热网及换热站节能设计

第二节　热网及换热站节能设计

室外供热管网分为区域热网和小区热网。区域热网是指由区域锅炉房联合供热的管网，小区热网是指由小区采暖锅炉房或小区换热站至各采暖建筑间的管网。室外供热管网设计要注意以下几个问题。

一、供热管网布置基本原则及水力失调问题

供热管网布置的基本原则如下。

(1)管网布置应能与规划发展速度和规模相协调，并在布置上考虑分期实施。布置时应满足生产、生活、采暖、空调等不同热用户对热负荷的要求。

(2)管网布置要考虑热源的位置、热负荷分布、热负荷密度，管网主干线尽可能通过热负荷中心，管网力求线路短直。

(3)在满足安全运行、维修简便的条件下，应节约用地。在管网改建、扩建过程中，应尽可能做到新设计的管线不影响原有管道正常运行。管线一般应沿道路敷设，不应穿过仓库、堆场以及发展扩建的预留地段。管线尽可能不通过铁路、公路及其他管线、管沟等，并应适当地注意整齐美观。城市街区或小区干线一般应敷设在道路路面以外，在城市规划部门同意下，可以将热网管线敷设在城市道路和人行道下面。

对于一个设计完善、运行合理的管网系统，各用户应均能获得相应的设计水量，即都满足用户的供热需求。但由于种种原因，大部分供水环路及热源并联机组都存在水力失调，使得流经用户及机组的流量与设计流量要求不符，结果是各支路的流量分配不均匀，产生冷热不均，近热源处室温很高，远热源处室温偏低。

所谓水力失调是指热水供热系统中各热用户的实际流量与要求流量之间的不一致。为减小水力失调，应:①减少管网干管的压力损失，宜选取较小的比压降，适当加大管径。②适当增大热用户系统的压力损失，一般在热用户入口处安装手动调节闷(或平衡阀)、调压孔板，控制和调节入口压力。③高温水采暖系统的热源内部压力损失，对管网的水力稳定性也有影响，一般在热源内部留有一定的富余压头，在正常工况下富余压头消耗在循环水泵的出口阀门上。当管网流量发生变化引起热源出口的压力变化时，可调整循环水泵出口阀门的开度，使出口压力保持稳定。

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26—2010)规定:室外管网应进行严格的水力平衡计算。当室外管网通过阀门截流来进行阻力平衡时。各并联环路之间的压力损失差值，不应大于15%。当室外管网水力平衡计算达不到上述要求时，应在热力站和建筑物热力入口处设置静态水力平衡阀。《民用建筑供暖通风与空气调节规范》(GB50736—2012)也规定:集中供热系统应在回水管道上设置静态水力平衡阀。

静态水力平衡阀又叫水力平衡阀或平衡阀，具备开度显示、压差和流量测量、限定开度等功能。通过改变平衡阀的开度，使阀门的流动阻力发生相应变化来调节流量，能够实现设计要求的水力平衡，其调节性能一般包括接近线性线段和对数(等百分比)特性曲线线段。对于定流量系统，完成初调节后，各个平衡阀的开度被固定，局部阻力也被固定，若总流量不改变，则系统始终处于水力平衡状态。当水泵处于设计流量或者变流量运行时，各个用户能够按照设计要求，基本上能够按比例得到分配流量。通过安装静态水力平衡阀解决水力失调是供热系统节能的重点工作和基础工作，因此无论供暖系统规模大小，均要求在热力入口处设置。静态水力平衡阀既可安装在供水管上，也可安装在回水管上，但出于避免气蚀与噪声等的考虑，一般应安装于回水管上。

二、管网保温

管道和设备表面保温是一项花钱不多、收效非常显著的节能措施，可以显著节约能源、减少热损失，降低产品成本，提高经济效益。随着能源价格的不断上升，更显现出它的经济性。在管道与设备的表面进行保温可以满足用户的使用需要，防止介质温度的过度降低，保证介质一定的参数，也可以改善工作环境，保护操作人员的安全，避免发生烫伤等伤害事故。

符合下列情况之一时，供暖管道应保温:①管道内输送的热媒必须保持一定参数。②管道敷设在地沟、技术夹层、闷顶及管道井内或易被冻结的地方。③管道通过的房间或地点要求保温。④管道无益热损失较大。

1.管道保温材料

供热管道常用的保温材料包括有离心玻璃棉、岩棉、矿棉、膨胀珍珠岩以及它们的一些制品等，各种管道保温的常用材料及其制品的主要技术性能参数见表4－4。

表4-4　常用绝热(保热、保冷)材料及其制品的主要技术性能

续表

2.保温层厚度

为减少散热损失的保温层，保温层的厚度应按“经济厚度”的方法进行计算，其中在管道与圆筒设备的外径大于1 000mm时可按平面型计算绝热层厚度，其余按圆筒型计算绝热层厚度。

