1、關于民用換熱站設計關于民用換熱站設計的幾點基礎分析的幾點基礎分析主講人：姜毅主講人：姜毅 背景及選題的意義：背景及選題的意義： 民用換熱站工藝是暖通、熱力專業很基礎的一項設計，民用換熱站工藝是暖通、熱力專業很基礎的一項設計，但現在換熱站一般由熱力公司指定熱力設計院來做，民用但現在換熱站一般由熱力公司指定熱力設計院來做，民用建筑設計院對于換熱站設計越來越少，對于一些年輕工程建筑設計院對于換熱站設計越來越少，對于一些年輕工程師平時接觸換熱站設計機會更少；此外，換熱站雖小，但師平時接觸換熱站設計機會更少；此外，換熱站雖小，但是配備很全面，換熱站工藝涉及到：系統劃分；負荷計算；是配備很全面，換熱站工藝

2、涉及到：系統劃分；負荷計算；換熱器選型；循環水泵（如有混水泵）設置及選型；水處換熱器選型；循環水泵（如有混水泵）設置及選型；水處理，定壓補水形式的確定及設備選型；設備布置及管路設理，定壓補水形式的確定及設備選型；設備布置及管路設計計等等。所以，所以，對換熱站工藝做一些基礎對換熱站工藝做一些基礎剖析剖析有助于其他冷有助于其他冷熱源系統的設計，其中熱源系統的設計，其中包含的包含的基礎理論都是相通的。基礎理論都是相通的。一、一、換熱站換熱站熱量的熱量的“搬運工搬運工” 套句廣告詞來說，換熱站本身不產生熱，它只是熱量套句廣告詞來說，換熱站本身不產生熱，它只是熱量的的“搬運工搬運工”，熱力公司一般是，熱

3、力公司一般是“望天燒煤望天燒煤”，根據室外的，根據室外的溫度來計算當天的燃煤量，從嚴格意義上講，換熱站設備容溫度來計算當天的燃煤量，從嚴格意義上講，換熱站設備容量選擇過大只會增加投資與運行成本，甚至加劇失調程度，量選擇過大只會增加投資與運行成本，甚至加劇失調程度，對合理對合理的的熱量輸熱量輸配配意義不大。所以換熱站設計一定要注意負意義不大。所以換熱站設計一定要注意負荷計算的準確，按照城鎮供熱管網設計規范荷計算的準確，按照城鎮供熱管網設計規范要求：要求：熱力熱力設計時宜采用經核實的建筑物設計熱負荷；當無建筑物熱負設計時宜采用經核實的建筑物設計熱負荷；當無建筑物熱負荷資料時，按面積熱指標計算負荷荷

4、資料時，按面積熱指標計算負荷。以下表格是供暖面積熱以下表格是供暖面積熱指標推薦值指標推薦值 對于熱指標計算負荷一定要注意分區對熱指標的影響，對于熱指標計算負荷一定要注意分區對熱指標的影響，取表中住宅熱指標為例：住宅采取節能措施熱指標為取表中住宅熱指標為例：住宅采取節能措施熱指標為40-45W/，中低中低層高住宅選擇這個熱指標沒有問題，但是層高住宅選擇這個熱指標沒有問題，但是針對超高層的住宅，由于風壓與熱壓的共同作用加大，針對超高層的住宅，由于風壓與熱壓的共同作用加大，低區冷風滲透熱指標在低區冷風滲透熱指標在40-50 W/左右，左右，高區沒有冷風滲高區沒有冷風滲透，造成低區與高區的熱指標會差異

5、很大，透，造成低區與高區的熱指標會差異很大，低區熱指標低區熱指標70W/左右，高區熱指標僅僅為左右，高區熱指標僅僅為20W/左右，左右，所以所有所以所有分區都分區都“一視同仁一視同仁”選擇選擇40-45 W/去計算負荷就會出問去計算負荷就會出問題，容易造成低區設備容量偏小而不熱；高區設備容量偏題，容易造成低區設備容量偏小而不熱；高區設備容量偏大，造成不必要的浪費。大，造成不必要的浪費。 再看一下關于換熱器臺數設置要求，根據民用建筑再看一下關于換熱器臺數設置要求，根據民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范供暖通風與空氣調節設計規范 8.11.3換熱器的配置應符換熱器的配置應符合下列規定：合下列規定：

