热能梯级利用的采暖系统研究.pdf

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1、圃热能梯级利用的采暖系统研究宋志国山东建筑大学济南市规划设计研究院摘要：建筑采暖能耗占到了建筑总能耗的一半以上，如何有效降低采暖能耗就成了节能降耗的关键。本文从供热输配环节入手，分析了传统供热输配系统的弊端，并提出基于环路拓展的热能梯级利用供热系统的设计方案，为降低供热输配环节能耗开辟了新的思路。关键词：热能梯级利用一次；二次管网环路拓展我国从1953年开始发展集中供热，到2004年，北方城镇建筑总面积约64亿平方米，其中70％以上的建筑采暖为集中供热，其它则采用各类不同的分散采暖方式。作为城市主要的基础设施之一，发展集中供热是节约能

2、源、保护环境的重要途径。中国是能源消耗大国，而建筑能耗约占全国商品总能耗的三分之一。目前，北方城镇民用建筑的采暖能耗按标准煤计平均约为20kg／m2，城镇民用建筑供暖面积约为65亿m2，此项能耗约占民用建筑总能耗的56％～58％，如此大的采暖能耗加剧了原本严峻的能源形势。我国单位建筑面积采暖能耗为发达国家的2～3倍，所以如何降低采暖能耗就成了研究工作的重点。集中供热系统包括热源、输配管网和热用户三部分。就热用户而言，目前我国新建建筑的节能保温已得到普遍的应用，相关规范和技术也己比较成熟，通过减少建筑热负荷的方法降低能耗，已经越来越困难

3、，投入产出比也较低。在热源环节，不管是热电厂还是区域锅炉房，其能耗的高低主要取决于设备的热效率，这需要科技的进步和技术的升级，也不是短时间内就可以大幅提升的。而作为连接热源和热用户的纽带，供热输配环节的能耗在整个供热系统中所占的比重越来越大，据测算，仅循环水泵的能耗就占到供热系统总能耗的约40％，而这些能耗中的1／3左右都被各种调节阀门消耗。传统的集中供暖输配系统，只在热源处设置一级主循环泵，选择水泵依据的是在设计工况下，最不利环路所需的压头和管网总流量。而设计人员在选择时还会留有一定的富余量，所以该水泵扬程往往比实际需要的高，不仅运

4、行时偏离了最佳工况点，运行能耗增加，还势必会造成除最远用户外，其他用户都有多余的资用压头。为了使水力平衡，必须安装调节阀消耗多余的资用压头，这些调节阀的作用是增加系统的阻力，以消耗水泵提供的多余压头，达到减少流量的目的。因此，这种通过调节阀进行的水力平衡是以消耗水泵的运行能耗为代价的。这种传统的设计方案的主要弊端，是人为地加大系统的热媒输送电量，又人为的用各种调节手段把多余的电能损耗掉了。因此如何有效降低循环水泵能耗，就成为了节能降耗的关键一环。水泵的功率由其流量和扬程决定，在供热量相同的情况下，根据Q=G木c水△t，即流量与供回水温

5、差成反比。因此，只要加大供回水温差，就可以减少循环水泵流量，从而降低其能耗。但在用户端，加大供回水温差却并不是个有利的条件，这意味着末端供暖设备的平均水温降低，也就减小了设备的单位散热量，用户需要增加设备投资来保证供暖效果。为了解决这一矛盾，本文提出了基于环路拓展的热能梯级利用供热系统。传统的集中供暖系统通常只针对某一种采暖形式进行设计，如散热器采暖，设计供回水温度一般为75／50℃，地板辐射采暖，设计供回水温度为50／40℃等。如果一个供暖系统中同时存在多种采暖形式，使采暖热水能依次从高温的采暖系统供应至低温的采暖系统，则整个系统的

6、供回水温差就会加大，而每个分系统又保持了原有的设计温差，使得各分系统的供暖设备散热量保持正常的水平。要做到这一点，简单的将不同形式的供暖系统串联显然是行不通的，这会造成系统总阻力增加，循环泵流量降低的同时扬程却提高了，并不能降低能耗。间接系统虽然可以很好的满足多种采暖形式共存的需要，同时也能通过加大一次网供回水温差来降低循环泵流量，但由于换热器传热温差的需要，我们不得不提高一次网的供水温度，而这会加大管网热损失，此外换热器的阻力和换热损失也是需要整个系统来“买单”的。基于环路拓展的热能梯级利用供热系统是以一次／二次系统为基础的。在一次

7、／二次系统中，热源(冷源)产生的水通过一次环路输送循环；二次系统是不同的热用户，他们根据自己的热需求从一级环路中取得相应的能量。二次环路和一次环路之间以及各个二次环路之间都是独立运行的，这也正是一次／二次系统分别布管的目的。它使得一次环路的循环泵与任意二次环路的循环泵产生的压差‘脱钩’，任何一个二次环路的流量变化不会影响到一次环路和其它二次环路的流量，这样不同的环路之间不会产生相互影响，各个环路都能够稳定运行。这种理想的多个环路同时独立和谐运行方式是传统的单管、双管、异程和同程系统都无法完全实现的。在此基础上，本文提出了基于环路拓展的

8、热能梯级利用供热系统。该供热系统可以同时满足不同形式的供热需求，在满足水力平衡的前提下，做到大温差、小流量的运行效果，大大降低循环水泵能耗。不同供热形式的热用户，各自作为独立的二次环路与一次环路连接，并且按照供水温度由高