燃?xì)鉄崴疇t在住宅采暖中應(yīng)注意的問題

李冬梅

(北京炎黃聯(lián)合國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司,北京 100190)

燃?xì)鉄崴疇t在住宅采暖中應(yīng)注意的問題

李冬梅

(北京炎黃聯(lián)合國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司,北京 100190)

在燃?xì)鉄崴疇t的設(shè)備選型中,其樣本參數(shù)只提供額定輸出熱量和最小制熱量,而涉及關(guān)鍵的參數(shù)(如供回水溫度、流量、內(nèi)置泵的揚(yáng)程)并未標(biāo)出。由于對(duì)設(shè)備本身的參數(shù)情況不清楚,導(dǎo)致設(shè)備選型不合理。通過對(duì)普通燃?xì)鉄崴疇t和冷凝式燃?xì)鉄崴疇t的詳細(xì)分析,力求為熱水爐選型提供指導(dǎo)。

燃?xì)獠膳療崴疇t；冷凝式燃?xì)鉄崴疇t；混水裝置

隨著全國(guó)城鎮(zhèn)化的推廣,新建的住宅越來越多；在北方采暖區(qū),居住小區(qū)在遠(yuǎn)離老城區(qū)的地方建設(shè)相當(dāng)普遍,其中一些地方市政供熱設(shè)施的進(jìn)度跟不上住宅區(qū)的建設(shè)速度,相當(dāng)一部分居住區(qū)入住后市政熱力管網(wǎng)還未動(dòng)工建設(shè),因此在設(shè)計(jì)階段就需考慮住宅采暖熱源問題。

1 燃?xì)獠膳療崴疇t熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問題

(1)根據(jù)文獻(xiàn)[1]的要求,采用分戶獨(dú)立熱源的輻射供暖系統(tǒng),應(yīng)考慮間歇運(yùn)行因素。其間歇供暖修正系數(shù)如下：

表1 輻射供暖系統(tǒng)的間歇供暖修正系數(shù)

(2)戶間傳熱：作為獨(dú)立戶式采暖系統(tǒng),熱水爐的運(yùn)行時(shí)間各戶不盡相同,而且熱水爐一般由設(shè)在典型房間的溫控器控制并采用啟停運(yùn)行模式,住宅上下左右的相鄰房間均存在戶間傳熱的可能。按文獻(xiàn)[1]的要求,可按單位面積7w/m2計(jì)算。

(3)人體的舒適度受輻射影響比較大,在相同熱舒適條件下的室內(nèi)溫度可比對(duì)流供暖時(shí)的室內(nèi)溫度低2℃。因此采用地面輻射供暖的房間,其室內(nèi)采暖計(jì)算溫度可比正常室內(nèi)計(jì)算溫度低2℃。

(4)當(dāng)采用地面輻射供暖的房間高度大于4m時(shí),應(yīng)在基本耗熱量和朝向、風(fēng)力、外門附加耗熱量之和的基礎(chǔ)上,計(jì)算高度附加率。每高出1m應(yīng)附加1%,但最大附加率不應(yīng)大于8%。

此外,對(duì)于燃?xì)鉄崴疇t的基本分類來說,可分為普通燃?xì)鉄崴疇t和冷凝式燃?xì)鉄崴疇t,普通燃?xì)鉄崴疇t的額定供水溫度在80℃,供回水溫差為20℃,供水溫度可在35℃～85℃調(diào)節(jié),其最大額定供暖負(fù)荷為70kW。冷凝式熱水爐低溫額定供水溫度為50℃,回水溫度為30℃,其最大額定供暖負(fù)荷為70kw。這兩種熱水爐的內(nèi)置循環(huán)泵的機(jī)外揚(yáng)程約3m,循環(huán)泵的額定流量均按20℃溫差設(shè)置。