6、1、換熱器總臺數不應多于四臺。全年使用的換熱系統中，、換熱器總臺數不應多于四臺。全年使用的換熱系統中，換熱器的臺數不應少于兩臺；非全年使用的換熱系統中，換熱器的臺數不應少于兩臺；非全年使用的換熱系統中，換熱器臺數不宜少于兩臺；換熱器臺數不宜少于兩臺；2、換熱器的總換熱量應在換熱系統的設計熱負荷的基礎上、換熱器的總換熱量應在換熱系統的設計熱負荷的基礎上乘以附加系數（供熱及空調供熱附加系數為乘以附加系數（供熱及空調供熱附加系數為1.1-1.15），供），供暖系統的換熱器還應同時滿足本條第暖系統的換熱器還應同時滿足本條第3款的要求；款的要求；3、供暖系統的換熱器，一臺停止工作時，剩余換熱器的設、供暖

7、系統的換熱器，一臺停止工作時，剩余換熱器的設計換熱量應保證供熱量的需求，寒冷地區不計換熱量應保證供熱量的需求，寒冷地區不 應低于設計供應低于設計供熱量熱量65，嚴寒地區不應低于設計供熱量的，嚴寒地區不應低于設計供熱量的70。 首先驗算一下為什么嚴寒地區了保證一臺停止工作剩首先驗算一下為什么嚴寒地區了保證一臺停止工作剩余換熱器的設計換熱量不應低于設計供熱量的余換熱器的設計換熱量不應低于設計供熱量的70，以哈，以哈爾濱地區為例爾濱地區為例，（24.2+18）*0.7-24.2=5.34，這時室內，這時室內溫度為溫度為5.34。保證室內最低溫度。保證室內最低溫度5以上。以上。 再以哈爾濱為例分析換熱

8、器設置臺數，根據以上三條再以哈爾濱為例分析換熱器設置臺數，根據以上三條內容可以總結出，換熱器可以設置內容可以總結出，換熱器可以設置2臺、臺、3臺或者臺或者4臺，但是臺，但是為了保證一臺停止工作剩余換熱器的設計換熱量不應低于為了保證一臺停止工作剩余換熱器的設計換熱量不應低于設計供熱量的設計供熱量的70，2臺換熱器時，單臺換熱量為設計供熱臺換熱器時，單臺換熱量為設計供熱 量的量的70，換熱器總容量為，換熱器總容量為140設計供熱量；設計供熱量；3臺換臺換熱器時候，單臺熱量為設計供熱量的熱器時候，單臺熱量為設計供熱量的40，換熱器總容，換熱器總容量為量為120設計供熱量；設計供熱量；4臺換熱器時候，

9、單臺熱量為設臺換熱器時候，單臺熱量為設計供熱量的計供熱量的30，換熱器總容量為，換熱器總容量為120設計供熱量。設計供熱量。這樣可以同時滿足規范三條標準。同時，可以看到選擇這樣可以同時滿足規范三條標準。同時，可以看到選擇2臺換熱器時總供熱量比臺換熱器時總供熱量比3臺或者臺或者4臺多出臺多出20供熱量，供熱量，意味著相同規模下設備造價也高出將近意味著相同規模下設備造價也高出將近20，所以在單，所以在單臺板換片數控制在臺板換片數控制在60-120片片的基礎之上，規模較小的供的基礎之上，規模較小的供熱區域設置熱區域設置2臺，臺，140設計供熱量；規模中大型區域設設計供熱量；規模中大型區域設置置3臺或

