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高层建筑供热采暖 高层建筑供热采暖-高低层联供高区采暖系统设计问题内容摘要：随着我国高层建筑的不断增多，每一个城市中的高层星罗棋布，高层采暖设计已经成为一个重要的课题。 对于有高温水热网的高层建筑，通常采用高、低层垂直分高区和低区，高区单独设置换热器、循环水泵、膨胀水箱等，形成一个独立的采暖系统。这样设计的采暖系统与一般的低区的采暖系统基本相同，唯一的区别是，低区水平方向上的管路长度换成了垂直方向上的高度。象这种高区系统循环水泵的电能消耗，与低区采暖系统的能耗相当，... 随着我国高层建筑的不断增多，每一个城市中的高层星罗棋布，高层采暖设计已经成为一个重要的课题。 对于有高温水热网的高层建筑，通常采用高、低层垂直分高区和低区，高区单独设置换热器、循环水泵、膨胀水箱等，形成一个独立的采暖系统。这样设计的采暖系统与一般的低区的采暖系统基本相同，唯一的区别是，低区水平方向上的管路长度换成了垂直方向上的高度。象这种高区系统循环水泵的电能消耗，与低区采暖系统的能耗相当，都是克服系统管路的阻力而消耗的，是经常性的能耗能量，它是必需的，是可以接受的。 对于没有高温水热网的高层建筑，如锅炉直供及换热器换热的二次网低温供热系统，由于使用的是低温水，在这种温度下的高层建筑，再单独设 自低区热网供水管的接管点到高区高水箱之间管路的阻力H1 低区热网供水接管点供水动压线与高区的高水箱标高之差H2 加压水泵的总能耗为（H1＋H2），mH2O 高区采暖系统的总阻力由以下几部分组成： 高区采系统的阻力为HC，mH2O 高区采暖系统供水干管的阻力为H1，mH2O 高区采暖系统回水干管的阻力（设与供水干管相同）H1，mH2O 高区采暖系统总阻力为（HC+2 H1），其中HC这部分能耗是高区采暖系统的阻力，2 H1这部分能耗是外网供、回支干管上的阻力。克服这些阻力而发生的能耗是为了保证高区采暖系统稳定工作服务的，是必须需要的。 如果整个低温热网的供水的动压线的高度能满足高层采暖系统的需要，而且低区散热器的承压能力也有保证，高层采暖系统可以与正常低区采暖系统一样进行设计，不需要加压水泵。这样的高区采暖系统所消耗的能量就是全部用于克服系统的总阻力，是正常的能耗。 由于低温热网的供水的动压线的高度满足不了高区采暖系统的需要，才采用加压水泵加压这个办法。水泵加压与不加压的高区采暖系统相比，水泵多提供的能量为： （H1＋H2）－（HC＋2H1）= H2－（HC＋H1） mH2O 水泵多提供的这部分能量是这种设计条件决定的，是不得不提供的能量，它主要是为抬高高区采暖系统的供水压力发生的，是高区采暖系统水循环用不上的多余能量。这些多余能量以压力势能的形式储藏在高区采暖系统的回水之中。这部分能耗不仅仅是能量的浪费，而且对整个采暖系统的正常工作是有害的。所以高区系统的回水在与低温热网总回水接管前要把这一部分能量要消耗掉。消耗的方法比较多，大多用减压阀、恒流量调节阀等等，是以增加回水管阻力的方法来消除的。 这部分被消耗掉能量有多大？ 例：某锅炉直供或换热器二次网的低温水供暖的小区热网内，有一24层的高层，层高2.8m计67.2m，12层以上为高区，以下为低区。高区的采暖面积为10000 m2，设计热指标55w/m2，采用双水箱采暖系统。水箱标高差为1.5m，在高层处低温热网供水压力线的标高为38m，试合算有多大的能耗浪费 根据国内供热网的统计资料，每万平方米采暖系统的循环水量， 直供或间接供热二次系统一般为25～30 m3/H。这个高区采暖系统的循环流量按25～30 m3/H考虑时： 高低层联供高区采暖系统的节能设计 作者：李承国 随着我国高层建筑的不断增多，每一个城市中的高层星罗棋布，高层采暖设计已经成为一个重要的课题。 