2 普通燃?xì)鉄崴疇t的應(yīng)用分析

由于熱舒適度高、不占用室內(nèi)使用面積等優(yōu)點(diǎn),越來越多的住宅采用末端散熱裝置。但在采用熱水爐作為熱源時(shí),應(yīng)注意供回水溫度的設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[2]的要求,地?zé)嵯到y(tǒng)的供水溫度宜為35℃～45℃,不應(yīng)大于60℃,供回水溫差不宜大于10℃,不宜小于5℃。也就是說,地?zé)峁┧疁囟茸罡卟粦?yīng)超過60℃。而從文獻(xiàn)[4]中可知,熱水爐的額定供水溫度為80℃左右,回水溫差20℃。因此熱水爐的供水溫度及供回水溫差與地?zé)岵膳到y(tǒng)的供水溫度及供回水溫差不匹配。導(dǎo)致出現(xiàn)以下問題：

(1)如果熱水爐的額定供水溫度比地?zé)岵膳到y(tǒng)的最高供水溫度還高,將會(huì)降低地?zé)峁懿牡氖褂脡勖５責(zé)峁懿脑O(shè)計(jì)使用壽命為50年,是基于地?zé)峁┧疁囟仍谝韵聴l件的綜合使用壽命。

表2 地上管材的工作溫度及使用時(shí)間

從上表可以看出,我們所說的在60℃以下運(yùn)行50年并不是一直保持60℃恒溫運(yùn)行,而是不同溫度下使用時(shí)間的累計(jì)：20℃、1.0MPa工作壓力下的運(yùn)行時(shí)間2.5年,40℃下運(yùn)行20年,60℃下運(yùn)行25年,70℃下運(yùn)行2.5年,累計(jì)為50年。有些廠家資料有誤導(dǎo)之嫌：材料里給出了通過110℃、1.9MPa、8720小時(shí)測(cè)試的數(shù)據(jù),給人的感覺好像是地暖管道根本不怕熱水,完全可以直接用在水溫高達(dá)90度的集中供熱供水環(huán)境中；對(duì)于保障長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的實(shí)際水溫要求語(yǔ)焉不詳。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),在熱水塑料管道系統(tǒng)中,使用溫度連續(xù)超過設(shè)計(jì)溫度10℃,相同使用壓力下,使用壽命縮短2.5倍；反之,使用溫度低于地暖設(shè)計(jì)溫度10℃,相同使用壓力下,使用壽命延長(zhǎng)2.5倍。

(2)熱水爐的額定供回水溫差是地?zé)嵯到y(tǒng)的供回水溫差的2倍,即熱水爐提供的是小流量、大溫差的供暖模式；而地?zé)嵯到y(tǒng)是大流量、小溫差的狀態(tài)。從供回水溫差即流量方面來看,額定輸出功率為18kW的熱水爐,20℃的溫差下額定流量為0.215kg/s；同樣的流量,10℃的溫差下地?zé)岜P管末端的有效輸出功率為9kW。即假定地?zé)嵩?0℃的溫差下,采用熱水爐供暖,末端散熱設(shè)備的散熱量只有熱水爐額定供熱量的一半。室內(nèi)負(fù)荷小于熱水爐額定負(fù)荷一半的情況下,勉強(qiáng)還能運(yùn)行。

(3)熱水爐的供水溫度可調(diào)范圍一般為35℃～85℃,用地?zé)岜P管作為末端散熱設(shè)備,往往是降低供水溫度運(yùn)行；但降低供水溫度會(huì)引起采暖爐的煙氣溫度與熱交換器形成較大的溫度差,導(dǎo)致酸性冷凝水的產(chǎn)生,腐蝕燃?xì)忮仩t的金屬元件,減少燃?xì)鉅t使用壽命。根據(jù)文獻(xiàn)[3]的數(shù)據(jù),采暖爐回水溫度低于58℃會(huì)導(dǎo)致煙氣冷凝水的產(chǎn)生。降低供水溫度的做法無論從節(jié)能降耗的角度看,還是從維持壁掛爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行來看都不是妥善的解決方案。

