系统供热量; h……有效小时数。(2)风机耗电量可用同一个计算公式。此时式中,G……风机运行风量 h;ΔH……风机运行风压 m;η……风机运行效率(对皮带传动应包括机械传动效率)%;∑NO……系统供热量4.系统泄漏损失的估计系统泄漏损失导致水资源和热能两方面损失。毕业论文 http://www.bylw8.com(1) 水资源损失量可认为等于系统补水量BS。若系统运行循环水量为G,则系统补水率P=100×BS/G (%)(2) 系统泄漏热损失由下式计算:单位供热量的泄漏热损失BR=(P×G×ρ×c(t1-t0)/∑NO)式中ρ……水的密度,C……水的比热,t1……供水温度,t0……水源温度二、从供热系统供热现状看节能潜力下面列举一些实例,一是说明供热系统供热现状能耗存在着很大的差别,节能潜力巨大。二是说明经科学技术来改进和完善的系统,节能效果显著。1.1993年北京对住宅供暖煤耗进行抽查,结果是煤耗差别很大;数据如表2-1;1993年北京住宅供暖煤耗情况统计 表2-1单位供暖面积煤耗(kg/m2)22253139占全市最单位的百分数(%)5204530与全市煤耗平均值比较(%)-30.71-21.26+2.36+19.08说明:H煤发热量为23.03MJ/Kg毕业论文 全市煤耗平均值为32.75 Kg /m2。2.沈阳惠天热电有限公司沈海热网(原沈阳第二热力公司)应用微机监控,节能可观:该公司于1993年12月7日对33个微机监控的热力站统计,采暖平均热指标为35.5Kcal/h·m2,而无微机监控的热力站统计,采暖平均热指标为42 Kcal/h·m2。这说明采用微机监控,实施科学运行,消除系统失调,可节能15%左右。3.山东省荣成市供热公司安装自力式平衡阀,即节能又增收:该公司文化站(热力站)是以热电厂蒸汽为热源的一个热力站。供热面积12万平方米,分东、南、西北三条支线,连接91热用户。1997年在供水或回水管上共安装73台自力式流量控制器(除末端和压差较小的引入口不设置外,占全部热用户的80%),使热网系统水力工况大为改善;原来三条支线的供回水温差分别为东区5.5℃、南区9.1℃、西北区15.2℃,现在的供回水一样,都是13℃,实现了水力平衡;经调整后的单位供热面积循环水量在2-3公斤/小时,大多数在2.5公斤/小时,达到设计要求;在与去年蒸汽用量持平的情况下,增加供热面积1万平方米,增收用户热费达18.8万元。只运行一强45KW的水泵(原来是二台30KW的水泵),节约循环水泵电费约70万元。说明二级热网改善,解决水平失调,就可节约热能8%,循环水泵电功率减少25%。毕业论文 http://www.bylw8.com4.山东省烟台技术开发区热力公司发现架空和地沟敷设管道的热损失很大:该公司于去年冬天对热力管道保温状况进行测定。发现热网效率低于90%,其中架空和地沟热损失占85.5%,其保温效果远不如直埋敷设。经初步整理的结果如表2-2。三种敷设方式管道保温状况实测数据表 2-2敷设方式架空地沟直埋管道外径(mm)820820529测点间距(m)3552133.52647保温材料/厚度(mm)海泡石/20岩棉/68聚氨脂/50实测流量(m3/h)22281364→2073353.5→447.3管壁温度(℃)69.8→9.569.5→67.969.3→8.4单位面积热损失(W/m2)85057292沿途温度降(m2/km)0.850.750.34说明:实测时间:1999.2.1. 实测时室外温度:3-4℃ 毕业论文 http://www.bylw8.com5.山东省烟台市民生小区计量收费改造试验有效果:1997年在建设部城建司的指导下,美国霍尼韦尔公司与烟台市合作在烟台市民生小区建立示范点进行计量收费的实验。试验有单管式和双管式系统,并有相应的对比楼。试验楼内采暖系统入口都安装热量计、散热器前都设温控阀;入口的自力式压差控制阀、立管的平衡阀、散热器回水支管制流量表、散热器上的热分配器按不同方案设置、对比楼内只在采暖系统入口安装热量计。根据一个冬季运行的数据表明,没有过热和地冷现象,用户满意,能耗都低于对比楼,节能率4.13-10.76。三、供热系统能耗悬殊的原因分析1.设备效率的不同¨锅炉热效率是衡量热源子系统热能利用率的指标。体现燃料热被有效利用的程度。,燃煤供热锅炉的设计热效率(≥7MW)一般在75-85 %(燃油、汽供热锅炉热效率在90%左右)。但在使用时,由于锅炉结构、燃料供应、技术水平、管理水平、人员素质等方面不同的原因,使锅炉的运行效率差别很大。