10、者臺或者4臺換熱器，臺換熱器，120設計供熱量，對換熱器的設計供熱量，對換熱器的選型計算時都已經有了較大的余量系數，所以熱負荷不選型計算時都已經有了較大的余量系數，所以熱負荷不用再額外乘余量系數了。用再額外乘余量系數了。 二、二、循環水泵循環水泵供熱系統的供熱系統的“心臟心臟” 將循環水泵比作供熱系統的將循環水泵比作供熱系統的“心臟心臟”一點不為過，科一點不為過，科學的選擇循環水泵是保證供熱系統節能、合理運行的保學的選擇循環水泵是保證供熱系統節能、合理運行的保障，所以應注意以下幾個方面：障，所以應注意以下幾個方面：1、流量與揚程的余量系數要匹配流量與揚程的余量系數要匹配 對于固定的供熱管網，其

11、壓力損失與流量的平方成正對于固定的供熱管網，其壓力損失與流量的平方成正比。因此，水泵揚程的余量系數應是流量余量系數的平比。因此，水泵揚程的余量系數應是流量余量系數的平方，二者才能匹配。例如，流量的余量系數為方，二者才能匹配。例如，流量的余量系數為1.05，則，則揚程的余量系數為揚程的余量系數為1.052=1.10。如果二者采用相同的余。如果二者采用相同的余量系數，會造成變頻運行時揚程不夠用情況量系數，會造成變頻運行時揚程不夠用情況。2、杜絕杜絕“大馬拉小車大馬拉小車” 循環水泵的功率與流量和揚程的乘積成正比。也就意循環水泵的功率與流量和揚程的乘積成正比。也就意味著，流量的余量系數為味著，流量的

12、余量系數為a，則功率的余量系數為，則功率的余量系數為a3，在設計過程中有根據板換容量來計算循環水泵參數的，在設計過程中有根據板換容量來計算循環水泵參數的，以設置兩臺板換為例，兩臺換熱器的總容量為供熱量的以設置兩臺板換為例，兩臺換熱器的總容量為供熱量的1.4倍，也就意味著循環流量余量系數為倍，也就意味著循環流量余量系數為1.4，泵的功率，泵的功率的余量系數為的余量系數為1.43=2.744倍，導致倍，導致“大馬拉小車大馬拉小車”造成造成極大的浪費，即使運行時變頻調節，也會因為余量系數極大的浪費，即使運行時變頻調節，也會因為余量系數過大，水泵工作點偏離合理工況區域，效率下降導致節過大，水泵工作點偏

13、離合理工況區域，效率下降導致節能不明顯。所以余量系數應略有富余，杜絕能不明顯。所以余量系數應略有富余，杜絕“大馬拉小大馬拉小車車”。3、循環水泵并聯循環水泵并聯盡量盡量1+1接近于接近于2 眾所周知，相同的兩臺或者多于兩臺水泵并聯運行時，眾所周知，相同的兩臺或者多于兩臺水泵并聯運行時，流量是流量是1+1大于大于1小于小于2的關系，的關系，1+1越接近于越接近于2，并聯總流，并聯總流量比單臺流量增加越多，越有現實意義，將并聯流量增量量比單臺流量增加越多，越有現實意義，將并聯流量增量定義為定義為G，通過管路特性曲線與水泵性能曲線來定性分，通過管路特性曲線與水泵性能曲線來定性分析析G的影響因素，簡單

14、的將泵的特性曲線分為平臺型和的影響因素，簡單的將泵的特性曲線分為平臺型和陡降型，將管路曲線分為緩升型和陡升型，則它們可以有陡降型，將管路曲線分為緩升型和陡升型，則它們可以有四種組合，如圖所示四種組合，如圖所示： 泵特性曲線陡降型與管路特性曲線泵曲線的陡降型與管路曲線的泵特性曲線陡降型與管路特性曲線泵曲線的陡降型與管路曲線的緩升型結合緩升型結合G最大，最大，泵曲線的平坦型與管路的陡升型結合泵曲線的平坦型與管路的陡升型結合G最最小，其他兩種組合小，其他兩種組合G居中。當然，所謂的平坦居中。當然，所謂的平坦,陡與緩都是相對陡與緩都是相對而言，并沒有量的界定，但可以幫助我們朝什么方向努力去增大而言，并

