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1.地?zé)嶂惫┦焦岬囊恍┨攸c
地?zé)嶂苯庸岱绞绞侵傅責(zé)崴苯油ㄟ^熱用戶,然后排放掉或回灌。這種供熱方式設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單,如圖8 4所示。在地?zé)崴M入熱用戶之前根據(jù)水質(zhì)條件可以增設(shè)除砂器,為調(diào)解進入熱用戶的溫度增設(shè)供熱調(diào)峰裝置和混水器等。如果采用鍋爐調(diào)峰裝置,地?zé)崴喈斢阱仩t供水。如果采用熱泵調(diào)峰,一般以通過熱用戶后排放之前的地?zé)崴鳛闊嵩礊闊岜玫恼舭l(fā)器提供熱量。使地?zé)崴呐欧艤囟冗M一步降低。
圖8-4 地?zé)嶂苯邮焦嵯到y(tǒng)
一般采用地?zé)嶂苯庸岱绞接行┫拗茥l件。其一:地?zé)崴母g性較低,即含有較低的誘導(dǎo)化學(xué)腐蝕的一些成分,如氯離子、硫酸根離子等。地?zé)崴幕瘜W(xué)腐蝕性是相對而言的,即指散熱器和管網(wǎng)系統(tǒng)的腐蝕與供熱系統(tǒng)的運行管理狀況有很大關(guān)系,即使含有化學(xué)腐蝕性成分,如果嚴格的控制系統(tǒng)內(nèi)的含氧量將會大大減少腐蝕速度。其二:地?zé)峁芫W(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)垢控制,盡管低溫地?zé)崴幌窀邷貎上嗟責(zé)崃黧w的結(jié)垢趨勢那么強,但是如果有結(jié)垢出現(xiàn)將影響系統(tǒng)的散熱性能,降低地?zé)崴挠行崂寐?因此在選用地?zé)嶂苯庸岱绞街?應(yīng)對地?zé)崴母g和結(jié)垢趨勢進行充分的論證。其三:由于直接式地?zé)峁嵯到y(tǒng)的水力調(diào)節(jié)性較差,在系統(tǒng)的壓力平衡上應(yīng)加以考慮,一般不宜用于高層建筑的供熱,因為此時地?zé)崴玫某休d揚程過高,水頭也難以穩(wěn)定。但是,由于直供式是開口系統(tǒng),完全保證系統(tǒng)的密閉性是不可能的。所以,對于開口系統(tǒng)腐蝕的可能性還是不能忽視的。
除了以上主要限制條件或一些缺點外,直接式地?zé)峁嵋灿衅鋬?yōu)點,比如與間接式地?zé)峁岱绞奖容^溫差損失小供熱效率高、初投資少。
2.地?zé)嶂惫┦皆O(shè)計與調(diào)節(jié)方法
由于地?zé)崴哂谐鏊疁囟然竞愣ǖ奶攸c,為了能充分利用地?zé)崴臒崮?供熱系統(tǒng)應(yīng)盡量降低地?zé)崴呐欧艤囟?。顯然,遵循常規(guī)的鍋爐設(shè)計將不利于地?zé)崴挠行Ю?。除非采用調(diào)峰裝置,要想增加供、回水之間的溫度差,唯一的途徑是加大熱用戶的終端散熱器的散熱面積。那么,針對不同的地?zé)峋鏊疁囟纫脒_到設(shè)計要求,如何確定散熱器的面積增加比例? 在這種設(shè)計下如何采用質(zhì)調(diào)節(jié)? 還應(yīng)從供暖的熱力學(xué)特征分析入手。以下給出了在沒有調(diào)峰裝置條件下的直接供熱設(shè)計方法。當然,從熱力學(xué)節(jié)能的角度出發(fā),合理的供熱設(shè)計應(yīng)當增加調(diào)峰措施(調(diào)峰承擔(dān)尖峰負荷),在大部分供熱時間內(nèi)采用地?zé)嶂苯庸?地?zé)岢袚?dān)的基礎(chǔ)負荷),而僅在很短的時間里采用地?zé)峁峒诱{(diào)峰裝置,這樣能充分利用各自的能源條件的優(yōu)點而舍去它們的缺點。本節(jié)的分析適合沒有調(diào)峰情況下的地?zé)嶂苯庸嵯到y(tǒng)的設(shè)計,或者有調(diào)峰裝置但沒有運行情況下的供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)。
對于常規(guī)供熱系統(tǒng)中的主要熱力參數(shù)有如下關(guān)系式:
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
式中:Tr為室內(nèi)設(shè)計溫度(℃);Ta為室外氣溫(℃);T'a為標準設(shè)計工況下的室外設(shè)計氣溫(℃);T's為標準設(shè)計工況下的管網(wǎng)供水溫度(℃);T'b為標準設(shè)計工況下的管網(wǎng)排水溫度(℃);Ts為室外氣溫Ta下的管網(wǎng)供水溫度(℃);Tb為室外氣溫Ta下的管網(wǎng)排水溫度(℃);β為與散熱器傳熱性能有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)(℃);
為實際供水流量與標準設(shè)計供水流量比;
為實際供熱負荷與標準設(shè)計供熱負荷的比。
上式中包括3個等式和4個未知量,即供水溫度Ts、排水溫度Tb、熱負荷比
和質(zhì)量流量比
。為了求出其中的3個變量,必須對其中一個變量進行假設(shè)。如假設(shè)
,即所謂的質(zhì)調(diào)節(jié)問題。
假設(shè)有一口地?zé)峋鏊疁囟葹?5℃,要想滿足常規(guī)鍋爐設(shè)計的標準熱負荷,比如95℃給水溫度,70℃回水溫度,如通過式8 8計算得到地?zé)崴幕厮疁囟葢?yīng)為80℃。利用溫度差只有5℃,質(zhì)量流量比