好的,能达到设计热效率,保证锅炉出力。差的,燃烧不完全、排烟温度高、各项热损失大,热效率不及50%,锅炉出力大帐降低;导致能源浪费,大气环境污染增加。¨风机、水泵效率是电能转化为有用功的份额,体现电能被有效利用的程度:目前,风机、水泵效率一般在55-75%。它们的流(风)量和扬程(压头)的选择与配置是十分重要的,选择与配置得当,装机电功率合适,运行工作点处于设备高效率区域,电耗少。选择与配置不当(一般是偏大),装机电功率偏大,运行工作点偏离设备高效率区域,则电耗多,两者的相差可达10-30%。不仅如此,锅炉的鼓、引风机配置不当,还会导致锅炉热效率下降。循环水泵配置不当,还会系统水力工况。 毕业论文 风机是热源子系统的主要附属设备,水泵是热网(一级和二级)网子系统的主要设备。其电耗大小,不但对电资源有影响,也对运行成本有显著影响。由于城市集中供热热负荷有随气候及用热变化的特点,设置变速风机和水泵已在并被实践证明可以进一步节能。2.输送条件的不同:¨热网热效率是输送过程保热程度的指标,体现管道保温结构的效果。一般热网热效率应大于90-95%。从上面实测情况看,直埋敷设管道能达到这一要求;而架空和管沟都达不互要求,其热损失远大于10%。如果地沟积水,管道泡水,保温性能遭破坏,其热损失甚至大于裸管。这一广泛存在于早期建设的热网。¨热网补水率可近似认为(忽略水热胀冷缩的补充)是输送过程失水的指标。目前,热网(特别是二级网)运行补水率差别很大,在0.5-10%范围变化。正常情况下,应在2%左右;好的,补水率可在1%以下;差的,管道泄漏和用户放(偷)水严重,补水率可达10%左右。系统泄漏丢失的热水,补充的是比回水低得多的冷水(一般是10-15℃),要把它加热到供水温度至少是循环水的三倍(二级网运行供水温度一般为55-85℃,回水温度40-60℃)。这就是说,系统补水不仅是水耗问题,热耗是更大的问题。例如:补水率1%,即相当于减少至少3%的供热量;补水率10%,则相当减少至少30%的供热质量,其差别多大呀! 毕业论文 http://www.bylw8.com3.运行技术水平的不同:¨热网水力失调度是流量分配不均程度的指标:按用户热负荷分配流量,使每个用户室温达到一致且满足要求,则失调度为1,即热网无水力的失调,若分配不当,出现冷,热不均现象,说明有水力失调,其失调度是大于或小于1。大于1,会把用户室温过高,导致热量浪费,小于1,会使用户室温达不到要求,供热不合格是不允许的。为解决失调问题,正确的做法应该是改进和完善热网,如在终端设置自力式流量平衡阀或其它有效措施;但至今仍然有大量的系统工程不同程度地采用'大流量小温差'来缓和这一问题。其实,'大流量小温差'运行并不减少供热量的热损失,而且带来循环水泵电耗的在幅度增加和热源供热量的增大(电耗与流量、扬程成正比;在管网不变条件下,电功率随流量的三次方变化)。实例说明,解决水力失失调,系统在设计流量下运行,能挖出8-15%的供热量。¨科学运行调度实施按需供热,实现设备长期在高效率区间运行:做到这一点,供热能耗就会降低,违背这一点的,供热能耗就会升高。下面仅举几例说明:☆根据实际情况,制订调节方式:目前,一般采用质调节。有些系统条用质、量并调,在初、末寒期适当减少循环不泵运行台数,就明显降低电耗。国外普遍采用量调节,其原因是:①量调节的循环水泵电耗最少。从上说,在管道尺寸已经确定的情况下,减少流量和降低电耗是三次方关第。如流量减少30%,电功率节省65.7%,对于多数地区一长段时间用70%左右的流量运行,年减少电耗40%左右是不成问题的。这是一个十分可观的节能数字。②量调节对用户用热量变化的响应比质调节快得多,质调节的温度变化从热源到用户的传递是以流速进行,管道中水流速为1至2米/秒,传送到1公里远的用户需要的时间是8分20秒-16分50秒,如果传送到10公里远的用户就需要1.5-3小时;如果水流速低,传递时间将增加。而量调节是以声速传递,其响应几乎是同步的,因此,一级网采用量调节是发展趋势。量调节应采用变速循环水泵,采用阀门节流的量调节运行,省电很少。 毕业论文 按照室外温度绘制运行负荷图、温度图、流量图甚至时间图,并以它们指导运行。这样可以避免初、末寒期供大于需,浪费能量。☆热源的容量和台数是由设计人员根据设计负荷、最大负荷、最小负荷和平均负荷的大小而确定的。运行时应根据热负荷的大小选择投入台数,这是因为锅炉热效率是随运行负荷变化的,一般地说,每台都维持在80%以上负荷能获得高效率运行。