某市生活管理处采暖系统节能改造工程简析1

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　　我设计的题目是沧州市某生活管理处采暖系统的节能改造工程。这个集中供热系统的采暖面积是33.8万平方米 .通过计算可知，该系统每年至少可节煤5000吨。换句话说，30%多的能量被浪费了。如果我的设计被采纳，这个管理处每年可以节约大约一百万元的经费（如果煤价是200元/吨）。而我所做的仅仅是装调节阀，平衡并联管路阻力；安装温度计，压力表，对采暖系统进行监控；换掉了过大的循环水泵和补给水泵；编制了锅炉运行参数表。

　　原始资料

　　1. 供热系统平面图，包括管道走向、管径、建筑物用途、层高、面积等。

　　2. 锅炉容量、台数、循环水泵型号及台数等。本系统原有15吨锅炉三台，启用两台；10吨锅炉三台，启用一台；配有12SH-9A型160KW循环水泵三台，启用两台。

　　3. 煤发热量为23027KJ/kg（5500kcal/kg）。

　　4. 煤耗量及耗煤指标，由各系统资料给出。采暖面积：33.8万m2；单位面积煤耗量：39.54kg/m2？年。

　　5. 气象条件：沧州地区的室外供热计算温度是-9℃，供热天数122天，采暖起的平均温度-0.9℃。

　　6. 锅炉运行平均效率按70%计算。

　　7. 散热器以四柱为主，散热器相对面积取1.5.

　　8. 系统要求采用自动补水定压。

　　设计内容1.热负荷的校核计算《节能技术》设计属集中供热系统的校核与改造。鉴于设计任务书所提供的原始资料有限，拟采用面积热指标法进行热负荷的概算。

　　面积热指标法估算热负荷的公式如下：

　　Qnˊ= qf × F / 1000 kW

　　其中：Qnˊ—— 建筑物的供暖设计热负荷，kW；

　　F —— 建筑物的建筑面积，㎡；

　　qf —— 建筑物供暖面积热指标，W/㎡；它表示每1㎡建筑面积的供暖设计热负荷。

　　因此，为求得建筑物的供暖设计热负荷Qnˊ，需分别先求出建筑物供暖面积热指标qf 和建筑物的建筑面积F.

　　1.1 热指标的选择

　　由《节能技术》附表查得：住宅的热指标为46~70W/㎡.

　　我们知道，热指标与建筑物所在地的气候条件和建筑类型等因素有关。根据建筑物的实际尺寸，假定一建筑模型，使用当地的气象资料，计算出所需热指标。这样可以使热指标接近单位面积的实耗热量，以减小概算误差。

　　建筑模型：长30米，宽10米，高3.6米。普通内抹灰三七砖墙；普通地面；普通平屋顶。东、西及北面均无窗，南面的窗墙面积比按三比七。不考虑门的耗热量。

　　注：考虑到简化计算热指标时，选用的建筑模型忽略了门的耗热量，东窗、西窗和北窗的耗热量，且业主有安装单层窗户的可能性，还考虑到室外管网热损失及漏损，为使概算热指标接近实际情况，楼层高度取值适当加大；本设计若无特殊说明，资料即来源于《供热工程》；若无沧州的数据，则取与之毗邻的天津市的资料进行计算。

　　1.1.1 冷风渗透耗热量Q′2的计算

　　根据附录1-6，沧州市的冷风朝向修正系数：南向n = 0.15.

　　按表1-7，在冬季室外平均风速vpj = 2.8 m/s下，双层木窗冷风渗透量L = 3.58 m3/m·h.窗墙面积比按三比七，若采用尺寸（宽×高）为1.5×2.0，带上亮的三扇两开窗，应有窗户11个。而每个窗户可开启部分的缝隙总长为13米。那么南向的窗户缝隙总长度为11×13 = 143 m.

　　V = L×l×n = 2.2×143×0.15 = 42.04 m3/ h

　　冷风渗透耗热量Q′2等于：

　　Q′2= 0.278Vρwcp（ tn- t′w）

　　= 0.278×42.04×1.34×1×[18-（-9）]