天然氣在燃燒時(shí)需要空氣,而且與空氣量的多少成比例,空氣量的多或少都會(huì)影響采暖爐的熱效率。天然氣的主要成分是甲烷。燃燒1Nm3的天然氣,需要耗費(fèi)2Nm3的氧氣,由于氧氣約占空氣體積的21%,即需要9.5立方米標(biāo)準(zhǔn)空氣量,這是理論計(jì)算需要的空氣量,燃燒所需實(shí)際空氣量要比理論空氣量大。如果為了滿足地?zé)峁┧疁囟榷档蜔崴疇t出水溫度,普通的采暖熱水爐在降低熱水供水溫度時(shí),由于沒有燃?xì)夂涂諝獗壤目刂?只是減少了燃?xì)夤?yīng)量而沒有相應(yīng)地減少空氣供應(yīng)量,導(dǎo)致無效的空氣量被加熱到煙氣排放溫度,熱量從煙氣中白白排放掉,降低了熱水爐的熱效率。

(4)供水溫度超過60℃,影響室內(nèi)熱舒適性。根據(jù)文獻(xiàn)[1]的要求,在人員經(jīng)常停留的地面,其地面平均溫度在25℃～27℃,不得超過29℃。按住宅室內(nèi)計(jì)算溫度16℃計(jì)算(地板采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可降低2℃),供回水溫度按60/50℃,室內(nèi)地面為水泥、石材或陶瓷面層,盤管敷設(shè)間距500mm,單位地面面積向上的供熱量137.8W/m2,地表面平均溫度計(jì)算如下：

Tpj=Tn+9.82×(q/100)0.969

Tpj——地表面平均溫度(℃)

Tn——室內(nèi)空氣溫度(℃)

q——單位地面面積向上的供熱量(w/m2)

Tpj=Tn+9.82×(q/100)0.969=16+9.82×(137.8/100)0.969=29.35℃

以上計(jì)算基于盤管鋪設(shè)間距500mm,這個(gè)間距已經(jīng)是文獻(xiàn)[1]中盤管敷設(shè)的最大間距,計(jì)算得出29.35℃應(yīng)是最低地面溫度,還是超過了文獻(xiàn)[1]允許的29℃。

(5)供水溫度高,由于Ca離子隨溫度的升高其溶解度下降,水中溶解的Ca離子會(huì)析出形成碳酸鈣沉淀,增加管道阻力。

但文獻(xiàn)[1]只是提出原則性的技術(shù)要求,文獻(xiàn)[2]提出宜在地?zé)嵯到y(tǒng)增設(shè)混水裝置。因此,混水裝置是燃?xì)獠膳癄t+低溫地板輻射采暖系統(tǒng)中解決供水溫度高、滿足末端散熱流量并且符合采暖爐供回水溫度的一項(xiàng)可靠而有效的技術(shù)措施。

3 冷凝式燃?xì)鉄崴疇t的應(yīng)用分析

目前冷凝式熱水爐市場(chǎng)宣傳推廣有擴(kuò)大和誤導(dǎo)嫌疑：不管采用何種末端散熱設(shè)備,選用冷凝式熱水爐好似都能實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能。事實(shí)上,冷凝式熱水爐的熱效率要達(dá)到106%,不是在任何情況下都能實(shí)現(xiàn),而是有一定使用條件的。

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,1立方米純天然氣完全燃燒,需要2立方米氧氣,產(chǎn)生1立方米二氧化碳和2立方米水蒸氣。由于空氣中的氧氣含量約為21%,因此,1立方米天然氣完全燃燒的過程需要9.5立方米的空氣。按理論空氣量計(jì)算,煙氣在冷凝之前的總含水量等于空氣中的含水量加上燃燒產(chǎn)物的含水量之和。根據(jù)文獻(xiàn)[3],煙氣排放溫度被冷卻到58℃時(shí),冷凝水被析出,直至冷卻至31℃被排放出去之前,都一直在生成冷凝水。實(shí)際燃燒1立方米的天然氣所產(chǎn)生的煙氣,其冷凝后產(chǎn)生的水蒸氣體積為1.531立方米,質(zhì)量約1.275千克。這些冷凝水在由氣態(tài)冷凝成液態(tài)的過程中,釋放出的熱量約3051.01千焦。這就是被冷凝爐回收利用的冷凝潛熱。除了回收利用冷凝潛熱以外,煙氣溫度在下降的過程中也可以為冷凝爐節(jié)約部分熱量從而使冷凝爐的熱效率提高,這就是由于煙氣溫度降低而被利用的顯熱。