低负荷运行效率降低,这里有10%以上的节能潜力。☆设置热源和热网的微机监控系统,可实行最优化的运行调节和控制,实践已说明是目前实现运行节能的有效技术措施。4.管理体制和水平的不同:¨供热单位正处于体制转轨过渡时期,自我经营、自我改造和自我发展的思想和能力有差别:在供热从福利变为商品、经营单位从事业机构转变以的期间,有的已经成为自负盈亏的企业(包括承包的),为质量保证和效益驱动,在上级主管部门支持下积极以科学技术改进和完善系统,以高质量商品供给用户,以减少能耗来降低成本和提高经济效益。有耕耘就会有收获,因而能源利用率逐年提高。有的还停滞不前留原来的位置,热费收不上、效益谈不上、改造无资金;老系统、老设备、老,于是,能耗就居高不下,能源利用率也就居高不下毕业论文 http://www.bylw8.com¨供热单位管理水平的不同显著影响能耗:人员和技术管理、系统和设备的检查、保养、维修和改造更新,……等差别对能耗影响是不言而喻的。例如,链条炉采用分层燃烧技术,就能改善燃烧提高热效率,保护和保持管道无泄漏和保温结构完好,就能减少大量能源浪费;严格水处理和保持水质,维持转换设备传热表面清洁,就能减少传热热阻、提高设备传热效率;对用户实行计量收费,就能刺激用户节能的积极性;……等等。不一一列举。四、依靠科学技术提高供热热源利用率1.利用科学技术提高能源利用率:所谓'节能潜力'是预测一定时期内,耗能系统和设备的各个环节,利用当前科学技术,采取技术上可行、经济上合理、优化系统和设备以及用户能接受的措施后,可取得的节能效益(减少能耗量或降低能耗率)。也就是说,预测通过技术改造和用户可接受的有效措施后,可取得的系统能源利用效率提高的程度。2.与先进评估指标的差距体现节能的潜力:节能的潜力是通过分析对比得出的。目标是反各个耗能环节现有的耗能指标提高到先进水平,其运行评估指标的变化量则体现了节能潜力。因此,其潜力大小于对比对象和自身的基础有关,所以,各单位、各系统的潜力是不可能完全相同的。毕业论文 各环节欲追求的先进评估指标可以选用:①上最好的水平;②国内先进水平;③全国平均水平;④国际先进水平;⑤理论上能达到的最高水平。而且,随着节能科学技术的发展,系统和设备的不断进步和完善,选择先进的评估指标也会不断变化。3.寻找能耗差距,制订可行措施,挖掘节能潜力:每个供热低位要定期检测评估各耗能环节的能耗指标,对比先进指标寻找能耗差距,分析能耗差别的原因,结合实际情况,研究和提出为实现先进指标的可行(包括技术和管理等方面)方案,经技术经济论证认为技术可行且经济合理后才能(分期或一次)实施。实施后,在运行中再检验是否达到预测的应挖掘的节能潜力和经济效益。

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城市集中供热管网设计之浅见[内容摘要] 通过分析城市集中供热管网设计中问题,对管网布置、直埋敷设等提出自己粗浅的看法[主 题 词] 城市集中供热管网、布置类型、直埋敷设、补偿器应用、水力平衡随着经济发展和居民生活质量的提高,城市集中供热因其易控制、能源利用率高,供热范围广和环境影响较低等优势得到迅速发展。但随着城市集中供热的推广和室内采暖系统采用热计量,也产生了一系列的问题。对城市集中供热管网设计也提出了更高的要求。本文就供热管网设计的几个技术问题进行分析。一、城市集中供热管网布置类型城市集中供热管网布置与热媒种类、热源与热用户相互位置有一定的关系,其布置应考虑系统的安全性和经济性。城市供热系统的特点是热用户分布区域广、分支多。在管网发生事故时,通常允许有若干小时的停供修复时间。有些热网为提高供热可靠性和应付供热发展的不确定性,在规划设计时就将热网象市政给水管网一样成网格状布置,但这样存在一定的问题,热网水力工况和控制的十分复杂,同时网格状管网投资非常高。在城市多热源联合供热时,有些规划设计时将热网主干线设计成环管网环状布置,用户管网是从大环网上接出的枝状管网,这种布置方式具有供热的后备性能,运行安全可靠,但热网水力工况和控制的也比较复杂,投资很高。在充分考虑系统的安全性和经济性的前提下,笔者认为城市热力管网应是多条枝状管网放射型布置。在规划设计时,根据城市规模、热用户分布及热源位置布置几条输配主干线,在实施过程中根据供热能力和热用户情况,逐步完善不同的主干线。当城市供热主干线骨架形成后,适当敷设连通管,在正常工作时连通管上的阀门关闭,当主干线某段出事故时,可利用连通管进行供热。