二次網(wǎng)供暖設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化選擇研究

二次網(wǎng)供暖設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化選擇研究

0供熱二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度參數(shù)的確定目前，中國(guó)的加熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)水溫為9570。而我國(guó)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行供回水溫度低于規(guī)范中的設(shè)計(jì)參數(shù),部分項(xiàng)目的設(shè)計(jì)參數(shù)也已經(jīng)低于該參數(shù)。室外條件、設(shè)計(jì)和運(yùn)行環(huán)節(jié)等均會(huì)造成集中供熱系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)低于設(shè)計(jì)參數(shù)。造成我國(guó)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供回水運(yùn)行溫度偏低的原因如下:1)實(shí)際散熱器面積大于設(shè)計(jì)值;2)實(shí)際流量值大于設(shè)計(jì)值;3)實(shí)際室外溫度低于設(shè)計(jì)室外溫度。集中供熱系統(tǒng)形式呈現(xiàn)多樣性的特點(diǎn),例如不同燃料的熱源形式、各種低溫高效散熱性能的散熱末端形式、各種回收余熱的裝置和設(shè)備形式逐漸被應(yīng)用到集中供熱系統(tǒng)中。因此不同的系統(tǒng)形式應(yīng)該有與之相適宜的二次網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)。此外,二次網(wǎng)供回水溫度對(duì)整個(gè)集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能性、初投資和運(yùn)行費(fèi)均有較大的影響,不同的管網(wǎng)基價(jià)和燃料價(jià)格對(duì)供熱系統(tǒng)整體的初投資和運(yùn)行費(fèi)會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此如何根據(jù)我國(guó)當(dāng)前的國(guó)情合理地選取和設(shè)定我國(guó)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供暖溫度設(shè)計(jì)參數(shù)值得深入研究。本文首先介紹我國(guó)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供回水溫度的設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的調(diào)研情況,以及其他國(guó)家集中供熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度參數(shù)情況;然后分析改變二次網(wǎng)供回水溫度對(duì)集中供熱系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的初投資、運(yùn)行費(fèi)等方面的影響;采用比較分析和敏感性分析方法,分析二次網(wǎng)供暖溫度設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)集中供熱系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)的影響,找出適合不同集中供熱系統(tǒng)形式的二次網(wǎng)供暖溫度設(shè)計(jì)參數(shù),為修訂我國(guó)集中供熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)供暖溫度設(shè)計(jì)參數(shù)提供相關(guān)參考依據(jù)。1加熱系統(tǒng)的二次供暖參數(shù)研究1.1供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)回水溫度水質(zhì)分析主要調(diào)研了黑龍江省(大慶)、吉林省(長(zhǎng)春、通化、琿春)、北京市、河北省(衡水、保定)、山西省(太原、呂梁)、山東省(濟(jì)南、青島)等部分地區(qū)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行供回水溫度,具體參數(shù)情況如表1所示。從我國(guó)集中供熱系統(tǒng)調(diào)研案例可知,二次網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行溫差均小于設(shè)計(jì)溫差25℃,本文調(diào)研案例的二次網(wǎng)在嚴(yán)寒期間的運(yùn)行溫差約為7.8～14.7℃。