混水连接和间接连接方式的对比分析_工程实践

摘要

摘要：以某住宅小区热网为例，比较了新增热用户与既有热网采用间接连接、混水连接的技术经济性。后者的技术经济性较优。关键词：既有热网；混水连接；间接连接Comparative Analysis o

摘要：以某住宅小区热网为例，比较了新增热用户与既有热网采用间接连接、混水连接的技术经济性。后者的技术经济性较优。

关键词：既有热网；混水连接；间接连接

Comparative Analysis of Water-mixing Direct Connection and Indirect Connection

ZHANG Xiu-juan，LI Xing-quan，TIAN Guan-san，WANG Jun-ling

Abstract：Taking the heat-supply network in a residential area for example，the technical and economic efficiencies of indirect connection and water-mixing direct connection for newly added heat consumers and existing heat-supply network are compared. The latter has better technical and economic efficiencies.

Key words：existing heat-supply network；water-mixing direct connection；indirect connection

1 工程概况

热用户的连接形式包括简单直接连接、间接换热、带混水装置的直接连接(以下简称混水连接)等。本文就枣庄市某新增住宅小区供热方式进行设计与探讨。热力站原有用户采用散热器供暖，供热面积为30×10⁴m²。新增福华馨苑小区，该小区供热面积为1.5×10⁴m²，热负荷为900kW，建筑高为15m左右，采用地板辐射供暖。原有散热器用户供回水温度为90、70℃，供回水压力为0.5、0.2Mpa；新增小区供回水温度为60、45℃，供回水压力为0.45、0.28MPa。根据上述情况，有两种连接方式可以满足新增小区的供热要求：一种是增加一套管网，采用间接连接；另一种是在原有用户管网和新增小区间设计混水换热机组，采用混水连接。

2 设计方案

① 间接连接

由于地板辐射供暖系统需要较低的供水温度，因此需设置一套换热系统，使其成为独立的系统。间接连接供热系统流程见图1。

② 混水连接

混水连接方式分为：二级管网供水混水、二级管网回水混水、旁通加压混水连接^[2]。由于原有管网的供回水压力为0.5、0.2MPa，新增小区供回水压力为0.45、0.28MPa，因此福华馨苑小区采用旁通管加变频混水泵的旁通加压混水连接方式。混水连接供热系统流程见图2。

3 方案对比分析

3.1 换热设备

① 间接连接

选择合适的换热器对整个热网的合理运行起着关键的作用^[3]，波面板壳式换热器结构紧凑，效率较高，且不存在板式换热器周边密封不好易漏水的缺点。由于该热网规模不大，可采用1台立式波面板壳式换热器。换热器换热面积A的计算式为：

式中A——换热器的换热面积，m²

Φ——热负荷，W

K——换热器的传热系数，W/(m²·K)，取2600W/(m²·K)

△t——换热器的对数平均温差，℃

β——污垢系数，取0.7

经计算得，△t=17.5℃，进而计算得到A=28.3m²。

② 混水连接

混水机组的冷热水混合比例随温度调节旋钮的设定自动变化，出水温度可在35～65℃任意设定，并自动维持设定的出水温度。

③ 换热效率及热经济性

对于间接连接的换热器换热效率很少到90%以上，一般为50%～80%。另外，随着换热器运行时间的延长，换热面上积聚较厚的水垢，导致换热效率再次降低。混水机组是依靠冷、热流体直接接触进行传热的，这种方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻带来的问题，只要流体间的接触情况良好，就有较高的传热速率。不同的换热方式其热经济性有很大的差别，换热器的总熵增率为换热器在单位热流量下所消耗的可用能，总熵增率越小，换热器的热经济性越高^[4]。以水为介质，在同一流速下，板式换热器、壳管式换热器、混水机组中，混水机组的熵增率最小，热经济性最高。

3.2 动力设备

① 间接连接

a. 循环泵

循环泵扬程H的计算式为^[5]：

H=1.1(H₁+H₂) (2)