这种热网布置形式保证了枝状管网适应不确定热用户的发展,如果一条干管供热能力不够,敷设相邻干管时加大其供热能力就可以解决,以达到供热管网输配能力最优化,不必象环状管网那样先埋入较大管道去等负荷确定的热用户。二、热力管道直埋敷设供热管网直埋敷设由于占地面积小、工程造价低、施工周期短、保温性能好等特点,在实际工程中得到了广泛应用。正确认识热力管道直埋原理,合理选择敷设方式是很关键的。热水管道直埋与架空或管沟敷设主要不同之处在于直埋敷设的供热管道保温结构与周围土壤直接接触,管道热胀冷缩的过程受到土壤摩擦力约束,此时管道处于锚固状态,在热胀冷缩过程中产生的位移势能,被储存在管道壁上,使管道受力复杂化。管道直埋敷设方式可分为:无补偿直埋敷设、一次性补偿直埋敷设和有补偿直埋敷设三大类。热力管道的敞开预热无补偿直埋敷设是一种“冷紧”式直埋。工艺过程是在管道焊接完毕后 ,对一定长度管道进行预热,管道受热产生变形,释放一部分热应力,同时对管沟进行回填夯实,利用土壤摩擦力将管道嵌固。这种敷设方式不需要设补偿器和固定支墩,其工程造价最低。但这种方法不仅施工复杂,而且管线预热只能改变管线的热态应力水平,而不能改变它的全补偿值,从管材疲劳的角度来看,在实际采用时应仔细斟酌。一次性补偿直埋也是一种“冷紧”型直埋。工艺过程是:在管道焊接完毕沟槽回填后,对管道进行预热,管道热伸长被“一次性补偿器”吸收,此时立即将“一次性补偿器外壳和管道 焊死,使其不能再次伸缩,这样预热结束后,管道由于温降产生的热应力在管道中表现为拉应力,用以克服管道再次受热时的热应力。有补偿直埋是目前应用最多的敷设方式,因其施工方便,所以得到广泛采用。实际工程中应尽量合理布置补偿器,使管道的补偿器分段长度接近最大安装长度,(管段由于移动所产生的土壤摩擦力在管道截面上产生的应力和材料许用应力相等,这个管段长度即最大安装长度)同时应保证补偿器在固定支墩两侧 对称布置,以减小固定支墩受力,降低支墩土建费用。另外对直线段“驻点”位置的固定支墩应考虑取消,以降低造价。对于小区二次热网,如果仅是为集中空调或地板辐射采暖服务,热媒温度65℃以下,实际工作温度较低,热应力较小,因此热网设计中可根据管网柔性考虑非预热的无补偿直埋敷设。直埋敷设管线最大安装长度Lmax计算如下:Lmax=(2.4ƒ[δ]20-pdi/4s)A/(πDoFf) m式中:A--管道横截面积 mm2Ff--管道外表面摩擦力 N/ m2ƒ--应力范围的减小系数di--管道内径 mmp--设计压力 MPa[δ]20--钢材许用应力 MPaDo--保温管直径 ms--管道壁厚 mm供热管网直埋敷设应注意下列有关事项:直埋管道尽可能直线敷设,管道自然弯曲应限制在5º以内;从主干线引出的分支干线处,应设“L”、”Z”型弯管;水平弯管处应力集中,受力较大,应增加弯头壁厚、加大弯头的曲率半径;在土壤下沉性属于二级或高于二级地区,直埋敷设要采取一定的措施。三、波纹管补偿在热力管网中的应用在热力管网敷设中,补偿器是保证管道安全运行的重要部件。波纹管补偿以其体积小、重量轻、节省钢材、占地面积小、流动阻力小、不易渗漏,已开始占有举足轻重的地位,而且很有发展前景。目前波纹管制造突破了传统的材料和工艺,采用高弹性金属管经滚压一次成型,并采用多层金属结构,从而提高了其补偿能力和承压能力,应用新技术制造的波纹管补偿为其在热力管网中的应用提供了可靠的保证。尽管波纹补偿器有很多优点,但它也有自身的缺点。例如轴向型波纹补偿器对主固定支架产生压力推力,管壁较薄不能承受扭力,设备投资高等。许多设计人员对波纹补偿器的认识还不够全面,因此在设计中存在计算和补偿管系选定不合理问题。波纹管补偿器根据位移形式可基本分为轴向、横向、角向三类,每一类都有各自的优点和缺点,所以必须根据不同的使用条件,恰当地选用才能使波纹补偿器正常工作,做到波纹补偿器设计选型经济、合理。轴向补偿 直管段上的膨胀节对沿膨胀节及管段的轴向方向拉伸与压缩进行补偿。膨胀节给出的额定补偿量包括拉伸、压缩位移的总和。轴向型补偿器。这是应用最多的也是最基本的型式。在工作时主要是利用其波纹部分的轴向变形来吸收管道的轴向位移。横向补偿 是在“L”、“Z”、“Ⅱ”型管道中的补偿形式。通过成对的波纹管弯曲变形实现直线补偿。角向补偿 管路补偿需要膨胀节作弯曲变形,它们往往是两个或三个角向式膨胀节组合使用,实现直线补偿。铰链型补偿器 在结构上由波纹管、活动铰链、销轴组成。该补偿器可在同一平面内作角向偏转,因此可吸收管道在同一平面内的角位移。