為5,這顯然是不合理的。造成這一問題的原因是終端散熱器的設(shè)計面積小,因此,對地?zé)嶂苯庸嵯到y(tǒng),應(yīng)對供熱設(shè)計方程式8 8加以修正。
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
圖8-5 常規(guī)供熱系統(tǒng)中的供回水溫度隨室外溫度的變化
在式8 9中,考慮到利用地?zé)崴臏夭钤龃蠛?采用算術(shù)平均溫差會對計算結(jié)果帶來較大誤差,所以第三部分采用了對數(shù)平均溫差。
是終端散熱器的增加比。假設(shè)此時地?zé)崴┧疁囟葹榈責(zé)峋某隹谒疁?br> ,排放地?zé)崴疁囟葹?br> ,在滿足相同的標準設(shè)計熱負荷下,散熱器的面積增加比
為
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
同時可以獲得質(zhì)量流量比
:
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
由于地?zé)崴疁鼗竟潭ú蛔?在確定排放水溫
的條件下,通過式8-10和式8-11確定散熱器的面積比和質(zhì)量流量比。例如:設(shè)地?zé)崴疁囟葹?br> ,要想獲得排放溫度
,即40℃的換熱溫差,室內(nèi)有效設(shè)計溫度Tr=18℃,β=0.35(鑄鐵四柱式散熱器),得到面積比
為1.657,質(zhì)量流量比
為0.625。
通過以上的相同計算步驟,可以計算得到不同地?zé)峋鏊疁囟?不同設(shè)計排放溫度情況下的散熱器面積比
和質(zhì)量流量比
,如圖8-6所示。如果知道常規(guī)鍋爐設(shè)計的參數(shù)值即可求出低溫地?zé)崴崆闆r下的設(shè)計參數(shù)。
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
對一個特定的建筑物,當選擇了散熱器形式和面積大小后,直接式供熱系統(tǒng)的供熱能力Qd和散熱器的進出口水溫度ΔT=Ts-Tb可以通過求解下面的超越方程計算得到。
值得指出的是,通過式8-10、式8-11均可得到設(shè)計參數(shù)。如果采用調(diào)峰時的設(shè)計參數(shù),可能會造成散熱器面積比
較大,初投資增加很多。合理的設(shè)計應(yīng)當考慮增設(shè)其他供熱形式的調(diào)峰措施,使地?zé)崴脑O(shè)計熱指標降低下來。
供熱負荷的調(diào)節(jié)問題是在完成供熱設(shè)計之后進行的,是當室外氣溫偏離設(shè)計室外氣溫時如何調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)的一些熱力參數(shù)使其達到匹配,從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。直接供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法主要有兩種分類方法:按地?zé)崴倪B續(xù)供給與否分為連續(xù)性運行方式調(diào)節(jié)、間歇式運行方式調(diào)節(jié),按改變散熱器入水溫度與否分為質(zhì)調(diào)節(jié)和改變流量的量調(diào)節(jié)方法。每種調(diào)節(jié)方法可以有不同的實現(xiàn)措施。比如:改變流量的方法有直接節(jié)流法、井口回流法、井泵變頻調(diào)速法等。
如果不通過改變質(zhì)量流量的方法進行調(diào)節(jié)可以采用間歇式運行方法,但間歇式運行是頻繁地開啟井泵,會對井泵的使用壽命造成損害,同時系統(tǒng)內(nèi)的壓力不穩(wěn)定性會造成系統(tǒng)內(nèi)部局部負壓而吸入外界大氣的氧氣,加速管網(wǎng)的腐蝕。除了需要考慮以上的缺點外,還必須考慮間歇的頻率和時間,這與建筑物的蓄熱能力有直接的關(guān)系。因此,間歇式調(diào)節(jié)方法有很多弊端。
考慮連續(xù)運行的質(zhì)調(diào)節(jié)方法之一就是增加混水器,使一部分地?zé)崤欧潘氐浇o水管,減少地?zé)崴髁?降低管網(wǎng)的入口水溫。通過合理地控制混水比例,可以有效地匹配外界環(huán)境的溫度變化,適應(yīng)不同熱負荷工況下的需要。以下介紹一種計算適當混水比例的簡便方法。
為了求解不同室外溫度下的混水比例,首先確定質(zhì)調(diào)節(jié)的供回水溫度。由式8-9的第一、三、四部分可得:
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
其中,
, C2=T 's-T 'b,假設(shè)混水比例為R ,即R為回水質(zhì)量與總供水質(zhì)量流量的百分比?？梢酝ㄟ^能量守恒方程計算得到不同室外溫度下的混水比例R為
沉積盆地型地?zé)崽锟辈殚_發(fā)與利用
同樣以上面的參數(shù)為例,面積比
為1.657,質(zhì)量流量比
為0.625,R隨室外溫度的變化規(guī)律如圖8-7所示。有關(guān)混水器的設(shè)計可參考一些供熱工程手冊。
圖8-7 R隨室外溫度的變化規(guī)律
