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对高层建筑供热定压与节电问题的探讨(已刊登在《区域供热》 2009年05期)

发布时间:2012-6-8 发布人:朱建文 崔维学 刘 铭


青岛高远热能动力设备有限公司 朱建文

青岛金田热电有限公司     崔维学

海工英派尔工程有限公司    刘 铭

【摘 要 】 关于高层建筑供热定压与节电问题,本文提出了两个鲜明的观点: 1 、节电的关键在于对高、低区回水压差的利用。 2 、如果不考虑节电,只是为了降低回水压力,那么不必浪费很多投资。据此作者提供了几项行之有效的解决方案。

关键词 】 高层建筑供热 节能 低区超压

Exploration And Discussion About The Pressure Setting And

Energy Saving In The High Building Heating System.

             Qingdao Gaoyuan Heat & Power Euipment Co.,ltd  Jianwen Zhu

             Qingdao Jintian Heat & Electricity Co.,ltd       Weixue Cui

             Cooec-Enpal Engineering Co.,ltd           Ming Liu

【 Abstract 】 Two distinct standpoints about the Pressure setting and energy saving in the high building heating system are proposed in this paper,i.e:1.the key of the electricity saving is the using of the differential pressure between the supply-water and the backwater.2.It is unnecessary to cost more just for decreasing the backwater pressure without the consideration of electricity saving .And then some active solutions for the problem are provided.

Keyword 】 high building heating  energy saving  low district overpressure


一、当前的技术状况

  一项高层建筑“直连供暖”技术目前正在流行。从网上可以看到相关阐述的文章有许多。有关这项技术的侵权问题也在不断进行争执。笔者注意到这些文章中,只是介绍如何降低高层回水压力,防止高区水压导入低区的手段,并没有任何一篇文章谈及节电的机理。

  事实上这项技术并不节电,因而也就无机理可谈。无论在高区回水管上设置什么“断流器” 也好,“阻旋器”也好,还是什么“气水共存管”也好,都是摩擦消耗液体压头的元件,这些元件必须把高低区回水压差全部消耗掉,才能使两者混合为一体,就这样水泵的功率在这个复杂的过程中白白浪费掉了。要证实这一点可以查看其循环水泵的扬程、功率选型便知。如果真的节电,高低区同水量的系统,水泵功率应该相差不大。水泵的作用是克服系统阻力的,与系统高度并无关系。一个独立为高区供热的换热机组,如果供热设备能承受较高压力,那么其回水是不需要节流降压的,自然也就不会额外消耗很多电能。

  有人提出:高区回水经过这些元件只减静压不减动压,似乎节能,实则不然,对不可压缩流体而言,两端管径不变,流速不变,动压就不变,所以无论什么节流设备都是只减静压不减动压。这里的静压正是水泵通过牺牲了宝贵的电能而提供的。另外流速为 1~2m/s 的水,动压与静压相比只是微乎其微。

  “直连供暖”技术导致空气气泡在系统中集结,恶化循环,腐蚀金属的问题无法回避。

  既然“直连供暖”技术不节电,为什么它会被许多用户采用呢?其中的原因除了这些用户被玄虚所迷惑外,主要是它确实能够把高区回水压力降下来,实现与低区的混合,并防止串压现象,达到一个系统两个定压运行的目的。而要达到这个目的,大可以不必如此麻烦,如此消耗资源,增加投资。在此笔者提出下述方案,与读者一起商榷。

二、不考虑节电的简单节流方案

  有人提出,采用减压阀导致定压失控,停运时由于减压阀漏流导致低区超压,而采用“直连供暖”技术能够避免。事实果真如此吗?

