采暖地区集中供热系统的设计温度

采暖地区集中供热系统的设计温度

通过制定国家标准的住宅建筑节能设计标准。他在5.3.6条中提出了这一建议。“采用集中供暖系统的供暖温度应符合以下规定。1严寒地区采用金属管道输送热水时,t≤95℃;供回水温差Δt≥25℃;2严寒/寒冷地区采用铝塑(PE-X或PE-RT)复合管输送热水时,t≤90℃;供回水温差Δt≥25℃;3严寒/寒冷地区采用热塑性塑料管输送热水时,t≤80℃;供回水温差Δt≥20℃;4寒冷地区采用金属管材输送热水时,t≤90℃;供回水温差Δt≥25℃;5夏热冬冷地区,t≤80℃;供回水温差Δt≥20℃。”对于上述规定,该征求意见稿的条文说明作如下解释:“对于不同气候和不同材料管道,提出不同的设计供水温度。对于以热水锅炉作为直接供暖的热源设备来说,降低供水温度对于降低锅炉排烟温度、提高传热温差具有较好的影响,使得锅炉的热效率得以提高。采用换热器作为采暖热源时,降低换热器二次水供水温度可以在保证同样的换热量情况下减少换热面积,节省投资。由于目前的一些建筑存在大流量、小温差运行的情况,因此本标准规定采暖供回水温差不应小于20℃。在有可能的条件下,设计时应尽量提高设计温差。”上述规定涉及到供暖系统设计的基本参数,也涉及到对塑料类管道耐热特性的认识和理解,笔者认为存在以下值得商榷的问题。1供热热媒设计温度散热器热水供暖系统热媒设计温度,应根据热舒适度要求、系统运行的安全性和经济性等原则确定。供水温度不超过95℃,可确保热媒在常压条件下不汽化;适当降低热媒温度,则有利于提高舒适度,但要相应增加散热器数量。长期以来,一般采用供水温度95℃、供回水温差25℃的做法。例如,作为散热器标准工况的64.5℃,就是水温95℃/70℃的平均值与室温18℃的传热温差。许多供暖系统的设计计算资料也按此条件编制。当然,热媒设计温度的确定也要符合热源条件和考虑其他因素。例如,当以较低温度的一次热媒进行换热获得二次热媒时,或采用户式燃气热水供暖炉受产品性能限制,或采用塑料类管材为延长其使用寿命时,也有采用85℃/60℃作为设计参数的。征求意见稿中对散热器热水供暖系统热媒设计温度和供回水温差的规定,与传统的设计参数相比,降低了除严寒地区以外的广大供暖地区(尤其是夏热冬冷地区)、特别是降低了采用塑料类管材系统的热媒设计温度,这无疑将增加散热器数量,也将因供回水温差减小而增加循环水泵动力消耗。热媒设计温度只是供暖系统实际运行过程中对应于最不利室外气象条件的一个状态点,在供暖期内,需要随室外气象条件变化进行热媒温度的质调节。例如,按照热媒温度95℃/70℃(或85℃/60℃)设计的系统,真正需要供水温度达到95℃(或85℃)的时间,从理论上讲是十分短暂的,在实际运行过程中,则几乎从未出现过。因此,增加散热器数量和循环水泵动力消耗等对节能产生的负面影响,能否可以从条文说明提出的“降低供水温度……使得锅炉的热效率得以提高”中得到补偿,而采用换热器作为供暖热源时,“降低换热器二次水供水温度可以……减少换热面积”与增加散热器两者之间孰轻孰重,都有待进一步论证。2实施热媒设计时系统可达温室在制订标准、重新确定散热器热水供暖系统的热媒设计温度时,应该正视供暖系统设计的现状。多年来,一直存在着不适当地过多降低散热器供暖热媒设计参数的倾向。上世纪80年代,北京地区就曾进行过实态调查测定,结果表明,多数由城市热网或小区集中锅炉房供暖的住宅,即使设计水温为95℃/70℃,当达到设计室外温度时,系统运行平均水温一般也只要70℃左右即可保证设计室内温度。其他供暖地区的实际运行情况也基本如此。为何实际运行水温远低于热媒没计温度时也可达到设计室温?主要是由于实际配置的散热面积(包括散热器和室内不保温的管道)不同程度地偏大于理论所需散热面积。理论推导和实际工程运行验证,对于设计水温95℃/70℃的系统,当散热面积偏大10%时,运行水温约可为90℃/65℃;当偏大20%时,运行水温约可为85℃/60℃;当偏大30%时,运行水温约可为82.5℃/57.5℃;当偏大40%时,运行水温约可为80℃/55℃。由于考虑安全裕量和设计保守等原因,一般系统的散热面积均会偏大30%以上。近年设计中出现的散热器面积偏大情况愈加严重,原因是设计者常将热源实际运行热媒参数作为设计条件。例如设计者接受设计任务去调查现状时,运行管理人员会告之供水温度只有70℃。如不加深入分析就直接采用这样的低温参数进行设计计算,散热器数量必然会增加,导致实际运行水温进一步降低,以致陷入了恶性循环的怪圈。这种恶性循环更加剧了系统的失调度。