TPM采暖供热设备的估算方法与基础知识

来源/作者： TPM咨询服务中心丨发布时间：2017-09-14 丨浏览次数：

　　TPM设备管理培训公司语供热设备管理该如何管理，大家都知道供暖系统由锅炉、供热管道、散热器三部分组成。

　　建筑物的耗热量和散热器的确定以及供热管道管径和系统压力损失的计算是一项周密细致和复杂的设计过程。一般由设计部门暖通设计人员承担。但是对于我们咨询行业要为某业主在初建、扩建或可研阶段，对供热设备管理（散热器、管道、锅炉）的选型，造价作出估算及验算供热管道和锅炉的负荷或在施工中需要作局部变更，或需编制供暖锅炉的耗煤计划，常因缺乏数据而不能进行工作，况且这些零星琐碎的工作也不便给设计部门增添麻烦。

　　为解决上述问题，撰写此文，仅供从事TPM管理咨询工作的人员参考。

　　一、建筑物的供热指标（q0）

　　供热指标是在当地室外采暖计算温度下，每平方米建筑面积维持在设计规定的室内温度下供暖，每平方米所消耗的热量（W/m2）。

　　在没有设计文件不能详细计算建筑物耗热量，只知道总建筑面积的情况下，可用此指标估算供暖设备管理，概略地确定系统的投资，q0值详见表-1。

　　各类型建筑物热指标及采暖系统所需散热器的片数表-1

　　采暖供热设备的估算方法与基础知识

　　说明：1).此表散热器是恒定在64.5℃温差情况下的数量。

　　2).此表所列散热器片数可根据q0的变更作相应修正。

　　二、散热器散热量及数量的估算

　　1.以四柱640型散热器为准，采暖供回水温度95-70℃

　　热水采暖时，一片散热器的Q值为：

　　Q水=K×F×Δt=7.13×0.20×64.5=92(W/片)

　　式中：K=3.663Δt0.16

　　K=3.663×(100-18)0.16=7.13W/m2·℃

　　当采用低压蒸汽采暖时：

　　Q汽=K×F×Δt =7.41×0.20×(100-18)=122(W/片)

　　式中：K=3.663Δt0.16

　　K=3.663×(100-18)0.16=7.41W/m2·℃

　　根据热平衡原理，将建筑物热指标和所需散热器片数列表1（以四柱640型为准）。

　　2．各种散热器之间的换算

　　若需将四柱640型散热器改为其它类型的散热器其片数转换可按下式：K1×F1×Δt=K2×F2×Δt即K1×F1=K2×F2进行换算。

　　3．房间内散热器数量的调整

　　1）。朝向修正：朝南房间减一片，朝北房间加一片；既面积、窗墙比相同的两个房间，南、北向相差2片。

　　2）。窗墙比修正：有门窗的房间比只有窗无外门面积、朝向均相同的房间多2片。

　　3）。角隅房间（具有两面外墙的房间）：按估算数附加100%。

　　散热器数量经过修正后，可根据适用、经济、美观的要求，选用所需散热器型号，并用互换公式换算所需订购的散热器数量。

　　4）。如要求相对精确，散热器片数的确定，可参见暖通设计手册或其它有关资料。

　　三、供暖管道的估算

　　1．供暖管道的布置形式：

　　供暖管道布置形式多种多样，按干管位置分上供下回、下供下回和中供式，按立管又分双管和单管，单管又有垂直与水平串联之别，蒸汽采暖又有干式与湿式回水之分等等。根据介质流经各环路的路程是否相等，还可分为：

　　1）。异程式：介质流经各环路的路程不相等，近环路阻力小，流量大，其散热器会产生过热，远环路阻力大，流量小，散热器将出现偏冷现象；中环路散热器温度适合，特别是在环路较多的大系统中，这种热的不平衡现象更易发生，且难调节。但异程系统能节约管材，但采暖系统作用半径小。

　　2）。同程式：介质流过各环路的路程大体一致，各环路阻力几乎相等，易于达到水力平衡，因而流量分配也比较均匀，不致象异程系统那样产生热不均匀现象。但同程系统比异程系统多用管材。但调试简单方便，供热安全可靠，建议采用同程采暖系统为最佳选择。

