采暖地區(qū)集中供熱系統(tǒng)的設(shè)計溫度

采暖地區(qū)集中供熱系統(tǒng)的設(shè)計溫度

通過制定國家標準的住宅建筑節(jié)能設(shè)計標準。他在5.3.6條中提出了這一建議?！安捎眉泄┡到y(tǒng)的供暖溫度應(yīng)符合以下規(guī)定。1嚴寒地區(qū)采用金屬管道輸送熱水時,t≤95℃;供回水溫差Δt≥25℃;2嚴寒/寒冷地區(qū)采用鋁塑(PE-X或PE-RT)復(fù)合管輸送熱水時,t≤90℃;供回水溫差Δt≥25℃;3嚴寒/寒冷地區(qū)采用熱塑性塑料管輸送熱水時,t≤80℃;供回水溫差Δt≥20℃;4寒冷地區(qū)采用金屬管材輸送熱水時,t≤90℃;供回水溫差Δt≥25℃;5夏熱冬冷地區(qū),t≤80℃;供回水溫差Δt≥20℃?！睂τ谏鲜鲆?guī)定,該征求意見稿的條文說明作如下解釋:“對于不同氣候和不同材料管道,提出不同的設(shè)計供水溫度。對于以熱水鍋爐作為直接供暖的熱源設(shè)備來說,降低供水溫度對于降低鍋爐排煙溫度、提高傳熱溫差具有較好的影響,使得鍋爐的熱效率得以提高。采用換熱器作為采暖熱源時,降低換熱器二次水供水溫度可以在保證同樣的換熱量情況下減少換熱面積,節(jié)省投資。由于目前的一些建筑存在大流量、小溫差運行的情況,因此本標準規(guī)定采暖供回水溫差不應(yīng)小于20℃。在有可能的條件下,設(shè)計時應(yīng)盡量提高設(shè)計溫差?！鄙鲜鲆?guī)定涉及到供暖系統(tǒng)設(shè)計的基本參數(shù),也涉及到對塑料類管道耐熱特性的認識和理解,筆者認為存在以下值得商榷的問題。1供熱熱媒設(shè)計溫度散熱器熱水供暖系統(tǒng)熱媒設(shè)計溫度,應(yīng)根據(jù)熱舒適度要求、系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性等原則確定。供水溫度不超過95℃,可確保熱媒在常壓條件下不汽化;適當降低熱媒溫度,則有利于提高舒適度,但要相應(yīng)增加散熱器數(shù)量。長期以來,一般采用供水溫度95℃、供回水溫差25℃的做法。例如,作為散熱器標準工況的64.5℃,就是水溫95℃/70℃的平均值與室溫18℃的傳熱溫差。許多供暖系統(tǒng)的設(shè)計計算資料也按此條件編制。當然,熱媒設(shè)計溫度的確定也要符合熱源條件和考慮其他因素。例如,當以較低溫度的一次熱媒進行換熱獲得二次熱媒時,或采用戶式燃氣熱水供暖爐受產(chǎn)品性能限制,或采用塑料類管材為延長其使用壽命時,也有采用85℃/60℃作為設(shè)計參數(shù)的。征求意見稿中對散熱器熱水供暖系統(tǒng)熱媒設(shè)計溫度和供回水溫差的規(guī)定,與傳統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)相比,降低了除嚴寒地區(qū)以外的廣大供暖地區(qū)(尤其是夏熱冬冷地區(qū))、特別是降低了采用塑料類管材系統(tǒng)的熱媒設(shè)計溫度,這無疑將增加散熱器數(shù)量,也將因供回水溫差減小而增加循環(huán)水泵動力消耗。熱媒設(shè)計溫度只是供暖系統(tǒng)實際運行過程中對應(yīng)于最不利室外氣象條件的一個狀態(tài)點,在供暖期內(nèi),需要隨室外氣象條件變化進行熱媒溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)。例如,按照熱媒溫度95℃/70℃(或85℃/60℃)設(shè)計的系統(tǒng),真正需要供水溫度達到95℃(或85℃)的時間,從理論上講是十分短暫的,在實際運行過程中,則幾乎從未出現(xiàn)過。因此,增加散熱器數(shù)量和循環(huán)水泵動力消耗等對節(jié)能產(chǎn)生的負面影響,能否可以從條文說明提出的“降低供水溫度……使得鍋爐的熱效率得以提高”中得到補償,而采用換熱器作為供暖熱源時,“降低換熱器二次水供水溫度可以……減少換熱面積”與增加散熱器兩者之間孰輕孰重,都有待進一步論證。