式中H——循环水泵的扬程，m

H₁——用户系统的阻力，m，取6m

H₂——换热器的阻力，m，取8m

循环泵质量流量q_m的计算式为：

式中q_m——循环泵的质量流量，kg/h

t_s——地板辐射供暖用户的供水温度，℃

t_r——地板辐射供暖用户的回水温度，℃

由式(2)、(3)计算得，间接连接系统中循环泵的扬程为15.4m，质量流量为51.6t/h。

b. 补水泵

根据GJJ 34—2002《城市热力网设计规范》^[6]，间接连接用户系统内补水装置的选择应符合下列规定：补水泵的扬程不应小于补水点压力加30～50kPa，系统补水点设在循环水泵的吸入口处，补水点即为系统的定压点，该点压力应满足系统始终充满水、不倒空的要求。补水点的最小压力应为系统充水高度15m，再加上3～5m的富裕值。补水泵的流量宜为正常补水量的4～5倍。则补水泵的扬程为19m，质量流量为2.6t/h。

② 混水连接

将地板辐射供暖系统的供水温度控制在60℃以下。当二级管网的供水温度低于60℃，即供暖初期和末期，混水泵不启动，随着室外温度逐渐降低，二级管网供水温度超过60℃时，启动混水泵。根据GJJ 34—2002《城市热力网设计规范》第10.3.6条第2款规定：混水装置的扬程不小于混水点以后用户系统的总阻力。由系统的管段压力降计算选择混水泵的扬程为17m。

混合比μ的计算式为：

式中μ——混合比

t——散热器用户的供水温度，℃，取90℃

q_m,p——混水泵的质量流量，t/h

q_m,s——二级管网的质量流量，t/h

q_m——地板辐射供暖用户的质量流量，t/h

由式(4)、(5)计算得，μ=2、q_m,p=2q_m,s，q_m,p=34.4t/h。由于地板辐射供暖系统对水温的要求较高，为保证供热系统的安全进行，故设置两台混水泵，1用1备。

3.3 经济性分析

① 耗电量

供热设计中循环泵的选择最为重要，循环泵是耗电设备，在实际运行成本中占有较大的份额。正确选择循环泵不仅可以节能，还有助于改善供热效果。两种连接形式供热系统循环泵的耗电量比较见表1，供暖期为120d，每日24h运行，电价为0.6元/(kW·h)。由表1可知，混水连接供热系统的耗电量较低。

表1 两种连接形式供热系统循环泵的耗电量比较

连接形式	间接连接	混水连接
耗电量/(kW·h)	28.2×10⁴	27.3×10⁴
电费/元	16.9×10⁴	16.4×10⁴

② 系统造价

间接连接需设置换热器，混水连接没有换热器，避免换热器及补水定压引起的热损耗及电损耗，运行经济。混水连接的设备占地面积少，热力站土建费用较低。间接连接在补水的同时还要保证补水的质量，因此还需要配备一套完善的水处理设备，造价较高。

4 结论

混水连接的工艺结构简洁，降低了热网造价，循环泵的耗电量低，节省运行费用。随着供热系统逐渐完善，在扩增或新建的供热区域，采用大混合比的混水连接方式，特别是针对不同供暖方式的用户无疑成为首要考虑的连接方式。

参考文献：

[1] 高奉春，宋景发.混水连接方式在供热系统的应用[J].煤气与热力，2008，28(5)：A24-A25.

[2] 王宏扬，李军，刘兆军.供热系统混水连接形式及调节方法[J].煤气与热力，2009，29(10)：A15-A17.

[3] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

[4] 张海泉.板式换热器热工与阻力性能测试及计算方法研究(硕士学位论文)[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006.

[5] 贺平，孙刚.供热工程(第3版)[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[6] GJJ 34—2002，城市热力网设计规范[S].

(本文作者：张秀娟李兴泉田贯三王军玲山东建筑大学山东济南 250101)