《绿色工业建筑设计研究》:
在我国建筑节能的各个环节中,供暖(供热)系统的节能潜力很大。供暖系统的选择对建筑节能有重要的影响。完整的供热系统包括三部分:一是热源,如锅炉或热泵;二是室外管网;三是室内终端设备。在每一部分都存在较大的节能潜力。比如在设计阶段,供暖的节能途径有:充分利用各种可能条件促进辐射热进入室内;从表面辐射、开口部位辐射及部位内部辐射等方面来抑制辐射热的损失;从减小温度差、导热面积、热导率或增加材料厚度(材质相同时)等方面来抑制导热损失;从风势、开口部位和缝隙及冷风的性质等方面来抑制对流热损失;通过对建筑造型和材料的选择实现蓄热的目的。
为了保证工业建筑中供暖系统满足生产工艺需求,在选择供暖方式时,应考虑建筑物的功能及规模、所在地区气象条件、能源状况、能源政策、环保等要求,最终通过技术经济比较确定。工业建筑的功能及规模差别很大,供暖可以有很多方式。如何选定合理的供暖方式,达到技术经济最优化,应根据综合技术经济比较确定。
供暖系统按热媒不同分为热水供暖系统、蒸汽供暖系统和热风供暖系统。热水和蒸汽是集中供暖系统最常用的两种热媒。从实际使用情况看,热水作热媒不但供暖效果好,而且锅炉设备、燃料消耗和司炉维修人员等比使用蒸汽供暖减少了30%左右。但在工业建筑中热水作热媒不一定是最佳选择,而应根据建筑类型、供热情况和当地气候特点等条件选择供暖工质,例如,由于蒸汽来得快、热得快,蒸汽供暖对严寒地区的高大厂房尤为适用。
除考虑上述因素外,在工业建筑选择供暖形式时应符合下列规定:当厂区只有供暖用热或以供暖用热为主时,应采用95-70℃的热水作热媒;当厂区供热以工艺用蒸汽为主时,生产厂房、仓库、公用辅助建筑物可采用蒸汽作热媒,其蒸汽压力宜为0.1-0.2MPa;生活、行政辅助建筑物应采用热水作热媒;有条件利用余热或可再生能源供暖时,其热媒参数及是否配备辅助热源装置作为调节手段,可根据工程需要与当地实际情况确定。
在选择供暖系统的具体形式时,还应考虑系统的节能效果。供暖系统的节能在供热管网的水力平衡、管道保温及散热设备等方面也采取相应措施。
供热管网是将供热系统的热量通向室内终端设备(即热用户)的管路系统。为了保证用户的供热需要,除了要使热媒(蒸汽或热水)达到合格的输出温度外,还要在传输过程中尽量减少热量损失。采用传统供热管网保温材料热媒从锅炉出口经热网输送到热用户时,平均温度会降低6℃以上。由于供暖管道保温不良,输送损失过多,造成能源浪费,因此必须对管网采用新型保温材料进行保温,以达到节能目的。目前,许多工程已用岩棉毡取代水泥瓦保温,也有采用预制保温管的,即内管为钢管。外套聚乙烯或玻璃钢管,中间用聚氨酯泡沫保温,不设管沟,直埋地下,管道热损失小,施工维护方便。
供暖时室温不均的情况比较普遍,即离热源近的区域室温偏高,离热源远的区域室温偏低,其原因除了管网热损失外,主要是热网热量分配不均。流经各用户散热器处的水流量与设计要求不符,也就是水力工况失调。如果要使室温过低区域的温度升高,必然会使其余区域的温度偏高,这就浪费了能源。应通过对供暖系数进行全面的水力热力平衡计算。供热管网的水力平衡用水力平衡度来表示。所谓水力平衡度,就是供热管网运行时各管段的实际流量与设计流量的比值。该值越接近1,说明供热管网的水力平衡度越好。为保证供热管网的水力平衡度,首先在设计环节就应进行仔细的水力计算及平衡计算。然而,尽管设计者作了仔细的计算,但是供热管网在实际运行时,由于管材、设备和施工等方面出现的差别,各管段及末端装置的水流量并不可能完全按设计要求输配,因此需要在供暖系统中采取一定的措施,从而保证供热管网水力平衡度良好,为选择供暖系统形式提供可靠的依据。
供热管网在供暖系统中完成热的传递,热水经过热力管网将热量传送给热用户,但是由于热用户的性质不同、需要的热量不同、距离锅炉的远近不同等因素,会造成系统中各用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致的现象,这就是水力失调。系统水力失调实质上是由于系统各环路为实现阻力平衡而导致的,水力失调必然要造成热用户的冷热不均和锅炉的燃气浪费。
为确保各环路实际运行的流量符合设计要求,在室外热网各环路及建筑物人口处的供暖供水管或回水管上应安装平衡阀或其他水力平衡元件,并进行水力平衡调试。目前,采用较多的是平衡阀及平衡阀调试时使用的专用智能仪表。实际上,平衡阀是一种定量化的可调节流通能力的孔板;专用智能仪表不仅用于显示流量,更重要的是配合调试方法,原则上只需对每一环路上的平衡阀作一次性的调整,即可使全系统达到水力平衡。这种技术尤其适用于逐年扩建热网的系统平衡,因为只要在每年管网运行前对全部或部分平衡阀重作一次调整,即可使管网系统重新实现水力平衡。
选择供暖系统时,还要考虑管道保温对供暖系统的节能效果的影响。供热管网在热量从热源输送到各热用户系统的过程中,由于管道内热媒的温度高于环境温度,热量将不断地散失到周围环境中,从而形成供热管网的散热损失。管道保温的主要目的是减少热媒在输送过程中的热损失,节约燃料,保证温度。热网运行经验表明,即使有良好的保温,热水管网的热损失仍占总输热量的5%-8%,蒸汽管网占8%-12%,而相应的保温结构费用占整个热网管道费用的25%-40%。
供热管网的保温是减少供热管网散热损失,提高供热管网输送热效率的重要措施。然而,增加保温厚度会带来初投资的增加。因此,如何确定保温厚度以达到最佳的效果,是供热管网节能的重要内容,也是影响供暖系统选择的重要因素。
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