2實施熱媒設(shè)計時系統(tǒng)可達溫室在制訂標準、重新確定散熱器熱水供暖系統(tǒng)的熱媒設(shè)計溫度時,應(yīng)該正視供暖系統(tǒng)設(shè)計的現(xiàn)狀。多年來,一直存在著不適當?shù)剡^多降低散熱器供暖熱媒設(shè)計參數(shù)的傾向。上世紀80年代,北京地區(qū)就曾進行過實態(tài)調(diào)查測定,結(jié)果表明,多數(shù)由城市熱網(wǎng)或小區(qū)集中鍋爐房供暖的住宅,即使設(shè)計水溫為95℃/70℃,當達到設(shè)計室外溫度時,系統(tǒng)運行平均水溫一般也只要70℃左右即可保證設(shè)計室內(nèi)溫度。其他供暖地區(qū)的實際運行情況也基本如此。為何實際運行水溫遠低于熱媒?jīng)]計溫度時也可達到設(shè)計室溫?主要是由于實際配置的散熱面積(包括散熱器和室內(nèi)不保溫的管道)不同程度地偏大于理論所需散熱面積。理論推導(dǎo)和實際工程運行驗證,對于設(shè)計水溫95℃/70℃的系統(tǒng),當散熱面積偏大10%時,運行水溫約可為90℃/65℃;當偏大20%時,運行水溫約可為85℃/60℃;當偏大30%時,運行水溫約可為82.5℃/57.5℃;當偏大40%時,運行水溫約可為80℃/55℃。由于考慮安全裕量和設(shè)計保守等原因,一般系統(tǒng)的散熱面積均會偏大30%以上。近年設(shè)計中出現(xiàn)的散熱器面積偏大情況愈加嚴重,原因是設(shè)計者常將熱源實際運行熱媒參數(shù)作為設(shè)計條件。例如設(shè)計者接受設(shè)計任務(wù)去調(diào)查現(xiàn)狀時,運行管理人員會告之供水溫度只有70℃。如不加深入分析就直接采用這樣的低溫參數(shù)進行設(shè)計計算,散熱器數(shù)量必然會增加,導(dǎo)致實際運行水溫進一步降低,以致陷入了惡性循環(huán)的怪圈。這種惡性循環(huán)更加劇了系統(tǒng)的失調(diào)度。筆者認為,征求意見稿對散熱器熱水供暖系統(tǒng)熱媒設(shè)計溫度和供回水溫差的規(guī)定,無疑會加劇這種情況。3關(guān)于使用條件分級塑料類管材的應(yīng)用歷史比金屬管短得多,因而,對塑料類管材特性的認識存在較多誤區(qū)。例如,2004年以建設(shè)部名義發(fā)布的《推廣應(yīng)用和限制禁止使用技術(shù)》218號公告中,有兩項涉及塑料類管材,即第89項“建筑生活熱水塑料管道系統(tǒng)”和92項“建筑地面輻射采暖塑料管道系統(tǒng)”。其中有“設(shè)計溫度不得高于70℃”的說法,由于公告涉及的生活熱水和地面輻射供暖的熱媒溫度根本不會高于70℃,因此與相關(guān)標準并無矛盾。但有些地方的建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督部門居然以此為依據(jù),擴大到認為散熱器供暖系統(tǒng)使用塑料類管材,“設(shè)計溫度不得高于70℃”。為了澄清這種模糊認識,由中國建筑標準設(shè)計研究院主持編制的《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——建筑產(chǎn)品選用技術(shù)專集》對此作了詳細說明。塑料類管材與金屬管材特性的一個顯著區(qū)別是,輸送介質(zhì)的溫度對金屬管材使用壽命影響甚微,而決定塑料類管材使用壽命的主要因素是輸送介質(zhì)溫度的綜合熱作用。無疑,降低輸送介質(zhì)溫度,對延長塑料類管材使用壽命有利,但是,應(yīng)該有一個合理的度。在此,使用了綜合熱作用,而不是使用單一作用溫度的概念,是因為在供暖系統(tǒng)中,塑料類管材在總設(shè)計使用周期內(nèi)并非始終處在同一溫度作用條件下,例如,在非供暖期內(nèi)的熱作用溫度會近似于室溫,即使在供暖期內(nèi),也會因進行質(zhì)調(diào)節(jié)而受不同溫度的熱作用。