西安某厂房地热水供暖系统设计方案

西安某厂房地热水供暖系统设计方案工程概况西安某厂房由机加装配试验厂房及附属厂长办公楼组成，建筑面积11770m2，，主厂房建筑高度10.5m，附楼建筑高度12.5m,。该工程采用厂区供热站提供的80~90℃的地热水供暖，在该厂房南侧及附楼东侧各设一个入口装置间，耗热量分别为210kW和405kW，总耗热量615kW。地热水供暖系统设计的难点该厂目前有两口地热井，井深约3000m，为第三系地层中的热水，出水温度80℃~90℃。此地热水首先供厂区散热器系统使用，温度降至50~55℃后，供家属区地面辐射系统使用。这种合理的梯级利用方案，提高了地热资源的综合利用效率。地热水供暖系统设计的最大难点是地热水对金属管存在严重的腐蚀问题。地热水中最主要的腐蚀成分是氯化物和溶解氧(O2)。氯离子半径小，穿透能力强，因此容易穿过金属内表面已有的保护层造成对碳钢、不锈钢及其他合金强烈的缝隙腐蚀、孔蚀与应力腐蚀。氯离子对金属的腐蚀作用与浓度及温度有关，60℃的地热水氯离子含量为200mg/L时，就能使不锈钢产生局部腐蚀，且温度越高腐蚀作用越强。设计难点的解决方案应对地热水腐蚀问题的一种解决方案是：采用带有换热器的间接供暖系统，原理图见图2。采用该方案的缺点是：(1)需要增加钛板换热器、水泵及补水定压设备的安装空间及初投资;(2)换热器存在传热温差，降低了二次侧水温，需要增加较多的末端散热设备;(3)增加了厂房内不必要的水泵能耗，不节能;(4)受厂区前期整体规划和投资额的制约。根据资料，传热温差损失约为5%～15%，地热水温度越低损失越大。1生产井2潜水泵3旋流除砂器4钛板换热器5调峰锅炉(或热泵)6末端散热设备7供暖循环泵8地面排放9回灌井图2地热水间接供暖系统原理图第二种解决方案是采用衬塑复合管与耐腐蚀铸铁散热器组成的直接供暖系统。地热水供暖的一个特点就是供水温度较常规供暖低，本工程供暖供回水计算温度取80℃/55℃，温差25℃，如果采用第一种方案，不仅需要增加钛板换热器、水泵及定压补水等设备及相应的安装空间，而且经过钛板换热器换热后，供回水温度降为70℃/45℃，散热器面积将需要增加34.6%，厂房四周无法布置下如此多的散热器。本项目各专业的设备及安装预算为286万元，资金较为紧张。经过技术经济分析及与甲方协商，本工程采用了第二种解决方案，该厂区一些厂房按此种做法已成功运行多年，效果良好。供暖系统介绍笔者调研发现，设计一个成功的地热水供暖系统，应注意两点：1)尽量将室内环路进行细分，减小系统作用半径，以减小供水干管温降，保证最远端的供暖效果;2)尽量采用高供低回的热水温度，以提高地热资源利用效率，加大管网温差，降低运行能耗。一些项目的经验证明，若未注意以上两点，将不能保证良好的供暖效果。本建筑的供暖系统遵循南、北向分设环路的原则，共分8个环路(见图3)，系统的最大压力损失为30kPa，试验压力为0.4MPa。系统采用上供下回或下供下回单管同程式敷设，管道明装或地沟内安装，由于该地区属于一级湿陷性黄土，按照建筑对管道检修的强制性条文要求，厂房内设半通行地沟。为减小管道热损失，厂房内供水干管全部保温。散热器采用灰铸铁辐射对流型散热器TZ4-6-5(8)，防爆房间采用光管散热器，管径为D133×4。管材为铝合金衬塑复合管，耐温95℃，耐压1.6MPa。图3供暖系统环路设计水力平衡计算目前的供暖水力平衡计算程序不能满足本项目的计算要求，原因是：1)不能区分塑料管(K=0.01mm)与钢管(K=0.2mm)的管壁粗糙度;2)某些计算程序立管数超过30个无法计算;3)平衡调试的可视性和可修改性很差。某些软件能解决前两个问题，但是数据输入界面与调试过程(重复多次出计算书、查看计算结果)非常烦琐，本项目选择已有的水力平衡计算程序进行改编，解决了以上三个问题。改编后的水力平衡计算程序有以下功能：(1)能区分不同管材的管壁粗糙度，可根据实际的热水温度对密度、黏度进行修正(见表1);表1系统参数设置界面(2)根据推荐比摩阻自动配管，并显示流速，判断比摩阻是否合适，不合适以红色符号提醒;(3)自动计算系统不平衡率，并指出最大与最小阻力所对应的立管位置，方便进行平衡调试;(4)根据房间热负荷自动计算各立管的热水流经各层散热器的水温变化，计算散热器片数;(5)自动统计管材(见表2);系统默认立管数为50，楼层数为6，可方便地进行扩充;平衡调试的结果立刻可见(见表3，4)表2管材自动统计界面经过计算调试