這些系統(tǒng)在運(yùn)行期間的室外平均溫度約為-16.6～0.3℃,二次網(wǎng)供水溫度約為47.8～64.0℃,二次網(wǎng)回水溫度約為40.0～53.6℃。從表1可以得出我國(guó)北方地區(qū)部分城市集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供回水溫度的實(shí)際運(yùn)行狀況。如果折合到相同的室外溫度工況下,我國(guó)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)呈現(xiàn)“北低南高,西高東低”的現(xiàn)象。1.2中國(guó)二次供暖設(shè)計(jì)參數(shù)的研究通過對(duì)建筑設(shè)計(jì)院所調(diào)研可知,我國(guó)北方部分城市集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的供回水溫度設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示,呈現(xiàn)“北高南低,西高東低”的現(xiàn)象。1.3次網(wǎng)設(shè)計(jì)回水溫度分布根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)出版的區(qū)域供熱供冷手冊(cè)和文獻(xiàn)的調(diào)研結(jié)果可知,國(guó)外集中供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示?？梢钥闯?國(guó)外集中供熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)供回水設(shè)計(jì)參數(shù)存在向低溫供熱發(fā)展的趨勢(shì)。其中丹麥、芬蘭、德國(guó)、波蘭和韓國(guó)等國(guó)家的緯度與我國(guó)北方供暖城市相近,這些國(guó)家的集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的設(shè)計(jì)供水溫度約為70～80℃,二次網(wǎng)設(shè)計(jì)回水溫度約在40～65℃之間,采用70℃/40℃,70℃/50℃,80℃/60℃,75℃/65℃等供回水設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況,應(yīng)該降低和重新修訂我國(guó)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的設(shè)計(jì)供回水溫度參數(shù)。1.4供熱二次網(wǎng)回水溫度根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外集中供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行參數(shù)調(diào)研可知:1)國(guó)內(nèi)集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供回水溫度的設(shè)計(jì)參數(shù)多數(shù)采用95℃/70℃,85℃/60℃,也有采用75℃/55℃的;2)國(guó)外集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供回水溫度的設(shè)計(jì)參數(shù)多采用70℃/40℃,70℃/50℃,80℃/60℃,75℃/65℃等,室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)參數(shù)為20℃;3)在本文調(diào)研的幾個(gè)國(guó)內(nèi)集中供熱系統(tǒng)案例中,調(diào)研運(yùn)行期間的室外平均溫度約為-16.6～0.3℃,二次網(wǎng)供水溫度約為47.8～64.0℃,二次網(wǎng)回水溫度約為40.0～53.6℃;4)根據(jù)國(guó)內(nèi)集中供熱系統(tǒng)調(diào)研案例可知,這些案例的二次網(wǎng)運(yùn)行溫差約為7.8～14.7℃,均小于設(shè)計(jì)溫差25℃。2通過分析二級(jí)供暖參數(shù)對(duì)加熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性的影響2.1次網(wǎng)回水系統(tǒng)溫度集中供熱系統(tǒng)主要包括熱源、一次網(wǎng)、熱力站、二次網(wǎng)、室內(nèi)管網(wǎng)、散熱末端6個(gè)環(huán)節(jié)。如果保持二次網(wǎng)供回水溫差不變,降低二次網(wǎng)平均設(shè)計(jì)溫度,會(huì)造成散熱末端的初投資增加;二次網(wǎng)溫度降低還會(huì)造成一次網(wǎng)回水溫度降低,增大一次網(wǎng)的運(yùn)行溫差,由此會(huì)降低一次網(wǎng)的初投資和一次網(wǎng)循環(huán)水泵的運(yùn)行費(fèi)用。另外還會(huì)增大熱力站的換熱溫差,從而會(huì)降低熱力站的初投資。