　　2．采暖管道的估算

　　1）。采暖管道管径的估算是根据允许单位摩擦阻力（热水采暖R=80-120Pa/m；蒸气采暖R=60Pa/m和不超过管内热媒流动的最大允许流速来确定的（见表-2、表-3、表-4）。管径估算表中Q、W、R、N值为常用估算值，而Qmax、Wmax、Rmax、Nmax值为最大值，适用于距锅炉房近，作用半径小，环路小的采暖系统。

　　2）。利用此表可按管道负担的散热器片数迅速决定管径，也可用于系统局部变更或检验管道是否超负荷。

　　3）。根据低压蒸气管与凝结水管同径热负荷的比较，DN70以下的蒸气管所用的凝结水管比蒸气管<1号；DN70以上的蒸气管所用的凝结水管比蒸气管<2号。

　　四、供暖系统压力损失的估算

　　1．公式：

　　ΣH水=1.1Σ(RL+Z)Pa

　　ΣH汽=1.1Σ(RL+Z)+2000Pa

　　式中：R—单位管长度沿程压力损失，按100Pa/m估算。

　　1.1—因施工增加阻力和计算误差等因素考虑的系数。

　　热水采暖系统管径估算表表-2

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　　说明：此表t=95℃、r=983.248kg/m3、K=0.2mm

　　低压蒸气采暖系统管径估算表表-3

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　　说明：此表P=200Kpa(绝对压力)、K=0.2mm

　　低压蒸气采暖干式凝结水管径估算表表-4

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　　说明：对不利环路起始端管径，考虑空气和锈渣的影响，一般不小于DN25。

　　2．热水供暖循环泵的估算

　　1）流量：G=(1.2~1.3)

　　式中：Δt=tG-tH=95℃-70℃=25℃

　　c—水的比热。取c=1

　　1.2~1.3—储备系数

　　2）扬程：根据下列公式估算

　　H=1.1(H1+H2+H3)KPa

　　式中：H1—锅炉房内部压力损失（70KPa~220KPa）

　　H2—室外管网最不利环路的压力损失（KPa）

　　H3—室内最长、最高环路的压力损失，一般为10-20Kpa；有暖风机的为20-50Kpa；水平串联系统为50-60Kpa；带混水器的为80-120Kpa。R值按100Pa/m计算。