(1)平面型绝热层经济厚度计算公式。

式中:δ——绝热层厚度，m;

P_E——能量价格，元/GJ;

λ——绝热材料在平均设计温度下的导热系数，W/(m·K);

t——年运行时间，h;

T₀——管道或设备的外表面温度，当管道为金属材料时可取管内的介质温度，℃;

T_a——环境温度，取管道或设备运行期间的平均气温，℃;

P_T——绝热结构层单位造价，元/m³;

a_S——绝热层外表面向周围环境的放热系数，W/(m²·K);

S——绝热工程投资贷款年分摊率，一般在设计使用年限内按复利计算，%。

式中:λ₀——绝热材料在0℃时的导热系数，W/(m·K);

A——系数，通常由实验得出;

T_a——绝热层外表面温度。

由于各厂家和各类型绝热材料的加工工艺、材料成分等的差异，导热系数方程会有所不同，有的相差还比较大，也有采用温度分段和二次方程进行表达，实际应用时应按厂家提供的资料确定。

(2)圆筒型绝热层经济厚度计算。计算应使绝热层外径D₁满足下列恒等式要求。

式中: t——年运行时间，h

D₀——管道或设备外径，m;

D₁——管道或设备绝热层外径，m。

3.保温结构

常用保温结构图如图4－1和图4－2所示。图4－1为金属、玻璃钢及铝箔玻璃钢薄板外保护层管道保温结构图，主要为室外架空管道保温结构的形式，也可用于室内保温结构。其中A－A(b)断面为考虑管子中缩的连接方式，长l由管段伸缩量决定，伸缩缝间距3.5～5mm。水平管道采用缝毡保温时，其管顶应先敷设一层10～30mm厚棉毡，宽度为周长的1/3，然后包扎缝毡，详见断面(a)。玻璃钢与铝箔玻璃钢薄板保护层接缝处宜采用胶黏剂黏合密封。

图4－1　金属、玻璃钢及铝箔玻璃钢薄板外保护层管道保温结构图

图4－2　复合包扎涂抹外保护层管道保温结构图

图4－2为复合包扎涂抹外保护层管道保温结构图。图中保温结构(a)和(b)用于室内架空管道;保温结构(c)和(d)用于室外地沟及潮湿环境;保温结构(c)中，乳化沥青涂层可用不饱和聚酯树脂，待乳化沥青干燥后，缠外层玻璃布;保温结构(d)中，油毡也可用CPU防水阻燃涂层;有防火要求时，应选用具有阻燃性的乳化沥青及不饱和聚酯树脂。

三、供暖管网的制式

居住建筑室内供暖系统的制式宜采用垂直双管系统、共用立管的分户独立循环系统，也可采用垂直单管跨越式系统;公共建筑供暖系统可采用双管或跨越式单管系统。

由于双管系统可实现变流量调节，有利于节能，因此室内供暖系统推荐采用双管系统。采用单管系统时，应在每组散热器的进出水支管之间设置跨越管，实现室温调节功能。公共建筑选择供暖系统制式的原则，是在保持散热器有较高散热效率的前提下，保证系统中除楼梯间以外的各个房间(供暖区)能独立进行温度调节。公共建筑供暖系统可采用上/下分式垂直双管、下分式水平双管、上分式垂直单双管、上分式全带跨越管的垂直单管、下分式全带跨越管的水平单管制式，由于公共建筑往往分区出售或出租，由不同单位使用，因此在设计和划分系统时，应充分考虑实现分区热量计量的灵活性、方便性和可能性，确保实现按用热量多少进行收费。

既有建筑的室内垂直单管顺流式系统应改成垂直双管系统或垂直单管跨越式系统，不宜改造为分户独立循环系统。既有建筑的分户改造曾经在北方一些城市大面积推行，多数改为分户独立循环系统，室内管路为明装，其投入较大且扰民较多。根据既有建筑改造应尽可能减少扰民和投入为原则，因此建议采用改为垂直双管或加跨越管的形式，采取其他计费办法实现分户计量要求。

垂直单管跨越式系统的垂直层数不宜超过6层，水平单管跨越式系统的散热器组数不宜超过6组。散热器流量和散热量的关系曲线与进出口温差有关，温差越大越接近线性。散热器串联组数过多，每组散热温差过小，不仅散热器面积增加较大，恒温阀调节性能也很难满足要求。

有冻结危险的楼梯间或其他有冻结危险的场所，应由单独的立、支管供暖，散热器前不得置调节阀。对于有冻结危险的楼梯间或其他有冻结危险的场所，一般不应将其散热器同邻室连接，以防影响邻室的供暖效果。