因此,不能用一個單一溫度值作為設(shè)計選用的依據(jù),需要先按不同使用條件的溫度作用頻率確定使用條件分級。按照國際標準ISO/10508:1995推薦的方法,對總設(shè)計使用周期為50a,根據(jù)奧、德、法地區(qū)典型使用條件劃分的塑料類管材的使用條件分級見表1。使用條件分級體現(xiàn)了綜合熱作用(即“設(shè)計溫度”和“最高設(shè)計溫度”作用周期的總和)的概念。表1中的使用條件等級5級,就是針對散熱器供暖系統(tǒng)的。其使用條件是:在總壽命周期內(nèi),60℃熱作用25a,80℃熱作用10a,20℃熱作用14a,90℃熱作用1a,各種不同溫度熱作用周期的總和是50a。而且,還允許100℃的“故障溫度”熱作用不超過100h?？梢钥闯?歐洲這些地區(qū)典型使用條件的特點是供暖期很長、熱媒溫度較低,總設(shè)計使用周期的50a中,只有14a(即28%、平均每年3.4個月)是非供暖期。上述分級應(yīng)用于我國大多數(shù)供暖地區(qū)是比較安全的。當然,應(yīng)該根據(jù)當?shù)氐墓┡芷谔攸c合理地加以引用,最好能夠逐步編制各地區(qū)的使用條件分級標準。各種熱塑性塑料類管材滿足總設(shè)計使用周期為50a的設(shè)計許用應(yīng)力見表2。表2的數(shù)值說明了綜合熱作用越大,設(shè)計許用應(yīng)力越小,在強度計算時應(yīng)該采用較大的壁厚值。只有當超過某種管材的最大壁厚時,才排除其使用可行性。另外,國外的設(shè)計方法中,不同溫度之間可以概略地按照溫度每提高10℃、使用壽命約縮短為原來的40%的關(guān)系進行換算。例如,可以把80℃熱作用10a,換算為90℃熱作用4a,再加上原有的90℃熱作用1a,即每年平均可以承受36.5天90℃的熱作用;可以把60℃熱作用25a,換算為80℃熱作用10a,即每年平均可以承受73天80℃的熱作用。這說明,如果采用85℃/60℃作為熱媒設(shè)計參數(shù),對于北京地區(qū)按照使用條件等級5級來選擇塑料類管材的壁厚,再考慮管材生產(chǎn)和施工過程中可能產(chǎn)生的缺陷,有關(guān)標準還規(guī)定了管材的最小壁厚,留有相當大的裕量,是足夠安全的。確實并不需要將熱媒溫度再降低到t≤80℃。4熱媒系統(tǒng)設(shè)置的依據(jù)針對同一氣候分區(qū),征求意見稿對金屬管、鋁塑復(fù)合管和熱塑性塑料管規(guī)定了不同的熱媒設(shè)計參數(shù)。但是,在實際工程中,由同一個熱源(鍋爐房或換熱站)供暖的系統(tǒng),常會采用多種管材,而且一般在設(shè)計階段難以確定。即使計量供暖的住宅分戶系統(tǒng)地面埋設(shè)的管道需要采用塑料類管材,決策者也會在采用鋁塑復(fù)合管或采用熱塑性塑料管之間舉棋不定。那將怎樣執(zhí)行征求意見稿中提出的規(guī)定呢?無非是:1)就低不就高。只要系統(tǒng)中有一部分采用了熱塑性塑料管,一律按照“t≤80℃、供回水溫差Δt≥20℃”作為熱媒設(shè)計參數(shù),這對于主體采用金屬管道的系統(tǒng),會造成較大的浪費。2)按照采用不同管材分別設(shè)置系統(tǒng)。或使熱源獨立,或同一熱源采用換熱、混水等方式提供不同的熱媒參數(shù)。這不僅使系統(tǒng)的配置復(fù)雜化,增加建設(shè)費用,而且也并不節(jié)能。因此,這種并不夠合理的規(guī)定,在實際工程中也很難操作。5設(shè)計溫度的確定5.1散熱器集中供暖系統(tǒng)的設(shè)計供水溫度的確定,涉及到熱源條件等多種因素,對建筑節(jié)能的綜合影響程度的評估甚為復(fù)雜,規(guī)定在建筑節(jié)能設(shè)計標準中目前似不成熟,尤其不宜加以硬性規(guī)定。如果覺得希望能有“指導(dǎo)意義”,可以采用“