15、沒有量的界定，但可以幫助我們朝什么方向努力去增大泵的并聯增量，使得泵的并聯增量，使得1+1更接近于更接近于2。 三、混水節能有潛力三、混水節能有潛力 如圖所示，設定指定的條件：二次供回水總流量相同都是如圖所示，設定指定的條件：二次供回水總流量相同都是G，供回水溫度、溫差相同都是供回水溫度、溫差相同都是60/50供回水，主要是針對地熱用戶。供回水，主要是針對地熱用戶。圖圖a為非混水型式，平時的常規做法；圖為非混水型式，平時的常規做法；圖b為混水型式。為方便對為混水型式。為方便對照分析，簡化忽略泵的效率等因素。非混水型式：兩臺循環泵流照分析，簡化忽略泵的效率等因素。非混水型式：兩臺循環泵流量量G/

16、2，揚程，揚程H，功率，功率gGH/2；混水型式：循環泵流量；混水型式：循環泵流量G/2，揚程，揚程H，功率，功率gGH/2，混水泵流量，混水泵流量G/2，揚程，揚程(H-h)，其中，其中h是換熱器阻是換熱器阻力，力，功率功率gG(H-h)/2。 混水型式節能功率混水型式節能功率=gGH/2+gGH/2-gGH/2-gG(H-h)/2=gGh/2，所以可以直觀的看到相對于非混水型式，所以可以直觀的看到相對于非混水型式，混水型式一半的總流量可以不經過換熱器直接與混水型式一半的總流量可以不經過換熱器直接與20溫溫差的水差的水1:1混合供給用戶，相應的節省了一半總流量在混合供給用戶，相應的節省了一半

17、總流量在換熱器的總阻力損失，換熱器的總阻力損失，對比于非混水型式，對比于非混水型式，具有可觀的具有可觀的節能效果。節能效果。 三、三、利用水壓圖分析討論循環水泵、補水利用水壓圖分析討論循環水泵、補水泵的布置方案泵的布置方案 設定條件設定條件，補水泵揚程補水泵揚程=最高用戶高度最高用戶高度H+5m，換熱器壓力損失為換熱器壓力損失為h1，供水壓頭損失為，供水壓頭損失為h2，用，用戶壓力損失為戶壓力損失為h3，回水壓頭損失為，回水壓頭損失為h4，則循環，則循環水泵揚程為水泵揚程為h1+ h2+ h3+ h4。1、 常規做法將循環水泵與補水泵的設置在換熱器之前，常規做法將循環水泵與補水泵的設置在換熱器

18、之前，如圖所示，如圖所示，由于由于補水泵設置在循環水泵吸入口出處，運行時，動壓線都在靜壓線補水泵設置在循環水泵吸入口出處，運行時，動壓線都在靜壓線之上，可以看到，換熱器處在壓力最高一段動壓線，此設置方案適宜之上，可以看到，換熱器處在壓力最高一段動壓線，此設置方案適宜中、低采暖區域，經過換熱器的壓力損失，可以降低用戶的工作壓力。中、低采暖區域，經過換熱器的壓力損失，可以降低用戶的工作壓力。但是當對于高層或者超高區域采暖系統，由于靜壓很大，運行時換熱但是當對于高層或者超高區域采暖系統，由于靜壓很大，運行時換熱器經受更大的工作壓力，影響換熱器的使用壽命，降低運行可靠器經受更大的工作壓力，影響換熱器的