笔者认为,征求意见稿对散热器热水供暖系统热媒设计温度和供回水温差的规定,无疑会加剧这种情况。3关于使用条件分级塑料类管材的应用历史比金属管短得多,因而,对塑料类管材特性的认识存在较多误区。例如,2004年以建设部名义发布的《推广应用和限制禁止使用技术》218号公告中,有两项涉及塑料类管材,即第89项“建筑生活热水塑料管道系统”和92项“建筑地面辐射采暖塑料管道系统”。其中有“设计温度不得高于70℃”的说法,由于公告涉及的生活热水和地面辐射供暖的热媒温度根本不会高于70℃,因此与相关标准并无矛盾。但有些地方的建设工程质量监督部门居然以此为依据,扩大到认为散热器供暖系统使用塑料类管材,“设计温度不得高于70℃”。为了澄清这种模糊认识,由中国建筑标准设计研究院主持编制的《全国民用建筑工程设计技术措施——建筑产品选用技术专集》对此作了详细说明。塑料类管材与金属管材特性的一个显著区别是,输送介质的温度对金属管材使用寿命影响甚微,而决定塑料类管材使用寿命的主要因素是输送介质温度的综合热作用。无疑,降低输送介质温度,对延长塑料类管材使用寿命有利,但是,应该有一个合理的度。在此,使用了综合热作用,而不是使用单一作用温度的概念,是因为在供暖系统中,塑料类管材在总设计使用周期内并非始终处在同一温度作用条件下,例如,在非供暖期内的热作用温度会近似于室温,即使在供暖期内,也会因进行质调节而受不同温度的热作用。因此,不能用一个单一温度值作为设计选用的依据,需要先按不同使用条件的温度作用频率确定使用条件分级。按照国际标准ISO/10508:1995推荐的方法,对总设计使用周期为50a,根据奥、德、法地区典型使用条件划分的塑料类管材的使用条件分级见表1。使用条件分级体现了综合热作用(即“设计温度”和“最高设计温度”作用周期的总和)的概念。表1中的使用条件等级5级,就是针对散热器供暖系统的。其使用条件是:在总寿命周期内,60℃热作用25a,80℃热作用10a,20℃热作用14a,90℃热作用1a,各种不同温度热作用周期的总和是50a。而且,还允许100℃的“故障温度”热作用不超过100h。可以看出,欧洲这些地区典型使用条件的特点是供暖期很长、热媒温度较低,总设计使用周期的50a中,只有14a(即28%、平均每年3.4个月)是非供暖期。上述分级应用于我国大多数供暖地区是比较安全的。当然,应该根据当地的供暖周期特点合理地加以引用,最好能够逐步编制各地区的使用条件分级标准。各种热塑性塑料类管材满足总设计使用周期为50a的设计许用应力见表2。表2的数值说明了综合热作用越大,设计许用应力越小,在强度计算时应该采用较大的壁厚值。只有当超过某种管材的最大壁厚时,才排除其使用可行性。另外,国外的设计方法中,不同温度之间可以概略地按照温度每提高10℃、使用寿命约缩短为原来的40%的关系进行换算。例如,可以把80℃热作用10a,换算为90℃热作用4a,再加上原有的90℃热作用1a,即每年平均可以承受36.5天90℃的热作用;可以把60℃热作用25a,换算为80℃热作用10a,即每年平均可以承受73天80℃的热作用。这说明,如果采用85℃/60℃作为热媒设计参数,对于北京地区按照使用条件等级5级来选择塑料类管材的壁厚,再考虑管材生产和施工过程中可能产生的缺陷,有关标准还规定了管材的最小壁厚,留有相当大的裕量,是足够安全的。确实并不需要将热媒温度再降低到t≤80℃。4热媒系统设置的依据针对同一气候分区,征求意见稿对金属管、铝塑复合管和热塑性塑料管规定了不同的热媒设计参数。但是,在实际工程中,由同一个热源(锅炉房或换热站)供暖的系统,常会采用多种管材,而且一般在设计阶段难以确定。即使计量供暖的住宅分户系统地面埋设的管道需要采用塑料类管材,决策者也会在采用铝塑复合管或采用热塑性塑料管之间举棋不定。那将怎样执行征求意见稿中提出的规定呢?无非是:1)就低不就高。只要系统中有一部分采用了热塑性塑料管,一律按照“t≤80℃、供回水温差Δt≥20℃”作为热媒设计参数,这对于主体采用金属管道的系统,会造成较大的浪费。2)按照采用不同管材分别设置系统。或使热源独立,或同一热源采用换热、混水等方式提供不同的热媒参数。这不仅使系统的配置复杂化,增加建设费用,而且也并不节能。因此,这种并不够合理的规定,在实际工程中也很难操作。5设计温度的确定5.1散热器集中供暖系统的设计供水温度的确定,涉及到热源条件等多种因素,对建筑节能的综合影响程度的评估甚为复杂,规定在建筑节能设计标准中目前似不成熟,尤其不宜加以硬性规定。如果觉得希望能有“指导意义”,可以采用“