嚴寒地區臨時集中供暖系統的設計與應用

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沈陽客廳總承包工程位于沈陽市丁香湖畔，該地區冬季寒冷漫長，取暖期一般為11月初至次年3月末。采用傳統的電加熱取暖設備有能耗高、壽命短、熱舒適性差、安全隱患高的缺點，因此本工程設計了更合適節能的集中供暖系統。

1 集中供暖系統原理

集中供暖系統由電極加熱系統、泵送循環系統、恒溫控制系統和終端散熱系統4 部分組成，通過電極加熱系統升溫的熱水經泵送循環系統送至各終端散熱片處，使各采暖屋內均勻受熱，并在恒溫控制系統的控制下保持水溫恒定，提高了臨時建筑物室內采暖的舒適性。集中供暖系統如圖1所示。

圖1 集中供暖系統

2 集中供暖系統設計

臨建設施采用集中供暖系統意在解決北方冬季采用電加熱取暖設備采暖的諸多弊端，使其具有節能環保、恒溫舒適、安全可靠的特性，為實現以上功能，該系統設計由四大子系統組成。

2.1 電極加熱系統

臨時集中供暖系統熱源為水箱集中儲水，經電極加熱棒升溫后通過循環系統送至各終端。儲水箱尺寸為1.25 m×1.25 m×1.25 m。各電極加熱棒由箱內和箱外兩部分構成，伸入水箱內部的為2 根弧形銅管加熱棒，與循環水直接發生熱交換。露出水箱外部的為4 根接線柱，與電源線相連。為保障供電安全，接線柱外為半球型防護罩。整個供暖系統共配備4 根電極加熱棒（圖2），各加熱棒的電源線均引出自智能電箱，電箱在恒溫控制系統的調節下可自動調節各電極加熱棒的工作狀態來為循環水加熱。

圖2 電極加熱棒示意

2.2 泵送循環系統[1-4]

為提高集中供暖系統的供暖效率，該系統內安裝泵送循環子系統，該子系統通過供水管、加壓泵組、回水管三部分將儲水箱和終端散熱片相連，并根據需要安裝了補水管和泄水管。為保證系統內水流暢通、流速達到取暖要求，本系統供水管管徑為60 mm，回水管管徑為50 mm，補水管及泄水管管徑均為25 mm。加壓泵組配備2 臺并聯的IRG50-160型三相離心泵。日常狀態下，僅有1 臺泵處于工作狀態，另1 臺為應急泵，以備出現故障時整個系統依舊能夠正常運轉。為盡量減少熱量損失，同時防止室外水管受凍，本系統所有室外供回水管線均采用橡塑管包裹，并采用空調專用保溫帶綁扎嚴密。

2.3 恒溫控制系統

為了保證集中供暖系統的舒適性，需保持系統內水溫恒定，故在該系統中添加了恒溫控制子系統[5,6]。該子系統主要由溫度感應端子、信號傳輸線和微電腦控制儀三部分組成。其中溫度感應端子共有8 個，分別粘貼于儲水箱的4 個側立面，對箱體表面溫度進行實時監測，并將溫度信號轉換為電信號，通過信號傳輸線傳入微電腦控制儀中，控制儀可根據事先設定好的目標溫度和實時監控信號自動調節整合各加熱棒的工作狀態，通過4 根加熱棒工作狀態和停歇狀態的不同組合保持水溫恒定于目標溫度，且該目標溫度可在微電腦控制儀上任意設定（圖3）。

圖3 恒溫控制系統工作原理示意

2.4 終端散熱系統

該系統是安放于各采暖房間內的終端散熱設備，主散熱設備為鋼制柱式散熱片，兩端通過PP-R管與泵送循環系統連接。通過對4 種典型房間計算，單間散熱片最大需用量為11.31 片，考慮到辦公用房實際耗能量較設計值偏大，為充分滿足各房間的采暖需求，各房間均配備80 mm×50 mm豎直散熱管14 片散熱片，此種散熱片具有超大的比表面積，散熱性能更佳，能量損耗極低，具有良好的升溫效率。并且為保證房間內的溫度恒定，循環水的溫度應根據室外溫度實時調節，且循環水溫最低不得低于60 °C。

3 能耗分析

以該系統在本工程中的應用為例，本系統總計為25 間標準彩板房辦公室提供供暖。

3.1 采用傳統電加熱取暖設備

以常用的電油汀式加熱器為例，該取暖器功率為2 000 W，一般可為10～12 m2的范圍加熱，故每間辦公室需配備2 臺加熱器，每日加熱時間按12 h計算，則傳統電加熱取暖設備每日電能消耗量為1 200 kW·h。

3.2 采用集中供暖系統

該系統電能消耗由水循環系統耗能和加熱系統耗能兩部分組成，共計耗能力為936 kW·h/d。

分析可見，采用集中供暖系統可比采用傳統電加熱取暖設備每日節能264 kW·h，同時由于該系統具有壽命長、可周轉使用的特點，而一般電加熱取暖設備使用壽命僅為1 年，綜合比較，該集中供暖系統的節能效果是明顯的。

4 集中供暖系統應用效果

（a）在供熱能力上，集中供暖系統絲毫不遜色于電加熱取暖設備，其超強的供熱能力能夠將室內溫度提升到18 °C以上。

（b）在恒溫性能上，集中供暖系統表現出了更高的穩定性，而非如電加熱取暖設備般驟冷驟熱[7-10]。

（c）在取暖舒適度上，集中供暖系統能夠創造出更為舒適的室內環境。一方面其散熱更均勻，室內溫度梯度不大，另一方面，集中供暖系統采用溫水散熱，不會引起空氣干燥。

（d）在安全性上，集中供暖系統的安全隱患更少，安全控制更為方便高效。

5 結語

通過計算對比分析及對實際應用效果的考察，在冬季寒冷漫長的嚴寒地區臨時設施中采用集中供暖系統可以獲得更為舒適的室內辦公環境，其電極加熱系統的高效性和恒溫控制系統的穩定性可保持室內溫度始終處在適宜的水平上。同時由于其采用集中加熱，熱能損耗大大降低，與傳統的電加熱取暖設備相比能耗更低，安全性更高，壽命更長。綜合考量，該系統在臨時辦公室越冬供暖中具有更優越的效果。