19、使用壽命，降低運行可靠性。性。2、對以上設置進行演變，循環水泵、補水泵設置在換熱器后，、對以上設置進行演變，循環水泵、補水泵設置在換熱器后，如圖如圖所示，由于補水泵設置在循環水泵吸入口之前，所以動壓線都在靜壓所示，由于補水泵設置在循環水泵吸入口之前，所以動壓線都在靜壓線之上，循環水最后經過換熱器，所以可以有效降低換熱器工作壓力，線之上，循環水最后經過換熱器，所以可以有效降低換熱器工作壓力，與之前布置方案比較，供回水管路、用戶都在更高的壓力區間，采暖與之前布置方案比較，供回水管路、用戶都在更高的壓力區間，采暖系統底層的采暖設備承壓較大，所以此布置方案可以進一步優化。系統底層的采暖設備承壓較大，所

20、以此布置方案可以進一步優化。3、進一步優化方案，循環水泵換熱器之前、補水泵換熱器之后，、進一步優化方案，循環水泵換熱器之前、補水泵換熱器之后，如如圖所示，換式換熱器工作壓力區間在靜水壓線以上，從而整體降低動圖所示，換式換熱器工作壓力區間在靜水壓線以上，從而整體降低動水壓線高度，適宜高區采暖系統。同時，從水壓圖上可以看到，回水水壓線高度，適宜高區采暖系統。同時，從水壓圖上可以看到，回水動壓線整體在靜水壓線之上，對于靜水壓線很高的采暖系統，可以再動壓線整體在靜水壓線之上，對于靜水壓線很高的采暖系統，可以再進一步優化。進一步優化。4、再再演變再再演變 ，循環水泵換熱器之前、補水泵換熱器之后，旁通定壓

21、，循環水泵換熱器之前、補水泵換熱器之后，旁通定壓，如圖所示，靠調節閥旁通管上的兩個閥門如圖所示，靠調節閥旁通管上的兩個閥門M和和N的開啟度，可以控制的開啟度，可以控制網路動水壓線升高或降低，如將旁通管上閥門網路動水壓線升高或降低，如將旁通管上閥門M關小，作用在關小，作用在E點的點的壓力升高，當閥門壓力升高，當閥門M完全關閉，則完全關閉，則J點壓力與點壓力與E點壓力相等，動壓線點壓力相等，動壓線B-C-D-E在靜壓線之上，與之前設置方式相同。反之，如將旁通管上的在靜壓線之上，與之前設置方式相同。反之，如將旁通管上的閥門閥門N關小，網路的動水壓線可降低。對高層或者超高層采暖系統，關小，網路的動水壓

22、線可降低。對高層或者超高層采暖系統，就可以按以上類似的調節方式，進一步將回水干線動水壓就可以按以上類似的調節方式，進一步將回水干線動水壓線降低到靜水壓線之下，從而達到以上幾種方式里面換熱線降低到靜水壓線之下，從而達到以上幾種方式里面換熱站設備及管路相對最低的工作壓力，所以旁通定壓具有良站設備及管路相對最低的工作壓力，所以旁通定壓具有良好的調節動壓曲線功能，可以有效降低高層或超高層采暖好的調節動壓曲線功能，可以有效降低高層或超高層采暖系統的承壓，延長設備管路使用壽命，提高工作可靠性。系統的承壓，延長設備管路使用壽命，提高工作可靠性。 通過以上幾種水泵布置方案及定壓點的比較分析，可通過以上幾種水泵

23、布置方案及定壓點的比較分析，可以得出這樣的結論，對于中低區采暖系統，一般按常規布以得出這樣的結論，對于中低區采暖系統，一般按常規布置方案，循環水泵布置在換熱器之前，補水定壓點設置在置方案，循環水泵布置在換熱器之前，補水定壓點設置在循環水泵吸入口之前。對于高層或者超高層區域的采暖系循環水泵吸入口之前。對于高層或者超高層區域的采暖系統循環水泵換熱器之前、補水泵換熱器之后，旁通定壓具統循環水泵換熱器之前、補水泵換熱器之后，旁通定壓具有較大的優勢。有較大的優勢。 五、五、熱力設計院幾種常用的定壓方式熱力設計院幾種常用的定壓方式 及適用范圍及適用范圍1、氣壓罐定壓氣壓罐定壓 適用于水質凈化要求、含氧量要