　　根据上列公式和数据，计算出水泵的流量和扬程，即可选择水泵。

　　沿程阻力及局部阻力概率分配率

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　　3．低压蒸气采暖系统对锅炉定压的要求

　　在蒸气量能满足系统采暖负荷的情况下，可按照低压蒸气系统压力损失估算法来确定锅炉的压力。

　　室外压力损失：H1=1.1×RL/0.7 +2000Pa

　　式中：R值取100Pa/m

　　L为室外管道长度m

　　室内压力损失H2可按20Kpa估算

　　锅炉内的压力损失储备系数取1.2

　　锅炉定压值P=1.2×(H1+H2) ×10-4 MPa

　　五．锅炉供暖负荷面积的估算

　　1．新型锅炉的效率η=0.75以上。

　　0.7MW蒸发量锅炉的供热面积可按下式计算：

　　F=1X70X104/qom2

　　F=0.8X1X70X104/70=8000 m2

　　式中：0.8—考虑锅炉和室外采暖管道损失占20%，室内占80%。

　　q0—按70W/m2估算

　　2．煤的发热量

　　焦煤：7.6kW/kg；无烟煤：7.0kW/kg；烟煤：6.0kW/kg；褐煤：5.0kW/kg；泥煤：3.54kW/kg；

　　3．一天的燃烧量

　　B2=B1×每日供暖小时（T/日）

　　4．一年采暖期的燃煤量

　　B3=B2×采暖期天数（T/年）

　　5．锅炉燃煤量的经验数字

　　0. 7MW蒸发量的锅炉需要的燃煤量：

　　无烟煤：180kg/h；烟煤：270kg/h；褐煤：360kg/h。

　　基础知识问答

　　1、水和水蒸汽有哪些基本性质？

　　答：水和水蒸汽的基本物理性质有：比重、比容、汽化潜热、比热、粘度、温度、压力、焓、熵等。水的比重约等于1（t/m3、kg/dm3、g/cm3）蒸汽比容是比重的倒数，由压力与温度所决定。水的汽化潜热是指在一定压力或温度的饱和状态下，水转变成蒸汽所吸收的热量，或者蒸汽转化成水所放出的热量，单位是：KJ/Kg。水的比热是指单位质量的水每升高1℃所吸收的热量，单位是KJ/ Kg· ℃，通常取4.18KJ。水蒸汽的比热概念与水相同，但不是常数，与温度、压力有关。

　　2、热水锅炉的出力如何表达？

　　答：热水锅炉的出力有三种表达方式，即大卡/小时（Kcal/h）、吨/小时(t/h)、兆瓦（MW）。

　　（1）大卡/小时是公制单位中的表达方式，它表示热水锅炉每小时供出的热量。

　　（2）“吨”或“蒸吨”是借用蒸汽锅炉的通俗说法，它表示热水锅炉每小时供出的热量相当于把一定质量（通常以吨表示）的水从20℃加热并全部汽化成蒸汽所吸收的热量。

　　（3）兆瓦(MW)是国际单位制中功率的单位，基本单位为W （1MW=10^6W）。正式文件中应采用这种表达方式。

　　三种表达方式换算关系如下：

　　60万大卡/小时（60×104Kcal/h）≈1蒸吨/小时〔1t/h〕≈0.7MW

　　3、什么是热耗指标？如何规定？

　　答：一般称单位建筑面积的耗热量为热耗指标，简称热指标，单位w/m2,一般用qn表示，指每平方米供暖面积所需消耗的热量。黄河流域各种建筑物采暖热指标可参照表2-1

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　　上表数据只是近似值，对不同建筑结构，材料、朝向、漏风量和地理位置均有不同，纬度越高的地区，热耗指标越高。

　　4、如何确定循环水量？如何定蒸汽量、热量和面积的关系？

　　答：对于热水供热系统，循环水流量由下式计算：

　　G=[Q/c(tg-th)]×3600=0.86Q/(tg-th)式中：G - 计算水流量，kg/h

　　Q - 热用户设计热负荷，W

　　c - 水的比热，c=4187J/ kgo℃

　　tg﹑th－设计供回水温度，℃

　　一般情况下，按每平方米建筑面积2~2.5 kg/h估算。对汽动换热机组，

　　由于供回水温差设计上按20℃计算，故水量常取2.5kg/h。

　　采暖系统的蒸汽耗量可按下式计算：

　　G=3.6Q/r ⊿h

　　式中：G - 蒸汽设计流量，kg/h

　　Q - 供热系统热负荷，W

　　r - 蒸汽的汽化潜热，KJ/ kg

　　⊿h - 凝结水由饱和状态到排放时的焓差，KJ/kg

　　在青岛地区作采暖估算时，一般地可按每吨过热蒸汽供1.2万平方米建筑。

　　5、系统的流速如何选定？管径如何选定？

　　答：蒸汽在管道内最大流速可按下表选取：

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　　蒸汽管径应根据流量、允许流速、压力、温度、允许压降等查表计算选取。

　　6、水系统的流速如何选定？管径如何选定？

　　答：一般规定，循环水的流速在0.5~3之间，管径越细，管程越长，阻力越大，要求流速越低。为了避免水力失调，流速一般取较小值，或者说管径取偏大值，可参考下表：

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　　在选择主管路的管径时，应考虑到今后负荷的发展规划。

　　7、水系统的空气如何排除？存在什么危害？

　　答：水系统的空气一般通过管道布置时作成一定的坡度，在最高点外设排气阀排出。排气阀有手动和自动的两种，管道坡度顺向坡度为0.003，逆向坡度为0.005。管道内的空气若不排出，会产生气塞，阻碍循环，影响供热。另外还会对管路造成腐蚀。空气进入汽动加热器会破坏工作状态，严重时造成事故。