对于有高温水热网的高层建筑，通常采用高、低层垂直分高区和低区，高区单独设置换热器、循环水泵、膨胀水箱等，形成一个独立的采暖系统。这样设计的采暖系统与一般的低区的采暖系统基本相同，唯一的区别是，低区水平方向上的管路长度换成了垂直方向上的高度。象这种高区系统循环水泵的电能消耗，与低区采暖系统的能耗相当，都是克服系统管路的阻力而消耗的，是经常性的能耗能量，它是必需的，是可以接受的。 对于没有高温水热网的高层建筑，如锅炉直供及换热器换热的二次网低温供热系统，由于使用的是低温水，在这种温度下的高层建筑，再单独设置换热器、循环水泵、膨胀水箱等，设计成为一个独立的采暖系统也不是不行。但是，由于设计时可利用换热的温差小，造成换热器及采暖系统各有关的各种设备加大，导致设备投资大等一系列的问题。显而易见这在经济上是很不合理的，所以是不可取的。 为解决低温介质条件下的高层建筑的采暖，目前普遍的设计做法也是采用高低层分区分别设计，使用一个低温水热源实现高低层联供。以这种模式设计的高区低温水采暖的类型较多，其原理大同小异。双水箱采暖系统属于典型的一种类型。 双水箱系统的工作方式是：加压水泵把低温热网的供水加压到高区系统的高水箱。高区系统的供水管由高水箱引出送到各立管支管及散热器。高区采暖系统的回水由回水管回到低水箱（回水箱）。高区采暖系统的工作压差是高、低水箱的标高差HC。高区采暖系统的高水箱和回水箱（低水箱）布置在高区采暖系统的上部。从回水箱（低水箱）出来的高区系统的回水进行消能处理后进入热网总回水。 高区采暖系统的设计循环流量确定后，加压水泵要克服的阻力由两部分组成： 自低区热网供水管的接管点到高区高水箱之间管路的阻力H1 低区热网供水接管点供水动压线与高区的高水箱标高之差H2 加压水泵的总能耗为（H1＋H2），mH2O 高区采暖系统的总阻力由以下几部分组成： 高区采系统的阻力为HC，mH2O 高区采暖系统供水干管的阻力为H1，mH2O 高区采暖系统回水干管的阻力（设与供水干管相同）H1，mH2O 高区采暖系统总阻力为（HC+2 H1），其中HC这部分能耗是高区采暖系统的阻力，2 H1这部分能耗是外网供、回支干管上的阻力。克服这些阻力而发生的能耗是为了保证高区采暖系统稳定工作服务的，是必须需要的。 如果整个低温热网的供水的动压线的高度能满足高层采暖系统的需要，而且低区散热器的承压能力也有保证，高层采暖系统可以与正常低区采暖系统一样进行设计，不需要加压水泵。这样的高区采暖系统所消耗的能量就是全部用于克服系统的总阻力，是正常的能耗。 由于低温热网的供水的动压线的高度满足不了高区采暖系统的需要，才采用加压水泵加压这个办法。水泵加压与不加压的高区采暖系统相比，水泵多提供的能量为： （H1＋H2）－（HC＋2H1）= H2－（HC＋H1） mH2O 水泵多提供的这部分能量是这种设计条件决定的，是不得不提供的能量，它主要是为抬高高区采暖系统的供水压力发生的，是高区采暖系统水循环用不上的多余能量。这些多余能量以压力势能的形式储藏在高区采暖系统的回水之中。这部分能耗不仅仅是能量的浪费，而且对整个采暖系统的正常工作是有害的。所以高区系统的回水在与低温热网总回水接管前要把这一部分能量要消耗掉。消耗的方法比较多，大多用减压阀、恒流量调节阀等等，是以增加回水管阻力的方法来消除的。 这部分被消耗掉能量有多大？ 例：某锅炉直供或换热器二次网的低温水供暖的小区热网内，有一24层的高层，层高2.8m计67.2m，12层以上为高区，以下为低区。高区的采暖面积为10000 m2，设计热指标55w/m2，采用双水箱采暖系统。水箱标高差为1.5m，在高层处低温热网供水压力线的标高为38m，试合算有多大的能耗浪费 根据国内供热网的统计资料，每万平方米采暖系统的循环水量， 直供或间接供热二次系统一般为25～30 m3/H。