我國(guó)北方企業(yè)冬季供暖合理方案探討

卓鵬

摘? 要：我國(guó)北方地區(qū)中小型企業(yè)冬季取暖，多采用空調(diào)制熱取暖方式，能耗高，用電成本大，且取暖效果較差，急需一種安全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、易操作的集中供暖采暖方案，本文提出采用共燃燃燒技術(shù)的燃燒爐為中小企業(yè)辦公樓、宿舍樓、浴室提供熱源的采暖方式。供暖循環(huán)方式選用常壓熱水鍋爐加循環(huán)泵和回水啟閉閥組合，安全可靠，檢修方便快捷。

關(guān)鍵詞：共燃技術(shù)? 循環(huán)水量? 常壓熱水鍋爐? 辦公室供暖系統(tǒng)? 供暖原理

中圖分類(lèi)號(hào)：F293? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（b）-0092-03

Abstract： Small and medium-sized enterprises in northern China often use air-conditioning heating in winter， which has high energy consumption， high electricity cost and poor heating effect. Therefore， a safe， simple structure， small investment and easy operation central heating heating scheme is urgently needed. In this paper， a combustion furnace with CO combustion technology is proposed to provide heat source for office building， dormitory building and bathroom of small and medium-sized enterprises Methods. The heating circulation mode adopts the combination of atmospheric pressure hot water boiler， circulating pump and return water opening and closing valve， which is safe and reliable， and convenient for maintenance.

Key Words： CO combustion technology; Circulating water volume; Atmospheric hot water boiler; Office heating system; Heating principle

我國(guó)北方地區(qū)范圍較大，一般指的是秦嶺-淮河以北的地區(qū)，包括黑龍江、吉林、遼寧、河北、北京市、天津市、安徽、山東、江蘇淮北地區(qū)、陜西、甘肅、寧夏、新疆等省（市區(qū)）。在這些地區(qū)，冬季氣溫較低，為了順利過(guò)冬，北方地區(qū)居民小區(qū)采用集中供暖的方式。北方地區(qū)多數(shù)中小型企業(yè)辦公室冬季采暖，大多依靠空調(diào)制熱來(lái)取暖。

空調(diào)取暖存在一些弊端，比如：（1）耗能較高，空調(diào)制熱效率相較于空調(diào)制冷效率低很多，因此采用空調(diào)制熱能耗方面不經(jīng)濟(jì)。（2）用電成本較高，企業(yè)用電費(fèi)用一般比家庭用電費(fèi)用高出50%左右，采用電取暖的方式不合理。（3）取暖效果差，相較于傳統(tǒng)集中供暖方式，空調(diào)制熱效果差，在-15℃度以下時(shí)，室外機(jī)結(jié)霜嚴(yán)重，嚴(yán)重影響制熱。換句話說(shuō)，當(dāng)室外溫度越冷、濕度越大時(shí)，空調(diào)制熱效果越差，而此時(shí)恰恰是人們最需要暖風(fēng)的時(shí)候，因此空調(diào)制熱在北方不能被大量采用。

為了解決以上問(wèn)題，本文提出了一種北方企業(yè)冬季取暖的合理方案進(jìn)行探討。方案采用共燃燃燒技術(shù)的燃燒爐，為中小企業(yè)辦公樓、宿舍樓、浴室提供熱源的采暖方式。采用共燃技術(shù)燃煤鍋爐，燃燒充分，一氧化碳、VOCs等有機(jī)污染物排放，可以達(dá)到大氣本底水平，完全可以實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。

本文以一家技術(shù)類(lèi)中型企業(yè)為例，對(duì)該企業(yè)利用共燃技術(shù)燃煤鍋爐，冬季集中供暖方案進(jìn)行詳細(xì)探討。

1? 基本情況介紹

企業(yè)人數(shù)200人左右，其中80人左右在辦公室工作，辦公室20間，企業(yè)宿舍15間，一間浴室。供暖區(qū)域辦公樓三層，宿舍樓兩層，浴室在宿舍樓一層。

辦公室取暖面積總和618m2，宿舍樓取暖面積265m2。供暖使用時(shí)間為，白天辦公室供暖，晚上宿舍樓供暖，浴室24h供暖。

2? 供暖方案設(shè)計(jì)