万向铰链型补偿器 在结构上由波纹管、铰链和万向铰链组成。它可以在任意平面内作角向偏转,从而可吸收管道的任意平面内的角位移(空间角位移)。波纹管的产品性能有两大类:其中一种是为满足使用必须保证的性能,如耐压、耐温、耐疲劳和弹性补偿等;另一类,如刚度、有效面积、材质等,它们不是使用所需要的,但它们对管系的设计及补偿器的使用有重要影响,所以对它们都要有充分的认识。波纹补偿器的补偿能力源于波纹管的弹性变形,有拉伸、压缩、弯曲及它们的组合变形。补偿能力的大小,由设计者根据需要确定规定的额定补偿量,即表示在一定条件下具有的最大补偿能力。热力管网两固定点之间的最大长度是由管道失稳条件决定的,它与管径的大小及补偿器的补偿能力有关,一条管线无论如何复杂都可以通过设置固定支座将其分割成若干形状相对简单的独立管段,如直管段,L形管段,Z形管段等。波纹管补偿器的计算应从以下几方面着手。(1)热力管道的热伸长量通常按下式计算:Δx=α(t1-t2)L其中:Δx —— 管道的热伸长量,mm;α —— 钢管的线膨胀系数,mm/(m ℃),t1 —— 管内介质温度,℃,管内介质指蒸汽、热水、过热水等;t2 —— 管道安装时的温度,℃,L —— 管道计算长度,m。计算管道热伸长量,是为了确定补偿器的所需补偿量,或验算管道因热伸长而产生的压缩应力,所以对于管道的热伸长量应计算其最大值,即取冷态安装条件的最低温度和热态运行条件的最高温度之间的最大温差。由于管网安装的气候条件差异很大,因此t2不应有统一的取值,应根据当时的气候条件和施工环境,确定适当的管道安装温度。(2)安装轴向型补偿器的管道轴向推力F,按下式计算:Fx=Fp+Fm+Fs N式中: Fp——内压力产生的推力, NFS——波纹管补偿的弹性反力 NFm——管道活动支架的摩擦力 N计算固定支架推力时,应按管道的具体敷设方式,参考上述公式按支架两侧管道推力的合力计算。(3)管道应力验算补偿器在内压作用下的失稳包括两种情况,即平面失稳和轴向柱状失稳。A、 平面失稳 表现为一个或几个波纹的平面相对于波纹管轴线发生转动而倾斜,但其波平面的圆心基本在波纹管的轴线上。这是由于内压产生的子午向弯曲应力和周向薄膜应力的合力超过材料屈服强度,局部出现塑性变形所致。B、 柱失稳 波纹管的波纹连续地横向偏移,使波纹管偏移后的实际轴线成弧形或S形(在多波情况下呈S形)。这种情况多数是因为波纹数太多,波纹管有效长度L跟内径d之比(L/d)太大造成的。为避免失稳情况发生,对管道应进行应力验算。管道在工作状态下,由内压产生的折算应力按下式计算:σeq=P[0.5do-Y(s-α)]/ s-α ≤[σ]t MPaP-设计压力 MPado-管线外径 mms-管线设计壁厚 mmY-温度对计算管线壁厚的修正系数α-腐蚀裕量 mm[σ]t-设计温度下的许用应力 Mpa四、推广使用水力平衡元件,提高水输送系数在供热系统中,热媒介质由闭式管路系统输送至各用户。对于一个设计合理,并能够按设计工况运行的供热管网,其各用户应均能获得相应的设计流量,以满足其负荷要求。但在实际运行当中,由于缺乏消除环路剩余压头的水力平衡元件,大部分管网系统近段环路的剩余压头只能靠管线管径的变化来消除,而且目前管网上控制阀门既无调节功能,又没有流量显示,使得部分环路及末端用户的流量,并不按设计要求输配。水力失调直接导致热力失调,供热系统存在的冷热不均现象,主要原因就是系统的水力失调亦即流量分配不均所致。水力失调度计算如下:水力失调度X=实际流量G’/设计流量Gsj当水力失调度X 远远大于1 时,根据散热器性能曲线可以看出,此时平均室温的增长缓慢;当X远远小于1时,平均室温的减少幅度明显增加。热力工况失调形成了“大流量,小温差”的运行方式。实际上大流量运行方式并没有从根本上消除系统的水力失调,反而带来了能耗的增加。即大流量要求大水泵,增加了电耗;大流量形成了大热源,热源低负荷运行降低了热源热效率,管网小温差运行增加了输送能耗,还影响了散热器的散热效率。除此之此,大流量还降低了系统的可调性,即系统流量过大,近端多余的流量无法调剂到末端,甚至出现回水温度过高的假象。结果增加了整个供热系统的热耗,降低了输水系统的热效率。规范中规定“设计中应对采暖系统进行水力平衡计算,确保各环路水量符合设计要求。在室外各环路及建筑物入口处采暖供水管(或回水管)路上应安装平衡阀或其它水力平衡元件,并进行水力平衡调试”。为搞好管网的初调节,在一、二次管网的各个分支处和各热力入口处装置调节性能好的平衡调节阀,以保证各环路水量符合设计要求。