地板辐射供暖系统热力站换热器选型优化

1　概述
地板辐射供暖系统具有室内温度分布均匀、舒适性较好等优点,得到了广泛应用。地板辐射供暖系统供回水温差一般不大于10℃[1],对于相同的供热面积,其二级管网的设计流量约为采用散热器的供暖系统的2. 5倍,设计流量的增大导致换热器二级侧的阻力较高。为了控制换热器二级侧的阻力为30~50 kPa,往往通过加大换热器的面积余量(即增加板片数量),降低换热器二级侧的阻力。通常在地板辐射供暖系统热力站的换热器选型中,面积余量要取到100%以上才能满足换热器二级侧阻力要求。而同样条件下,在散热器供暖系统热力站换热器选型中,面积余量仅取5%左右即可满足要求。
地板辐射供暖系统热力站换热器选型面积余量的增大,使得所选换热器的片数要远多于实际所需的片数,导致换热器造价增高,造成不必要的浪费。本文对地板辐射供暖系统热力站换热器的优化选型进行探讨。
2　工程概况
某居民住宅小区,一级管网设计供回水温度为130、70℃,设计供热面积为5×104m2,设计供暖热指标取64 W /m2,计算得出设计热负荷为3 200kW。采用地板辐射供暖系统,设计供回水温度为60、50℃。当热用户与二级管网采用普通的直接连接方式(见图1)时,采用某换热器计算选型软件进行选型计算。在分别仅满足换热量要求时、满足二级侧阻力要求时,换热器选型计算结果见表1。换热量安全系数取1. 3,经计算得到,总换热量为4 160 kW,对数平均温差为39℃。由表1可知,当仅满足换热量要求时,换热面积余量为7. 5%;满足二级侧阻力要求时,换热面积余量为135. 7%。按照换热器的传统选型方式,为了降低换热器二级侧的阻力,面积余量取135. 7%方能满足要求。此时,换热器片数为186片,增加的片数仅是为了降低换热器二级侧阻力。


3　解决方法

在总换热量一定、一级管网供回水温度不变、二级管网回水温度为50℃的限定条件下,换热器传热系数、对数平均温差随二级管网供水温度的变化见表2。由表2可知,随着二级管网供水温度的提高,换热器传热系数、对数平均温差降低。由表2中数据可计算得出,换热器二级侧质量流量、阻力随二级管网供水温度的变化(见表3)。由表3可知,随着二级管网供水温度的提高,二级管网供回水温差逐渐增大,二级侧质量流量逐渐减小,换热器二级侧阻力也随之下降。

由表2、3可知,在限定条件下,提高二级管网供水温度,虽然导致传热系数有所降低,但换热器二级侧阻力下降幅度更大。也要注意的是,二级管网供回水温差的加大,导致设计参数不能满足地板辐射供暖系统的设计要求,但这可通过在二级管网供回水管间设置旁通管进行解决,即采用混水连接方式(见图2)[2、3]。在旁通管上安装调节阀,通过调节阀调节混水流量,使二级管网回水与换热器二级侧出水混合,从而满足地板辐射供暖系统的设计要求。