2.1 鍋爐選用

常用鍋爐可分為常壓熱水鍋爐和承壓熱水鍋爐，兩者的區(qū)別是，常壓熱水鍋爐是鍋爐的頂部與大氣相通，不承受供熱系統(tǒng)的水壓力，不論任何情況下，在鍋爐水位線處表壓力都為零。而承壓熱水鍋爐由密閉的水冷壁和管道組成，隨著水溫提高，鍋爐內(nèi)壓強(qiáng)升高，屬于壓力鍋爐。在此方案中，一般企業(yè)供暖應(yīng)該優(yōu)選，安全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、易操作的常壓熱水鍋爐。

2.2 暖氣片選用

市場(chǎng)上暖氣片從材料上可分為鋼制系列、鋼鋁復(fù)合、銅鋁復(fù)合、鋁制系列、鑄鐵系列。從耐用性、防腐性、美觀、性價(jià)比等方面，本方案優(yōu)選鋼鋁復(fù)合暖氣片。

2.3 供暖原理

該企業(yè)共燃技術(shù)常壓熱水鍋爐供暖系統(tǒng)，包括辦公樓區(qū)域，宿舍樓區(qū)域，水泵、回水啟閉閥系統(tǒng)，浴室區(qū)域。具體原理見(jiàn)圖1，具體運(yùn)行方式為。

（1）白天辦公樓供暖時(shí)，水泵2運(yùn)行時(shí)，向辦公樓供暖，此時(shí)水泵1停止，水泵3停止。

（2）宿舍樓供暖時(shí)，水泵2停止，水泵1工作，目的是防止辦公樓管道因夜晚氣溫低，導(dǎo)致辦公樓供暖管道結(jié)冰，造成漏水事故。水泵3運(yùn)行，向宿舍供暖。

（3）浴室供暖時(shí)，根據(jù)具體使用時(shí)間，浴室可以分時(shí)運(yùn)行，也可24h運(yùn)行。浴室使用時(shí)應(yīng)提前3～4h啟動(dòng)水泵4，給浴室水箱加熱。

2.4 供暖參數(shù)、設(shè)備型號(hào)選用

以宿舍樓供暖系統(tǒng)為例，計(jì)算具體供暖參數(shù)。

（1）取暖面積。

一樓：5間3.05m×4.5m，單間面積13.7m2;2間6.36m×4.5m，單間面積28.6m2;

二樓：6間3.05m×4.5m，單間面積13.7m2;2間6.36m×4.5m，單間面積28.6m2;

總?cè)∨娣e：265m2。

（2）熱量參數(shù)計(jì)算。

①供暖量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我國(guó)北方地區(qū)一般性樓房，樓房首層、頂層或單層平房單位面積供熱量：80～105W/m2。我們?nèi)≈禐?00W/m2計(jì)算，總供暖量：Q=100×265=26.5kW

②燃煤量。爐子燃煤量：mL=3600×Q/（n×c×M）=6.5kg/h，其中：n為鍋爐熱效率，取70%，C為水的比熱容，取4186J/kcal，M為使用煤的低位發(fā)熱值，取5000kcal/kg。設(shè)計(jì)煤種為硬質(zhì)煤。最大燃煤量m2=1.5*mL=9.75kg/h（為了需要供暖時(shí)，使暖氣片盡快升溫）

③循環(huán)水量。設(shè)計(jì)采暖爐爐子出水溫度80℃，回水溫度60℃

循環(huán)水量S=3600Q/（C*（t1-t2））=3600×26500/（4186×（80-60））=1.2t/h

（3）材料選擇。

①循環(huán)泵。采用暖氣屏蔽循環(huán)泵，流量4m3/h;揚(yáng)程15m;功率0.32kW;②管路材料。主干管DN32鍍鋅管，支管DN20鍍鋅管;③暖氣片。影響暖氣片傳熱系數(shù)的最主要因素是熱媒平均溫度與室內(nèi)空氣溫度的溫差△T，而暖氣片的材質(zhì)、幾何尺寸、結(jié)構(gòu)形式、表面噴涂、熱媒溫度、流量、室內(nèi)空氣溫度、安裝方式、片數(shù)等條件也會(huì)影響傳熱系數(shù)的大小。

本方案，采用性價(jià)比較高的鋼鋁復(fù)合80/80，中心距600mm;每柱標(biāo)準(zhǔn)散熱量為146W/柱（△t=64.5℃）。（這里的（△t=64.5℃），是指散熱器性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)工況下：熱媒進(jìn)口溫度95℃，出口溫度70℃，空氣基準(zhǔn)溫度18℃，）