2.2加熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析模塊2.2.1網(wǎng)+c熱力站+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)網(wǎng)+c室內(nèi)集中供熱系統(tǒng)的初投資構(gòu)成如下:C總=C熱源+C一次網(wǎng)+C熱力站+C二次網(wǎng)+C室內(nèi)管網(wǎng)+C散熱末端(1)C總=C熱源+C一次網(wǎng)+C熱力站+C二次網(wǎng)+C室內(nèi)管網(wǎng)+C散熱末端(1)式中C為初投資;下標(biāo)表示各環(huán)節(jié)。1溫度和熱源初投資對(duì)于燃煤鍋爐房等熱源形式,供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度對(duì)熱源的初投資影響不大,熱源部分的初投資主要受供熱規(guī)模(供熱負(fù)荷)和熱源形式的影響。因此熱源部分的投資可以考慮為常數(shù)。2管網(wǎng)基價(jià)估算指標(biāo)熱網(wǎng)的初投資受熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)溫差、比摩阻、管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(管徑和管長(zhǎng))及其投資的影響較大。因此本文在分析不同設(shè)計(jì)溫差對(duì)一次網(wǎng)初投資的影響時(shí),需要保持一次網(wǎng)的主干管網(wǎng)的平均比摩阻基本不變。對(duì)于熱水供熱管網(wǎng),管網(wǎng)的基建費(fèi)用近似與管徑呈線性關(guān)系,因此可以根據(jù)管網(wǎng)基價(jià)估算指標(biāo)得出,即Κ=a+bd(2)K=a+bd(2)式中K為單位管長(zhǎng)的基建費(fèi)用,元/m;d為管道的公稱直徑,m;a,b與管網(wǎng)的鋪設(shè)方式有關(guān),單位分別為元/m和元/m2。因此熱水管網(wǎng)的初投資C網(wǎng)可用下式計(jì)算:C網(wǎng)=n∑i=1(a+bdi)li(3)式中l(wèi)i為各管道的長(zhǎng)度,m。3熱站投資熱力站的初投資主要與對(duì)數(shù)換熱溫差和供熱面積有關(guān),可以通過投資估算指標(biāo)得到。4熱風(fēng)價(jià)室內(nèi)散熱末端的初投資主要與散熱末端形式(散熱器或地板供暖形式)、散熱器形式、散熱器平均溫度、室內(nèi)溫度、散熱器面積有關(guān)。在參考工況下,散熱器的造價(jià)按0.3元/W選取。在其他設(shè)計(jì)工況下散熱器的面積將會(huì)按照一定的比例增加,可以將所需的散熱器面積折算成參考工況的面積比例計(jì)算。2.2.2循環(huán)泵用電費(fèi)用集中供熱系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)S主要包括系統(tǒng)的燃料費(fèi)用、熱網(wǎng)循環(huán)泵耗電費(fèi)用、補(bǔ)水泵耗電費(fèi)用和耗水費(fèi)用。S=Sf+S1p+S2p+S1b+S2b(4)式中Sf為供熱系統(tǒng)消耗的燃料費(fèi)用,萬(wàn)元/a;S1p,S2p分別為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的循環(huán)泵耗電費(fèi)用,萬(wàn)元/a;S1b,S2b分別為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的補(bǔ)水泵耗電和耗水費(fèi)用,萬(wàn)元/a。一次網(wǎng)循環(huán)泵的耗電費(fèi)用與一次網(wǎng)補(bǔ)水泵的耗電費(fèi)用和耗水費(fèi)用稱為一次網(wǎng)費(fèi)用,二次網(wǎng)循環(huán)泵的耗電費(fèi)用與二次網(wǎng)補(bǔ)水泵的耗電費(fèi)用和耗水費(fèi)用稱為二次網(wǎng)費(fèi)用。循環(huán)水泵的耗電費(fèi)用Sp計(jì)算公式為Sp=GΔp3600000ηΝC電(5)式中G為系統(tǒng)總流量,t/h;Δp為循環(huán)水泵壓頭,Pa;η為水泵效率;N為水泵運(yùn)行時(shí)間,h;C電為電價(jià),元/(kW·h)。2.2.3t為破壁的特性供熱系統(tǒng)每年的折舊費(fèi)用S折舊費(fèi)=C總/T,其中T為折舊年限,本文中取20a。因此供熱系統(tǒng)的年總費(fèi)用S總為S總=Sf+S1p+S2p+S1b+S2b+S折舊費(fèi)(6)2.3次網(wǎng)電價(jià)的計(jì)算供熱管網(wǎng)、熱力站、散熱器的投資估算指標(biāo)參照市政工程投資估算指標(biāo)選取。一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的電價(jià)按照商業(yè)電價(jià)選取,為0.7625元/(kW·h);補(bǔ)水比例取2%,水價(jià)為5.0元/t;煤炭?jī)r(jià)格按600元/t計(jì)算。