这个高区采暖系统的循环流量按25～30 m3/H考虑时： 高区系统的循环流量：G=10000*25～30=25～30 m3/H 高区系统的阻力 HC＝1.5 mH2O 高区供水抬高的垂直高度 H2＝24×2.8－38＝29.2 mH2O 供水管垂直干管路阻力 H1＝24×2.8×1.5×0.008＝0.81 mH2O 回水管垂直干管路阻力 H1＝24×2.8×1.5×0.008＝0. 81 mH2O 加压水泵的计算扬程：Hj= H2＋H1＝29.2＋0.81＝30.01 mH2O 选用循环水泵的型号为IRG65-160 ① 额定扬程： He=32 mH2O ② 额定流量： Ge=25 m3/h ③ 额定效率: ηe=63 % ④ 额定轴功率： Ne=3.46 kw ⑤ 电机容量: ND=4 kw IRG65-160循环水泵的设计运行参数: ① 设计扬程： He=30.01 mH2O ② 设计流量： Ge=28.56 m3/h ③ 设计效率: ηe=62.37 % ④ 设计轴功率： Ne=3.74 kw 高区用加压水泵时的单位能耗为: NJ=30.01*28.56/367/0.6237=3.74 kw/H 高区不用加压水泵时的单位能耗为: 系统的阻力为：H=2*H1+ HC=1.5+2*0.81=3.12 mH2O NG=3.12*28.56 /367/0.6237=0.3893 kw/H 水泵加压浪费的能量： ⊿N= NJ- NG=H2-（HC＋H1） ＝3.74-0.3893=3.3507 kw/H 水泵加压高区采暖系统每万平方米一个采暖期电费为： E￥=3.74/0.85/0.9*24*180*0.74=15629元 式中：0.85—水泵电机的功率因数; 0.9—水泵电机的效率; 24—水泵昼夜24小时运行; 180—采期天数为180天： 0.74—电费单价为0.74元/度。 水泵不加压高区采暖系统每万平方米一个采暖期电费为： E￥=0.3893 /0.85/0.9*24*180*0.74=1627元 高区采暖系统每平米一个采暖期的运行电费1.5629元! 低区采暖系统每平米一个采暖期的运行电费0.1627元! 加压与不加压的电费比是:1.5629/0.1627=9.61倍 目前国内低温热网中，有的是高层的建筑，也有山地地势偏高低层建筑，因低温热网动水压不足或低区散热器的承压能力不允许，采用水泵加压的高、低层联供的供热系统为数不少。这些高低层联供的高区采暖系统工作时循环水泵的能耗情况如何？通过上面的分析得出以下几点结论和思考： 1．水泵加压的高区采暖系统能耗巨大的主要因素是提高水压的垂直高度，能耗的大小与提高的高度成正比关系。 2．高区采暖系统加压水泵的电能消耗是经常性的，其总能耗中绝大部分能量（本例中有 3.3507/3.74=89.59%）是不得不发生的而对采暖本身是有害的。 3．加压与不加压的耗电量相比有数倍的悬殊（本例为9.61倍），如此巨大的能耗是只能忍受？还是不能忍受？ 4．能不能把这部分能量回收回来并且变害为利？ 图1—高低两个环路 二、高区加压水泵的选型设计： 加压水泵的选型要确定水泵的扬程和流量两个参数。 加压水泵的扬程要克服两部分阻力，一是高区系统供水压与低温热网供水压之间的高度差，二是克服从接管点到高区系统的支干线外网的管路阻力。 高区系统的支干线外网的管路阻力，是一般的水力计算问题是没有难度的。重点难点的问题是高区系统供水压与低温热网供水压之间的高度差。这个高度差的计算需要了解一下采暖系统的静水压线这一概念。 采暖系统的静水压线，就是系统水静止时管路上各点测管液面高度的连线。一般要求是其高度比系统顶部管路的最高点高2～3 mH2O。在系统工作时，在任何情况下供水压力线不得低于静水压线。其目