  一般说来,减压阀有两种:一种是阀后压力恒定型,简称阀后型,就是我们平常所说的减压阀;一种是阀前压力恒定型,又称持压阀或持压泄压阀。在这里选用哪一种的确都是不恰当的。如果选择前一种减压阀,运行时低区压力稍有升高就会导致高区流动截止;稍有降低会导致大量高区回水流向低区而使高区失压。如果选择后者持压阀,运行中高区回水压力稍有升高,也会有大量高区回水迅速流向低区,使高区失压,低区超压;稍有降低,则高区循环中断。另外这两种阀门有些情况确实又有泄流问题。由此看来,这两类减压阀从原理和功能就不适合在此处使用。

  有没有适用的减压装置?有。恒压差节流阀就完全可以解决这个问题。它的工作原理比前两类减压阀都简单,它用不着感应介质与大气的压差,只是保持阀的前后压差基本不变就可以了。虽然简单,但它却适应于这个场合的使用,使前述两类减压阀的缺点都迎刃而解。我们知道运行中高低区回水压差应该是恒定不变的,而恒压差节流阀恰巧顺应了这个概念。由于低区回水的压力是受定压装置控制的,因而经过恒压差节流阀也以同样的可靠度控制高区回水,从而使两个循环系统都能顺利可靠地保持运行。无论系统停运或出现变工况,这个压差始终存在,压差不够时自动关闭,所以不再需要什么速断保护问题, 当 然在低区加安全阀,不失是一种进一步的保护措施。

  这种恒压差节流阀,国内的专业公司便能提供。它是一种先导放大型的,运行更加可靠。

  有的文中谈到,多层建筑群中出现独立高层,采用“直连供暖”技术解决了高区供热问题。前面还谈到了这种方案并不节电。如果真的能将部分能量传递给低区回水,必然会使局部压头增加,从而排挤相邻支路的回水量,严重时导致水力失调。退一步说,此处即使节电,量也不大,没有必要费那么大事,投那么多资,用恒压差节流阀完全可以解决问题。

  对较大系统,这种简单的节流降压方案,虽然能可靠地运行,但笔者实在不甘心让电能这样白白浪费掉,因而必须努力探索既可靠又节电的方案。     

         
            (图一:采用恒压差节流阀的系统)

三、一项很好的节电技术

  笔者在网上偶然看到,赵立超同志于 2002 年申请了一项专利:高层建筑直接供暖供回水机(申请号: CN02230846.6 )。文件中谈到:“将供水增加泵,电动机于减压水轮机在同一轴线上,用联轴器将主轴连接在一起,并固定在同一平台底座上,减压水轮机在消减高层回水压力,平衡高低供暖系统回水压差的同时,将高层回水多余压力差转变成机械能同轴输送给增加泵 ……. ”。这与笔者较长一段时间的思考不谋而合。无论如何这样做高低区回水压差得到利用,必然地节省了电能,当然效率的高低尚需做进一步的工作。

  至于这项技术为什么至今没有广泛使用,笔者未做更多调查研究。或许将来有一天,一项更新的“机泵一体化”技术会形成市场的主流。

         
                (图二:供回水机简图)

四、两项切实可行的节电技术

  前面谈到的“供回水机”技术,构思合理,可能是技术化中存在障碍的缘故未能得到推广。下面介绍的两项技术就没有障碍,完全可以实施,因为国内的专业公司可提供产品和全方位的服务。

•  水—水喷射器方案

  本方案的要点是利用高区回水的富余压头引射低区回水,以降低低区循环水泵用电量。引射装置叫做水—水喷射器,其设计方法在教科书中可以查到。采用此方案可以使高区回水的富余压头 70% 以上得以利用。请参考系统图三。

         
            (图三:采用水水喷射器引射低区回水方案)

  不同的工程项目,高低区循环水量有所不同。如果高区水过大低区水量太少,低区水泵的电都省下来,即无泵运行,高区水 仍 有富余,那么喷射器就成了无用武之地的英雄,这时候高区水富余能量只能通过节流手段消耗掉。不过这种情形极小,大部分情况是高区水少低区水多,这时候高区水的能量可以充分利用,低区循环动力 不足部分仍 由循环水泵提供。为了更多地节电,并稳定各点压力,两循环水泵建议均采用变频控制方式。