本方案中，設(shè)定房屋供暖溫度為18℃～20℃。當(dāng)室溫18℃，暖氣片進(jìn)水80℃，出水60℃時(shí)，△t=52℃;每柱實(shí)際散熱量h1=146×52/64.5=117.7W，房間需要柱數(shù)b1=13.7×100/117.7=11.9柱，實(shí)際每間暖氣片：14柱/間。

（4）辦公室取暖系統(tǒng)參數(shù)、材料選用。

以宿舍樓相同的計(jì)算方法，計(jì)算辦公室取暖系統(tǒng)參數(shù)：

需要燃煤量為：13.9kg/h;循環(huán)水量為3.17t/h;暖氣片33片，共702柱。

考慮沿程阻力，循環(huán)泵選用：熱水循環(huán)泵50～160A，流量11t/h，揚(yáng)程28m，功率2.2kw。

防止管道結(jié)冰，內(nèi)循環(huán)水泵選用：暖氣屏蔽循環(huán)泵，流量4m3/h，揚(yáng)程15m，功率0.32kW。

（5）浴室水泵選用。

由于浴室到鍋爐距離較短，無(wú)需考慮沿程阻力問(wèn)題，選擇水泵為暖氣屏蔽循環(huán)泵，流量4m3/h，揚(yáng)程15m，功率0.32kW。

2.5 供暖各系統(tǒng)搭建

整個(gè)供暖系統(tǒng)分為以下幾部分。

（1）水泵、回水啟閉閥水路系統(tǒng)。

水泵與回水啟閉閥系統(tǒng)是整個(gè)供暖系統(tǒng)的核心組成部分，它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常持續(xù)工作。圖2為具體系統(tǒng)布置圖。當(dāng)水泵運(yùn)行時(shí)，水泵壓力通過(guò)先導(dǎo)管到達(dá)回水啟閉閥，將啟閉閥打開(kāi)，正常回水;當(dāng)水泵關(guān)閉時(shí)，水泵壓力消失，回水啟閉閥關(guān)閉和進(jìn)水管止回閥關(guān)閉，避免辦公室供暖系統(tǒng)存水回流至鍋爐，保持鍋爐表壓力為零。

（2）辦公室供暖部分。

辦公室供暖系統(tǒng)，重點(diǎn)是排氣閥位置的設(shè)定，一般放置在每一層的最高點(diǎn)，便于排氣，避免暖氣片內(nèi)存有空氣 ，減少人工排氣操作，具體如圖3。辦公室供暖在夜晚處于停止?fàn)顟B(tài)，為避免夜晚辦公室內(nèi)供暖管道結(jié)冰，需在停止供暖后，開(kāi)啟內(nèi)循環(huán)水泵。

（3）宿舍供暖部分。

宿舍供暖系統(tǒng)，主要考慮補(bǔ)水水箱和鍋爐頂部大氣排空管位置的優(yōu)化設(shè)置，如圖4所示，將大氣排空管出口設(shè)置到補(bǔ)水水箱上方，如果鍋爐水泵異常停止工作，鍋爐沸騰后可將蒸汽排入補(bǔ)水水箱，確保鍋爐運(yùn)行安全。

（4）浴室部分。

浴室系統(tǒng)主要考慮加熱水箱水容量，確保能滿足30人左右的洗浴用水;其次是水箱加熱方式的選擇。本方案水箱容積為1.2t左右，加熱溫度設(shè)定在60℃;加熱方式為熱水管加翅片。

參考文獻(xiàn)

[1] 張民康.區(qū)域集中式供暖系統(tǒng)的全局優(yōu)化控制研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2020.

[2] 任杰.供熱管網(wǎng)熱力平衡優(yōu)化控制[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2020.

[3] 康紅梅，李幸春夏.常壓熱水鍋爐供熱系統(tǒng)定壓方式選擇[J].區(qū)域供熱，2019（5）：122-125，138.

[4] 魏緒剛.鍋爐運(yùn)行的安全管理與操作常識(shí)[J].黑龍江科技信息，2016（20）：5.

[5] 國(guó)萍莉.北方地區(qū)民用建筑室內(nèi)動(dòng)態(tài)熱負(fù)荷研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工程學(xué)院，2020.

[6] 吳云波.常壓熱水鍋爐供熱系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題探析[J].低碳世界，2019，9（5）：61-62.