目前市场水力平衡元件主要有手动调节阀(平衡阀)和自动调节阀(自力式调节阀)两大类,其具体选用应结合系统运行方式的不同,分别对待。对于手动调节阀来说,流量G=KV ∆P,式中K V为手动调节阀阀口的流量系数,∆P为手动调节阀阀口两侧的压差。K V的大小取决于开度,开度固定,K V即为常数,那么只要∆P 不变,则流量G不变,安装后可替代原有管网控制阀门。而自力式调节阀从结构上说,是一个双阀组合,由手动孔板和自动孔板组成一个有机的整体,手动孔板是按设计流量进行调控的锁定机构,自动孔板是保证设计流量恒定的控制机构。当流经手动孔板流量大于设计流量时,自动孔板的阀瓣上移,减少自动孔板的断面,从而减少通过调节阀的流量,使其与设计流量相符。反之亦然。当系统的运行调节为质调节时,可以采用自力式调节阀,因为这种调节方式只改变供水温度,而与系统的水力工况无关,即在不改变系统的水力工况的情况下,把调节传达到每个用户和设备。采用自力式流量控制阀,可以吸收网路的压力波动,维持被控负载的流量恒定。采用自力式压差控制阀可以吸收网路的压力波动,以维持施加于被控环路上的压差恒定。当系统的运行调节采用集中量调节(水泵的变频调节等)时,不能采用自力式调节阀。因为这种调节是通过改变水量实现的,因而调节时改变了系统的水力工况,所以若采用自力式调节阀,势必造成出现流量分配的混乱。显然,由于自力式调节阀的存在而造成了系统集中调节的不能实现。这时若采用手动调节阀(比如平衡阀),则系统总流量增减时,各支路、各用户的流量可以同比例增减,即系统的集中调节可以传达至每一个末端装置。当系统采用分阶段改变流量的质调节时,虽然每个阶段流量不变。但若采用自力式调节阀,每个流量阶段要对控制流量或控制压差进行设定,给运行管理带来很大不便,所以不宜采用。五、结束语热力管线工程运行是否正常直接关系到居民生活质量,在设计过程中应遵循技术先进、经济合理、安全适用的原则,作为一项系统工程,从管网的设计到管道的 制造、安装及管网的启动运行,每个环节都直接影响着工程的成败。而一项好的设计可以使产品的性能得以充分发挥,可以最大限度地减少施工中的困难,可以降低工程造价。因此,我们的设计一定要做到严谨合理,为工程的成功提供可靠的前提保证,如若不然,不仅增加工程造价,同时还由于设计不当而削弱了热力管线运行的安全性和可靠性。

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好奇怪的样子哦

引言: 随着2001年9月1日北京市建委颁发的《北京市建筑节能管理规定》京建法[2001]689号文,以及《北京市新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》(DBJ01-605-2000)的出台,规定了我们必须按节能的方针进行采暖设计,把“热”作为商品来向用户收取热费。停止福利供热,按面积收费改为由居民家庭直接交采暖热费,从而使居住建筑分户计量成为建筑节能的重要手段之一,把采暖节能变成人们使用热量时的一种自觉行动。这不仅仅是采暖收费制度的改革,也导致了传统的采暖设计方法的转变。无论是从建筑围护结构的热工性能,采暖系统的布置,热负荷的计算等多方面都带来了观念性的挑战。2.建筑围护结构热工性能及体形系数对建筑节能的重要影响:2001年之前的主要节能手段,仅限于居住建筑改善墙体和门窗的保温性能,当然,这是很有意义的。而分户热计量和收费,建立了用户的经济利益与能耗的直接关系,将会减少供热过量建筑采暖热量的无效消耗,同时使开发商真正意识到建筑围护结构的热工性能的重要意义。保证居住建筑围护结构传热系数 K(W/m2.℃)满足《北京市民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)北京地区实施细则》(DBJ01-602-97)的规定。可目前建筑专业大多喜欢追求建筑外观上大玻璃的通透效果,使得建筑物的窗墙比大都超过规范推荐值。这就对围护结构(特别是外窗)的传热系数及建筑的体形系数有较高的要求。我在设计建外SOHO一、二期住宅建筑中,就碰上此类问题。日本建筑大师山本理显所做的方案中,为了追求外表美观,外墙面除了柱子、梁、少量的墙体外均为落地大玻璃。这个方案国内能否满足节能要求,经过热工计算,它的体形系数及建筑物耗热量指标分别如下表,从表中看出,由于严格控制了外窗的传热系数和体形系数,使得该方案的耗热量指标qH<20.6 W/m2。