　　8、系统的失水率和补水率如何定？失水原因通常为何？

　　答：按照《城市热力网设计规范》规定：闭式热力网补水装置的流量，应为供热系统循环流量的2%，事故补水量应为供热循环流量的4%。失水原因：管道及供热设施密封不严，系统漏水；系统检修放水；事故冒水；用户偷水；系统泄压等。

　　9、水系统的定压方式有几种？分别是如何实现定压的？系统的定压一般取多少？

　　答：热水供热系统定压常见方式有：膨胀水箱定压、普通补水泵定压、气体定压罐定压、蒸汽定压、补水泵变频调速定压、稳定的自来水定压等多种补水定压方式。采用混合式加热器的热水系统应采用溢水定压形式。

　　（1）膨胀水箱定压：在高出采暖系统最高点2-3米处，设一水箱维持恒压点定压的方式称为膨胀水箱定压。其优点是压力稳定不怕停电；缺点是水箱高度受限，当最高建筑物层数较高而且远离热源，或为高温水供热时，膨胀水箱的架设高度难以满足要求。

　　（2）普通补水泵定压：用供热系统补水泵连续充水保持恒压点压力固定不变的方法称为补水泵定压。这种方法的优点是设备管理简单、投资少，便于操作。缺点是怕停电和浪费电。

　　（3）气体定压罐定压：气体定压分氮气定压和空气定压两种，其特点都是利用低位定压罐与补水泵联合动作，保持供热系统恒压。氮气定压是在定压罐中灌充氮气。空气定压则是灌充空气，为防止空气溶于水腐蚀管道，常在空气定压罐中装设皮囊，把空气与水隔离。气体定压供热系统优点是：运行安全可靠，能较好地防止系统出现汽化及水击现象；其缺点是：设备管理复杂，体积较大，也比较贵，多用于高温水系统中。

　　（4）蒸汽定压：蒸汽定压是靠锅炉上锅筒蒸汽空间的压力来保证的。对于两台以上锅炉，也可采用外置膨胀罐的蒸汽定压系统。另外，采用淋水式加热器和本公司生产的汽动加热器也可以认为是蒸汽定压的一种。

　　蒸汽定压的优点是：系统简单，投资少，运行经济。其缺点是：用来定压的蒸汽压力高低取决于锅炉的燃烧状况，压力波动较大，若管理不善蒸汽窜入水网易造成水击。

　　（5）补水泵变频调速定压：其基本原理是根据供热系统的压力变化改变电源频率，平滑无级地调整补水泵转速而及时调节补水量，实现系统恒压点的压力恒定。

　　这种方法的优点是：省电，便于调节控制压力。缺点是：投资大，怕停电。

　　（6）自来水定压：自来水在供热期间其压力满足供热系统定压值而且压力稳定。可把自来水直接接在供热系统回水管上，补水定压。

　　这种方法的优点是显而易见的，简单、投资和运行费最少；其缺点是：适用范围窄，且水质不处理直接供热会使供热系统结垢。

　　（7）溢水定压形式有：定压阀定压、高位水箱溢水定压及倒U型管定压等。

　　运行中，系统的最高点必然充满水且有一定的压头余量，一般取4m左右。由于系统大都是上供下回，且供程阻力远小于回程阻力，因此，运行时，最高点的压头高于静止时压头。因此，静态定压值可适当低一些，一般为1~4m为宜。最大程度地降低定压压值，是为了充分利用蒸汽的做功能力。

　　10、运行中如何掌握供回水温度？我国采暖系统供回水温差通常取多少？

　　答：我国采暖设计沿用的规定：供水温度95℃，回水温度70℃，温差为25℃。但近年来，根据国内外供热的先进经验，供回水温度及温差有下降趋势，设计供回水温度有取80/60℃，温差20℃的。

　　11、什么是比摩阻？比摩阻系数通常选多少？水系统的总阻力一般在什么范围？其中站内、站外各为多少？

　　答：单位长度的沿程阻力称为比摩阻。一般情况下，主干线采取30～70Pa/m，支线应根据允许压降选取，一般取60～120Pa/m，不应大于300Pa/m。一般地，在一个5万m2的供热面积系统中，供热系统总阻力20 ～25m水柱，其中用户系统阻力2～4m，外网系统阻力4～8m水柱，换热站管路系统阻力8～15m水柱。

