北師大國際學術交流中心熱水系統設計概要

時間：2006-09-02  來源：  作者：  下載次數：

    北師大國際學術交流中心位于北京新街口外大街與學院南路交叉口，北京師范大學校園東南角。占地面積約1.0公頃，建筑面積4.6萬m2。是一現代化的綜合樓。地下二層，地上十六層，建筑高度70.02M。十二～十六層為客房，八～十一層為公寓，設備層，四～七層為辦公，一～三層為廚房、餐廳、多功能廳、游泳池、桑拿等。地下一層為汽車庫，地下二層為人防、設備用房。

    本工程設檢查中熱水供應系統，需要供給熱水的地方有：客戶、公寓、廚房、餐廳、游泳池、桑拿、所有衛生間等。

    本工程需自備熱源。為了使該工程生活熱水供應系統設計得合理、可靠、經濟，我們對當前國內一些較先進，推廣應用較廣的搭配進行了比較。以下就這些內容及熱水系統的設計概況作了一簡單介紹。

一、供熱機組的選擇：

    國內近年來制備熱源的設備主要有溴化鋰直燃機組和燃油燃氣熱水機（即無壓熱水爐）。

1.溴化鋰直燃機組

    溴化鋰直燃機組全稱為“直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組”是暖通專業用于制冷采暖的一種兩用設備。這種設備是以油（輕油、重油）和氣（石油氣、煤氣等）為能源直接燃燒經過換熱來達到制冷和產熱的目的。近年來，一些廠家將該設備在空調制冷的基礎上又附加了制備生活熱水的功能。即將空調的制冷、產熱與提供生活熱水三種功能集為一體，意在簡化設備，節省機房占地面積，這對于不少建設單位和用戶是具有誘惑力的。

    通過分析，我們認為溴化鋰直燃機組兼供生活熱水雖然設備簡化了，占地省了，但存在如下較大的問題。

（1）不經濟

    由于“機組”制備生活熱水并不是利用制冷、產熱二個循環過程中的余熱，而是通過加大燃燒器和高壓發生器通過附加的生活熱水換熱來達到的。這樣“機組”的負荷要按二者迭加來考慮。本工程生活熱水耗熱量的36％以上，則“機組”的負荷要相應增大36％以上。這樣機組的制造成本加大，一次投資加大。經查設備費用約增加150萬。另則，“機組”的運行不經濟，由于生活熱水是常年供熱而空調供冷、供熱是有季節性的。這樣，設備運行效率很低，尤其是只供生活熱水時，因生活熱水供熱很不均勻，在低負荷時典型的大馬拉小車。“機組”的低效更為突出，這樣，設備的經常運行費將明顯提高。

（2）不合理

    生活熱水的供熱工況的空調制冷產熱工況是截然不同的。前者是全年供熱的，而每天的供熱量又是極大均勻的，后者是有季節性的，供熱制冷是基本均勻的；前者是直流供水，且水質一般不經軟化處理，而后者為循環系統，其循環水為軟化水。因此把這三者拼在一起顯然是不合理的，燃燒器的能力與空調負荷及生活熱水負荷均不匹配，難以實現有效穩定的自動控制。

（3）存在不安全的隱患

    由于“溴化鋰直燃機組”的燃燒器是按供生活熱水的設計秒流量的供熱量（當無調節設施時）+空調負荷來選擇的。因此，當只供生活熱水用熱時，燃燒器顯然偏大。尤其是生活熱水為低負荷時，燃燒器的工作可能會突開突關，控制系統一旦失靈就會導致生活熱水快速升溫超過規定溫度，這樣不僅有可能造成燙傷人的事故，且會使高壓發生器內內壓升高，破壞真空狀態。給整個“機組”運行帶來不安全的隱患。

（4）不利于系統冷熱水壓力的平衡

     “溴化鋰直燃機組”的生活熱水供熱部分為一快速加熱器的結構，被加熱的生活熱水流速高，阻力大（一般大2～5m）。阻力隨著生活用水負荷的變化也很大。因此，在系統使用中將引起熱水壓力不夠，壓力不穩定。費水耗能，用水不舒適。由于“溴化鋰進燃機組”用于生活熱水供熱存在的問題較多，因此，我們在本工程設計時，放棄了與暖通共用“機組”的方案。

2、燃油燃氣熱水機組

 “溴化鋰直燃機組”是近年來發展快，推廣應用較廣的一種供生活熱水或兼供采暖熱水的無壓鍋爐。

    目前國內生產這種溴化鋰直燃機組”的廠家很多，“機組”的類型也較多，按其供熱的方式來分為直接供熱型和間接供熱型。

    直接供熱型機組；即為冷水直接進入爐體，被加熱成熱水后直接作為生活熱水供給系統使用。這種供水方式，一般是將“機組”配置一熱水貯水箱放在屋頂上，重力流供水，且要求冷水硬度較低，以減少“機組”的經常維修工作，延長“機組”的使用壽命。