  为了防止低区串压,此方案要求在高区回水上配置速断阀控制位号为高区循环水泵的进出的压差。国内的专业公司可提供结构简捷、动作灵敏的快关阀,另外最好在低区系统中配置安全阀,以获得进一步的安全性。

  关于如何确定系统中各点压力值,需要结合系统参数及喷射器的设计过程进行。国内有专业公司提供此方面的技术服务。

2 、水汽引射器方案

  此方案仅适应于汽水热交换站。顺便说一下,水—水热交换站如果允许高温水与低温水混合,参考此方案,做一个混水机组也是完全可行的。

  此方案的要点也是利用高区回水的压头,在水汽引射器中进行喷射减压加速让蒸汽在极低的压力环境下同时流入。一定流速的蒸汽与高速水流相遇发生动量交换,然后在扩压管中升压,进入水泵入口,从而使水泵的扬程节省下来。

  此方案不涉及低区系统,只是解决了高区压头利用问题。无论如何,回水压头的利用就是行之有效的节电措施。因为它避免了节流降压过程中产生的摩擦损失。

  在此系统中仍然建议循环水泵变频调节,因为随着进汽量的增加,会使泵入口的压力增加。

  水汽引射器除用于此场合外,还是一种很好的余热回收产品,此不详述,国内也有厂家可提供产品和服务。

          
             (图四:水汽引射器方案系统示意图)

五、高层建筑节电方案的其他设想

  通过以上介绍不难看出:高层建筑供热节电的关键是对高层回水富余压头的利用,那么是否还可以考虑更多的方案来达到此目的呢?前面谈到的机械装置方案很有价值,当然可以沿着这条思路做进一步的创新与改进。除此之外利用喷射技术还会有许多文章可做。这里只提供笔者的一个设想供读者参考:

  喷射器一般说来有三个管口,分别为高压介质进口,低压介质入口和混合后介质出口。既然高 压带 低压能够获得中压,那么在逆向流中中压是否可分解成高压和低压呢?从动量守恒的原理来讲,应该可以实现。如果这样的设备能够研发出来,高层建筑供热问题又会多一种解决的方法,请参考系统图五,我们姑且把这个设备叫做水力升压器。


(图五:采用水力升压器的系统)

  这个系统的工作过程是:用高区回水通过水—水喷射器引射低区回水,送至水泵一的入口,然后进入换热器加热,又经水力升压器将水分解两部分,高压部分送至高区用户又回到水水喷射器入口;低压部分经水泵二补充压头后送至低区用户,而后送至水水喷射器入口。由于水力升压器出口压力高于换热器出口压力,因此水泵的扬程可以降低。如果在水水喷射器和水力升压器的共同作用下低区负荷的循环压差是够的话,那么水泵二可以不用,这样岂不是可以节省更多的电能吗?

  再进一步,如果将水—水喷射器和水力升压器组合成一体,形成一个水力变压器,低压侧带低区、高压侧带高压应该说是一个更加新奇的方案构思。请参考系统图六,工作过程不再详述。


(图六:采用水力变压器的系统)

六、结束语

  人们在没有完全理解“直连供暖”技术本质的前提下盲目采用,笔者甚为不解。在此重申:高层建筑供热节电的关键是对高层回水富余压头的利用。如果只是为了调整压力达到高低区回水能够汇合的目的,有更为简便、节资的方案。节约能源是当前的大趋势,应引起广泛重视,只有采用切实有效技术方案才能收到实在的效果。水—水喷射器方案和水—汽引射器方案是本文推荐的两个方案。有关这方面的技术有必要进行广泛而深入的研究和探讨。

  本文从纯技术面出发探讨问题,对相关现有技术的剖析,言辞不免过于锐利,欢迎提出批评意见,共同探讨,让我们共同为节能事业做出努力。

参考文献:

1 、赵立超— [ 建筑节能 ] 高层建筑直连供暖技术

  中国建筑东北设计研究院

  2007 年第 35 期第 3 期

2 、城市热力网设计规范( CJJ34-2002 )

此文已在《区域

 

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