同时,我发现,同样的平面当楼层下调至3层时,其体形系数大于0.3时,为满足节能要求,外窗的传热系数必须达到1.3 W/m2.℃,正常情况下的中空玻璃已无法满足这种K值要求,必须用洛依玻璃才可能达到。这一点充分反映了建筑物围护结构的热工性能及体形系数在建筑节能中的相互关系,也是在做住宅分户采暖设计时首先应注意的问题。 * 分户采暖设计中热负荷计算时值得注意的问题: 3.1.基本耗热量:按《住宅设计规范》(GB50096-1999)(2003年版)规定:卧室、起居室和卫生间温度为 18℃,但室内采暖计算温度应按提高2℃来计算,即20℃,以此温度与室外采暖计算温度的温差,计算出的耗热量为每个房间的基本耗热量。3.2.户间传热量:传统的住宅设计,并不考虑户与户之间的热传递,当部分房间空置、或部分住户降低采暖标准、或有的住户间断采暖时,户与户之间的墙体及楼板就会有较大的热传递量,一般散热器采暖户间传热按6℃温差计;当采用地板辐射采暖时,则按8℃温差计算。不可简单地按基本负荷的附加系数取值。只有当户间传热量大于基本耗热量80%时,按基本耗热量的0.8倍计,此举为避免增加不必要的投资。基本耗热量及户间传热量之和是布置室内散热器及户内管道管径的计算依据。3.3.如若该房间采用地板辐射采暖时,则室内计算温度应比室内采暖温度降低1~2℃来计算温差。且地板表面温度不得大于60℃,以防地面由于温度过高而产生龟裂。3.4.在设计建筑物采暖热力入口时,对户外供热量要求,则应仍按基本耗热量提出。3.5.通常按规范要求做的节能建筑,整幢住宅楼采暖热负荷指标绝大部分可<52 W/m2(塔楼甚至可以做到40~43 W/m2,板楼可做到45~48 W/m2,)。 * 分户热计量采暖系统的各种形式: 4.1.独立燃气炉采暖:北京时代庄园东区(为连排别墅式)即采用此种形式,每户根据采暖热负荷再加上生活热水用热量,来选择壁挂炉的大小和型号,将壁挂炉设置在封闭阳台或面积较大的厨房内,靠外墙设置,且炉体设有单独通向室外的排烟及进气风管,并可根据起居室的温度来自动调节天燃气火力大小,控制出水温度,有严格自动熄火装置。壁挂炉自带采暖用循环水泵,需注意的是当系统末端为风机盘管时,要校核该水泵扬程。时代庄园工程系统末端为散热器,壁挂炉选用依马强制排风产品,其质量安全可靠。目前该项目已经竣工。 另据北京市环保局意见,在高层建筑不推广此种做法,因其排放物-氮氧化物浓度超过《大气环境质量标准》) GB3095-1996)中二级标准,但在多层(如回龙观小区)或别墅区使用效果良好,氮氧化物排放浓度合格。用户室温调节自如。4.2.低温发热电缆地板辐射采暖:在建筑保温较好的住宅内,使用电热采暖,是可行的,从能源利用上分析,把高品位电能当作热能使用是不经济的,但随着2002年北京供电局出台《北京市电采暖低谷用电优惠办法》的通知,经过一次投资与运行费用比较,若合理使用是可行的。如北京龙潭路住宅小区,采用低温发热电缆地板辐射采暖,由于该小区建筑保温做的较好,墙体采用欧文斯科宁的外保温材料,K值达到0.6 W/m2K,外窗为进口产品,K值达到2.0 W/m2K。经过去年一个冬季的试运行测定,使用效果良好,运行费用为35元/平方米,总体比热水采暖费用略高一点。4.3.集中热水采暖分户热计量:目前大多数住宅建筑仍以集中供热为主。经过3年设计经验的积累,下面将总结几条集中热水采暖分户热计量设计的经验:4.3.1根据《分户热计量设计规程》DBJ01-605-2000第8.3条规定,采暖热力入口要设置热量表及各种阀门、压力表、温度计、水过滤器及平衡阀等装置,其中热量表要注明额定流量以便订货。4.3.2各居民用户须设置户用热表,锁闭阀,水过滤器等,并且要一户一表。4.3.3.建筑物热力入口处要说明该系统热负荷及系统总阻力,因为户内部分装了户用热表,其采暖水阻力约为30kPa,再加上热力入口的总热表及各种附件阻力,提供外网设计依据时总阻力值约在50kPa左右。目前小区采暖外网设计较为混乱,有的住宅小区部分建筑物是2000年以前建成的,未设分户热计量装置,而现在新建的住宅均设了分户计量装置,二者水阻不平衡,外网又用一套热力管道系统,结果阻力相差甚大,新建楼群室温达不到标准,连调试都难以解决。目前东冠英小区即是如此。我认为这个问题应提醒重视。4.3.4住宅楼内的公共用房、商业用房、人防、地下车库等应单独设置采暖热表,便于将来收费方便。4.3.5一个单元的采暖公用立管及户用入口装置要设置在户外,一般设在楼梯间的公用管井内,这样物业管理人员可将拒付采暖费的用户进行锁闭,立管放气也可在管井操作,不必进入户内,减少物业管理与用户间的纠纷。