24、求較高的采暖循環水適用于水質凈化要求、含氧量要求較高的采暖循環水系統，易于實現自動補水、自動排氣和自動過壓保護等，系統，易于實現自動補水、自動排氣和自動過壓保護等，一般用于中小型規模采暖系統，當在較大規模采暖系統一般用于中小型規模采暖系統，當在較大規模采暖系統中，對應所選擇的膨脹罐尺寸較大，占用更多換熱站面中，對應所選擇的膨脹罐尺寸較大，占用更多換熱站面積、空間，所以平時不用于較大規模采暖系統。積、空間，所以平時不用于較大規模采暖系統。 2、變頻補水泵定壓變頻補水泵定壓 適用于供熱規模較大的采暖系統，補水量與系統的適用于供熱規模較大的采暖系統，補水量與系統的水容量正比關系，即系統的水容量越大，

25、缺水機會越大，水容量正比關系，即系統的水容量越大，缺水機會越大，相應的補水量也越大。采暖空調循環水系統定壓圖集相應的補水量也越大。采暖空調循環水系統定壓圖集中規定變頻補水定壓方式不適用于中規定變頻補水定壓方式不適用于2500kw以下的采暖、以下的采暖、空調系統，相當于住宅用戶空調系統，相當于住宅用戶5.5萬平米萬平米-6.5萬平米左右的規萬平米左右的規模。因為當采暖規模較小時，補水量較小，會導致某一時模。因為當采暖規模較小時，補水量較小，會導致某一時段變頻補水泵補水量過小，壓頭不足的情況，從而導致系段變頻補水泵補水量過小，壓頭不足的情況，從而導致系統出現倒空，容易空氣漏入。統出現倒空，容易空氣

26、漏入。3、一級網定壓補水二級網一級網定壓補水二級網 適用于改造項目，或者換熱站面積緊張，沒有條件設適用于改造項目，或者換熱站面積緊張，沒有條件設置水處理及補水設備的情況，當一級網給水壓力滿足二級網置水處理及補水設備的情況，當一級網給水壓力滿足二級網低區或者多層用戶補水定壓要求時，設置減壓閥或者壓力調低區或者多層用戶補水定壓要求時，設置減壓閥或者壓力調節閥直接一級網給二級網補水定壓，然后再從低區系統取水節閥直接一級網給二級網補水定壓，然后再從低區系統取水利用補水泵給高區用戶定壓補水，這種補水定壓方式可以節利用補水泵給高區用戶定壓補水，這種補水定壓方式可以節省換熱站建設、運行成本，但是一級網與二級

27、網壓力相互影省換熱站建設、運行成本，但是一級網與二級網壓力相互影響，而且增大熱源的補水量，是一種非常規補水定壓方案。響，而且增大熱源的補水量，是一種非常規補水定壓方案。 六、六、吸收式換熱器吸收式換熱器小設備，大能量小設備，大能量 傳統的換熱器一級網回水溫度不可能低于二級網的回傳統的換熱器一級網回水溫度不可能低于二級網的回水溫度，這個條件也就約束了一級網的供回水溫差，現水溫度，這個條件也就約束了一級網的供回水溫差，現在常用的供熱方式的設計供回水溫度一般為在常用的供熱方式的設計供回水溫度一般為130/70、110/70、120/60等，一級網的回水溫度一定是高于等，一級網的回水溫度一定是高于二級網的回水溫度的，供回水溫差為二級網的回水溫度的，供回水溫差為40-60，隨著每，隨著每年入網的用戶越來越多，一些大網輸熱能力滿足不了新年入網的用戶越來越多，一些大網輸熱能力滿足不了新增的負荷，如果全面熱網改造投資巨大，若能將熱網供增的負荷，如果全面熱網改造投資巨大，若能將熱網供回水溫差提高至回水溫差提高至100以上，則熱網的供熱輸送能力可以上，則熱網的供熱輸送能力可提高約提