    間接供熱型機組：這種“機組”內的熱水（或其他介質）不直接使用，中作熱媒用。其供熱是通過內置換熱器或外置換熱器來進行的。內置換熱器也有多種形式，較普遍的是用U型盤管靜置在爐體腔內，U型盤內走被加熱水外為爐體熱水（或其他介質）。這種“機組”的優點是“機組”靈活，占地少，可放在地下室，可利用冷水壓力直接供水，系統簡單。缺點是:換熱效果差，U型盤管靜置在水腔內，傳熱系數K值低，未經軟化處理的被加熱水走在U型管內，當水質較硬時，將易結垢不便維修；且阻力大，阻力變化大，不利于系統的冷熱水壓力平衡。

    外置換熱器的機組，則是將機組與換熱器分開，機組提供熱媒，經換熱器換熱后提供熱水，這種供熱方式的缺點是相對直接供熱效率低一點。優點是設備可放在地下室，被加熱水走在換熱器的殼程，阻力小，有利于整個系統冷熱水壓力的平衡，且方便清除水垢和維修。

    本工程位于“北京”，冷水水質較硬，且屋頂沒有設置機組加大熱水箱的地方，因此我們選擇了外配換熱器的間接供熱型熱水機組的型式。

    供熱的方式選定后，下一步就是選擇哪一種“機組”和哪一種換熱器的問題。對此，我們也作了一些調研分析，最后選擇了燃氣型組環式熱水機組和DFHRV導流浮動盤管型半容積式掃熱器聯合供給生活熱水的方式。

（1）組環式熱水機組

    組環式熱水機組是一種無受火管無炎筒的新型水加熱設備，完全自由組合式，爐內各部件可以相對自由熱脹冷縮，其結構充分利用了輻射換熱的傳熱方式，通過逐漸變窄的煙道增加了單位換熱面積的對流換熱量。所需的換熱面積減少和體積的縮小，鋼材的耗量也相應降低，尤其是換熱構件不需管材，節省材料，與同型其他熱水機組比具有體積小，重量輕，占地少的優點。

（2）DFHRV浮動盤半容積換熱器

      DFHRV浮動盤管半容積換熱器檢修維護方便，盤管可從罐內抽出檢修更換。國內許多浮動盤管容積式半容積換熱器不存在不能檢修或檢修困難等問題，雖然浮動盤管換熱器能上下輕微浮動產生高頻振動除垢性能優于U型管換熱器，但受水質、使用條件、熱煤工況等的影響仍有結垢的可能，容器內壁，換熱盤管的腐蝕也需要檢修更換。

       DFHRV浮動盤半容積換熱器采用多行程螺旋的浮動管組，熱媒分布均勻，流程長消除了短路換熱現象，換熱管束底部已接近罐底加上導流裝置罐內基本上消除了冷水滯水區，容積利用率可達95％以上，它具有一定的調節容積△h≤1M保證冷、熱水壓力平衡。

二、熱水供水系統設計

1、系統設計

    熱水供水分區同冷水系統，三層及三層以下為低區其供水系統為下行上給式，四層及四層以上為高區其供水系統為上行下給式，管道系統為等流程布置。高區換熱器的冷水由屋頂水箱專用管道供給，十一層及十一層以下通過減壓閥減壓后供給熱交換器，低區熱交換器的冷水由市政管網直接供給。冷水進入熱交換器前經過電子水處理儀以防結垢。 經高，低區熱交換器交換出的熱水經分水器按使用功能的不同分別接熱水管供給各個用水點保證不同功能的生活熱水互不干擾，相對獨立（詳見熱水管道系統圖）。

2、系統循環

    系統采用全日制機械循環供水，高、低區循環泵均設在熱交換間內，由各區回水管路上設置的溫度控制器循環泵的開啟，當回水溫度低于50℃時循環泵啟動，當回水溫度升高至55℃時循環泵停止工作。

3、管材的選用

    公寓，客戶衛生間支管選用鋁塑復合管，由于鋁塑復合管PEX-AL-PEX的特殊結構它具備了金屬管和塑料管的優點，重量輕，而腐蝕，衛生條件發，使用壽命長，管道容易彎曲定型，施工安裝方便。由于目前鋁塑復合管規格較小最大到DN32mm，因此，只能用于支管，采用卡壓式管件連接。 干管選用聚丁稀管，聚丁稀管管材是世界上先進的熱水管材之一，耐久抗老化性能強，導熱系數低（0.22W/mk)絕熱保溫性好，減少了保溫厚度，無毒無害，微生物不能滲透，貯存的水不會變質，施工安裝方便。連接方式采用擠壓夾緊管件或熱熔合。