　　= 423 W

　　1.1.2 围护各部分耗热量Q′的计算

　　将所选建筑模型分成顶棚，墙体及窗，地面三部分，分别求其耗热量。 有关计算请参见“耗热量计算表”。

　　Q′顶棚 = 6885 W

　　Q′墙体及窗 = 12340 W

　　Q′地面 = 2701 W

　　1.1.3 不同层高的热指标：

　　一层：q1 =（2701+12340+6885）/ 300 = 73 W/㎡

　　二层：q2 =（2701+12340×2+6885）/ 600 = 57 W/㎡

　　三层：q3 =（2701+12340×3+6885）/ 900 = 52 W/㎡

　　四层：q4 =（2701+12340×4+6885）/ 1200 = 49 W/㎡

　　说明：四层以上的建筑物，为保险起见，其热指标按四层的取值。

　　1.1.4 各用户的计算流量

　　流量计算公式：

　　GL = 0.86×∑Q /（tg-th） Kg /h

　　其中：GL —— 流量，Kg /h；

　　∑Q —— 热负荷，W；

　　tg、th —— 供回水温度，℃。

　　说明：在选择概算热指标时已经考虑室外管网热损失及漏损，故在此不再考虑此系数

　　2.外网水力平衡的计算与较核这部分的计算已经列于水力计算表中，在此只给出扼要的计算说明。

　　2.1 外网的编号

　　由于本工程的管段较多，若从1开始，顺次递增编完所有的管段，其最后的一个管段编号会很大。而且，从锅炉房出来的是六根管，如此编号，各管始末段不直观，不利于水力计算。

　　因此，从锅炉房出来的六根管，各个均由1开始顺次递增编号，分别用圆形、斜三角形、三角形、菱形、方形和多边形圈住管段编号并命名为圆形环路、斜三角形环路、三角形环路、菱形环路、方形环路和多边形。

　　2.2 比摩阻的计算

　　《节能技术》中给出了计算公式为：

　　R = 0.00688×0.00050.25×G2 /（U1×D0.25）

　　其中：R —— 比摩阻，Pa/m；

　　G —— 流量，Kg /h；

　　U1 —— 水的密度。近似取100℃时的值：958.38Kg /m3；

　　D —— 管径，m.

　　2.3 沿程阻力的计算

　　《节能技术》中给出的计算公式为：

　　R = H×L

　　其中：R —— 沿程阻力，Pa；

　　H —— 比摩阻，Pa/m；

　　L —— 管段长度，m.

　　2.4 管段阻力公式：

　　《节能技术》中给出了计算公式为：

　　R = H×L（1+α）

　　其中：R —— 沿程阻力，Pa；

　　H —— 比摩阻，Pa/m；

　　L —— 管段长度，m.

　　α —— 局部阻力系数。局部阻力与沿程损失的比例百分数，一般取α = 0.3 .

　　对比2.2和2.3 中的两个公式，可得出以下关系式：

　　R管段 = 1.3×R沿程

　　2.5 用户阻力的确定

　　按照指导老师给出的经验值（采暖面积为4000㎡的用户压头取2m水柱，2000㎡的取1m），结合实际情况稍做扩展，用户压力按以下原则选取：
      个别采暖面积大于5000㎡的，其用户压头按以上表格类推。末端用户的用户压头按上表的1.5倍选取。

　　2.6 环路的阻力计算

　　各环路的总阻力等于用户阻力和供回水管路的阻力之和，即：

　　R环 = 2×R沿程 + R用户

　　2.7 并联管路的水利平衡

　　一般来说，两个管路并联时，其各自的阻力是不相同的，需要进行水利平衡计算，阻力较小的管路剩余压力即为两管路阻力之差。剩余压力可用调压孔板消耗掉，孔板公式：

　　d = 3.56×（G×1000）0.5 / Y0.25

　　其中：d —— 孔板直径，mm；

　　G —— 管段计算流量，t /h；

　　Y —— 调压孔板需要消耗的剩余压头。

　　3.锅炉运行台数及容量选择匹配3.1 锅炉容量的确定

　　通过热负荷的计算，已经求得总热负荷为18.2 MW.根据《供暖通风与空调工程设计资料大全》公式3-1.1，锅炉用于采暖时，其容量公式为：

　　D = k0×k1×D1

　　其中：D —— 采暖容量，W；

　　k0 —— 室外管网热损失及漏损系数。此项多因用户不热放水或使用管网热水造成，已在概算热指标中以考虑，故此系数取1；

　　k1 —— 采暖热负荷同时使用系数，查表应取1；

　　D1 —— 最大设计热负荷，W.

　　将数据代入以上公式：

　　D = k0×k1×D1 = 1×1×18.2 = 18.2 MW 3.2 锅炉台数的确定

　　1吨的锅炉相当于0.7MW.欲达到18.2MW的热容，需要锅炉的吨位是：

　　n = 18.2 / 0.7 = 26 t

　　现有15吨锅炉两台，10吨锅炉三台。考虑到方便锅炉的运行与维修，最好使用同一型号的锅炉。即：运行两台15吨锅炉，或三台10吨锅炉均可。但是，一般说来，较大的锅炉效率高，故最大热负荷时拟运行两台15吨锅炉。其它锅炉作为备用或运行调节时再用。

　　4.循环水泵容量及台数的确定4.1 循环水泵流量的确定

　　在水力计算中，已经计算出了总流量：

　　G = 625 t /h

　　4.2 循环水泵扬程的确定

　　由水力计算，已经计算出了最不利环路为圆形编号的环路。其室外管网与末端用户的阻力之和为26 m .

　　4.3 循环水泵的选择

　　原12Sh-9A型160 KW的循环水泵流量、扬程均过大，应换为一台12Sh-19A型90 KW的循环水泵，原12Sh-9A型160 KW的循环水泵可作为备用泵。两种型号的水泵参数如下：
        做出12Sh-19A型90 KW的循环水泵的水泵特性曲线，当流量为 625 t /h时，扬程是28.8m，满足要求。循环水泵稍有余量，有利于当管网水力失调时，保障末端用户的正常供热。应当说明的是，此时水泵运行在高效区偏左。

　　未完，见下文……