由此可知,冷凝式熱水爐的高效率是建立在低溫供回水的基礎(chǔ)上,冷凝溫度高于58℃,則不會(huì)產(chǎn)生冷凝水。一般的地板輻射采暖供水溫度35℃～45℃,供回水溫差10℃,完全符合冷凝條件。若采用散熱器采暖,正常的供水溫度為70℃～75℃,回水溫度50℃～55℃,由于回水溫度比冷凝溫度最多低8℃,冷凝水不能完全析出,也就未能達(dá)到最高熱效率。由文獻(xiàn)[4]可知,冷凝式壁掛爐的最大熱效率106%是建立在供回水溫度50/30℃的基礎(chǔ)上。

從以上結(jié)果定性分析可知,如果采用冷凝式熱水爐+散熱器組合,冷凝式熱水爐不能達(dá)到其最大的熱效率,散熱器并不是合適的末端散熱設(shè)備。如果采用冷凝式熱水爐+地板輻射組合,中間不設(shè)混水裝置的話,熱水爐的額定供回水溫差為20℃,地板輻射的供回水溫差為10℃,仍然存在熱水爐流量與地板輻射流量不匹配的問題。因此,冷凝式熱水爐+地板輻射的采暖系統(tǒng),仍需設(shè)混水裝置。

4 結(jié) 論

(1)采用普通燃?xì)鉄崴疇t作為熱源,選用散熱器作為末端散熱設(shè)備是合適的。如果采用地板輻射采暖方式,則需設(shè)混水裝置，否則存在以下問題：①熱水爐供水溫度高;②熱水爐的供回水溫差(20℃)與地板輻射采暖的溫差(10℃)不匹配。

(2)采用冷凝式燃?xì)鉄崴疇t作為熱源,如果選用散熱器作為末端散熱設(shè)備是不合適的,因?yàn)樯崞髯鳛槟┒松嵩O(shè)備,需要熱源提供較高的供水溫度,由此采暖回水溫度也高而這不能充分利用冷凝式熱水爐的高效率。如果采用地板輻射方式,并設(shè)混水裝置就能解決熱水爐的流量與地板采暖系統(tǒng)的流量不匹配的問題,同時(shí)能使冷凝式熱水爐在高效率狀態(tài)下工作。

(3)不管是采用普通燃?xì)鉄崴疇t還是冷凝式燃?xì)鉄崴疇t,如果選用的熱水爐額定熱功率比室內(nèi)負(fù)荷高得越多,則熱水爐的回水溫度比額定輸出功率下的回水溫度高得越多,從而使熱水爐在低效狀態(tài)下運(yùn)行。因此在熱水爐選型上應(yīng)盡量使其額定輸出功率與室內(nèi)負(fù)荷相符。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ142-2012 輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50736-2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[3]張錫虎.工程設(shè)計(jì)問答(36)：戶式燃?xì)鉅t供暖[J].暖通空調(diào),2014,44(5):79-82.

[4]國(guó)家燃?xì)庥镁哔|(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心.GB 25034-2010燃?xì)獠膳療崴疇t[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

10.13939/j.cnki.zgsc.2016.49.093

李冬梅(1976—),女,陜西人,畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué),本科,現(xiàn)供職于北京炎黃聯(lián)合國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司,工程師。研究方向：城市綜合體及超高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)及相關(guān)工作。近年來在國(guó)家級(jí)刊物發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文2篇。