集中供熱系統(tǒng)的參考工況二次網(wǎng)參數(shù)取95℃/70℃,一次網(wǎng)參數(shù)取130℃/80℃,對(duì)比工況如表4所示。2.42.2w加熱參數(shù)對(duì)燃煤鍋爐加熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益的影響2.4.1供、回水溫度燃煤鍋爐集中供熱系統(tǒng)示意圖如圖1所示,系統(tǒng)由作為熱源的燃煤鍋爐、一次網(wǎng)、板式換熱機(jī)組、二次網(wǎng)和用戶散熱末端構(gòu)成,圖中t1g,t1h,t2g,t2h分別為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的供、回水溫度。2.4.2影響太陽(yáng)能鍋爐管理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)影響1供熱系統(tǒng)初投資降低分析結(jié)果如圖2～5所示。由圖2,3可知,當(dāng)二次網(wǎng)溫差Δt為25℃時(shí),隨著二次網(wǎng)供回水溫度降低,不考慮系統(tǒng)折舊費(fèi)用時(shí),供熱系統(tǒng)的年總費(fèi)用降低,但是供熱系統(tǒng)的初投資逐漸升高?？紤]系統(tǒng)折舊費(fèi)用后(20a折舊期),當(dāng)二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度為75℃/50℃時(shí),供熱系統(tǒng)的年總費(fèi)用最低。隨著二次網(wǎng)溫差的減小,二次網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)大幅增加,供熱系統(tǒng)在二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫差最大時(shí)年總費(fèi)用最低。當(dāng)二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫差為20℃時(shí),二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度70℃/50℃對(duì)應(yīng)的供熱系統(tǒng)年總費(fèi)用最低(見圖4)。因此二次網(wǎng)設(shè)計(jì)溫差不應(yīng)過小(應(yīng)大于20℃)。2供熱二次網(wǎng)優(yōu)化參數(shù)的確定如果采用常規(guī)地板供暖末端形式,通常地板供暖的設(shè)計(jì)溫差為10℃,考慮到降低二次網(wǎng)的輸送能耗,二次網(wǎng)仍然采用25℃溫差供暖,但是在地板供暖末端需要通過混水裝置滿足地板供暖的設(shè)計(jì)溫度要求。地板供暖集中供熱系統(tǒng)的初投資和年總費(fèi)用分析結(jié)果見圖6,7。如果采用供暖地板作為散熱末端,則會(huì)增加供熱系統(tǒng)的初投資,但是由于二次網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)降低,可以使一次網(wǎng)回水溫度降低,從而降低一次網(wǎng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)。對(duì)于地板供暖系統(tǒng),隨著二次網(wǎng)溫度的降低,地板供暖末端的初投資增加,一次網(wǎng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)降低,因此存在一個(gè)合理的二次網(wǎng)供回水溫度,使得整個(gè)集中供熱系統(tǒng)的年總費(fèi)用最低。通過比較分析可知,適合地板供暖系統(tǒng)的二次網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)為55℃/30℃。而采用散熱器供暖的集中供熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)優(yōu)化參數(shù)為75℃/50℃?？梢?相對(duì)于采用散熱器的集中供熱系統(tǒng),采用地板供暖后,集中供熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)參數(shù)可以降得更低。但是集中供熱系統(tǒng)的初投資會(huì)顯著增加。3實(shí)施分散式供暖3.1采用熱水作為熱媒,不僅供暖質(zhì)量有明顯提高,而且便于調(diào)節(jié)。因此,明確規(guī)定散熱器供暖系統(tǒng)應(yīng)采用熱水作為熱媒。3.2以前的室內(nèi)供暖系統(tǒng)基本是按95℃/70℃熱媒參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。對(duì)于95℃/70℃的二次網(wǎng)供暖設(shè)計(jì)參數(shù),在當(dāng)前的設(shè)備估算基價(jià)和燃料、電價(jià)下得出的供熱系統(tǒng),其經(jīng)濟(jì)性不再是最優(yōu)的。3.3散熱器集中供暖系統(tǒng)宜按熱媒溫度為75℃/50℃或