4.3.6散热器应选用铸铁无沙型或钢制型,以免堵塞热表。每个散热器宜设温控阀,以实现分室调温。4.3.7采暖系统水平敷设有双管同程式,双管异程式,单管串联式,双管放射等形式。4.3.8. 高层建筑采暖公用立管应注意热膨胀问题,每户水平支管与立管连接处宜设软连接(金属软管),以防由于热表或分集水器固定而立管胀缩导致接口开裂。4.3.9. 每户的户用入口宜设泄水装置,泄水管可引至下一层管井内,以便维修或装修时,将户内水平管道泄空。但管井内不宜做垫层,否则三通接头在垫层内。5.采暖用塑料类管材选用及施工问题:5.1. 从公用立管户用入口引入室内开始至户内的采暖管道多为埋在地面面层内,该管道采用塑料类管材,常用的有铝塑复合管,PB管,PE-X管,PP-R管。5.2.埋在面层内的塑料管不得有接头,当采用PB管或PP-R管时,连接散热器处可以采用热熔连接,面层厚度一般不小于50mm。5.3.采用塑料类管材时,供暖热水温度不宜高于85℃。5.4.选用塑料类管材时,应考虑管材温度、压力及使用寿命为50年来选择使用等级,采暖管材可按5级来选,其壁厚应根据管材许用设计环应力和系统承压之间的关系来计算,或按《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》附录J-1~4表来选择。当采暖热水温度为90℃时,应按5A级来选择塑料管材的厚度。5.5.在《北京市新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》(DBJ01-605-2000)中第6.4.4条中明确:“在垫层内埋设的管道:除采用下分双管式系统连接散热器处的PB管和PP-R管可采用相同材质的专用连接件进行热熔外,其它管材和所有管材在其它部位均不应设置连接配件。”而实际市场中PP-R管为直段管材,长度一般为6~8米,如果房间内需连接的管道长度超过8米,其接头处必须上翻,影响美观,垫层内做热熔接头又违反规范;同样,管径大于25mm的PB管市场上只有直段管材,问题与PP-R管相同;管径小于25mm的PB管材市场上有盘管,但是盘管的弯曲半径有一定要求,且有弯曲方向性,这就导致了PB管在某些转角处不能紧贴墙边且离墙较远,若在靠墙处有散热器时,就需在干管上做三通,接出一段支管再接散热器或采用弯头作为热熔连接件,此两种热熔连接件(三通、弯头)都在垫层内又违反了规范。而如果否定这两种做法,等于否定了PB和PP-R这两种管材。北京幸福家园一、二期工程中就遇到此问题,质量检查监督站就此问题提出疑义,经几次讨论,并咨询了北京市建筑设计标准化办公室,得到的答复是上述两种做法是可行的。但目前技术规程与实际施工验收有矛盾,我认为应尽快对规程进行修订,保持其初衷:减少埋在地下的隐患;同时又要让先进的材料及做法普遍推广,并持续发展下去。5.6.埋地管道穿卫生间时的做法问题:目前的标准图集和规程中均未提及。在实际工程中各种做法都有:有采暖用塑料管道走卫生间防水层上,水平穿防水卷边的;有管道走卫生间防水层下,接散热器支管竖直穿防水层的;两种做法穿防水层处均做防水套管。但每种做法均存在一定问题和隐患。前者做法,当卫生间不做结构降板时,防水套管下部空间太小,一般仅为10mm~20mm,工人不便操作,防水处理很难到位,在卫生间闭水试验时,很容易从套管渗漏到其它居室,在朗琴园一期工程中就发生了此种情况,在住户购房时引起了纠纷。后者做法,防水套管不好固定,尤其是采暖以后,由于管道的热伸缩则更要破坏防水涂料层,致使卫生间内的水泄漏到下层用户,也要引起纠纷。通过经验总结,我目前通常采用不穿防水层的做法:采暖干管不进入卫生间,接散热器的支管埋入卫生间侧墙(非承重墙),并上翻至防水卷边上部(一般为30cm)进入卫生间,一进入卫生间就接散热器,保证不影响高点放气。而卫生间散热器要高于地面30cm安装,只要散热器布置时注意与其它洁具协调即可。这种方式用于北京幸福家园一、二期工程,通过一个采暖季的使用,效果较好,甲方及业主均满意。6.采暖分户热计量各种形式经济比较:新建或改建采暖系统应根据该地区具体条件来选择热媒,根据环保要求,城市热力气源、电源、水源等因素做相应的技术经济比较,由开发商和设计人员共同协商决定,下面列出各种能源的一次性投资和运行费用参考价格。

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