　　12、热交换有哪几种形式？什么是换热系数？面式热交换器的主要热交换形式是什么？

　　答：热交换（或者说传热）有三种形式：导热、对流和辐射。对面式热交换器来说，换热的主要形式是对流和导热，对流换热量的计算式是：Q=αA（t2-t1），导热换热量的计算式是：Q=（λ/δ）A（t2-t1）。在面式热交换器中的传热元件两侧都发生对流换热，元件体内发生导热。

　　13、面式热交换器有哪些形式？其原理、优缺点各为何？

　　答：面式热交换器的主要形式有：管壳式换热器、板式换热器、热管式换热器等。它可细分成很多形式，其共同的缺点：体积大，占地大、投资大，热交换效率低（与混合式比较），寿命短；它们的优点是凝结水水质污染轻，易于回收。

　　14、普通的混合式热交换器有什么缺点？

　　答：普通的混合式热交换器，蒸汽从其侧面进入，水循环完全靠电力实现，它虽具有体积小、热效率高的优点，但存在下列缺点：

　　1、不节电，任何情况下都不能缺省循环水泵；

　　2、不稳定，当进汽压力较低，或进水压力较高时，皆会出现剧烈的振动和噪声；

　　3、同样，也存在凝结水回收难的问题。

　　15、供热系统常用到哪几种阀门，各有什么性能？

　　答：供热系统常用到的阀门有：截止阀、闸阀（或闸板阀）、蝶阀、球阀、逆止阀（止回阀）、安全阀、减压阀、稳压阀、平衡阀、调节阀及多种自力式调节阀和电动调节阀。

　　其中

　　截止阀：用于截断介质流动，有一定的节调性能，压力损失大，供热系统中常用来截断蒸汽的流动，在阀门型号中用"J"表示截止阀

　　闸阀：用于截断介质流动，当阀门全开时，介质可以象通过一般管子一样，通过，无须改变流动方向，因而压损较小。闸阀的调节性能很差，在阀门型号中用"Z"表示闸阀。

　　逆止阀：又称止回阀或单向阀，它允许介质单方向流动，若阀后压力高于阀前压力，则逆止阀会自动关闭。逆止阀的型式有多种，主要包括：升降式、旋启式等。升降式的阀体外形象截止阀，压损大，所以在新型的换热站系统中较少选用。在阀门型号中用"H"表示。

　　蝶阀：靠改变阀瓣的角度实现调节和开关，由于阀瓣始终处于流动的介质中间，所以形成的阻力较大，因而也较少选用。在阀门型号中用"D"表示。

　　安全阀：主要用于介质超压时的泄压，以保护设备和系统。在某些情况下，微启式水压安全阀经过改进可用作系统定压阀。安全阀的结构形式有很多，在阀门型号中用"Y"表示。

　　16、除污器有什么作用？常安装于系统的什么部位？

　　答：除污器的作用是用于除去水系统中的杂物。站内除污器一般较大，安装于汽动加热器之前或回水管道上，以防止杂物流入加热器。站外入户井处的除污器一般较小，常安装于供水管上，有的系统安装，有的系统不安装，其作用是防止杂物进入用户的散热器中。新一代的汽动加热器自带有除污器

　　17、有时候发现有的用户暖气片热而有的不热，何故？如何解决？

　　答：这叫作系统水力失调，导致的原因较复杂，大致有如下原因：

　　（1）管径设计不合理，某些部位管径太细；

　　（2）有些部件阻力过大，如阀门无法完全开启等；

　　（3）系统中有杂物阻塞

　　（4）管道坡度方向不对等原因使系统中的空气无法排除干净；

　　（5）系统大量失水；

　　（6）系统定压过低，造成不满水运行；

　　（7）循环水泵流量，扬程不够；

　　要解决系统失调问题，首先要查明原因，然后采取相应措施

　　18、汽暖和水暖各有什么优缺点？

　　答：汽暖系统虽有投资省的优点，但能源浪费太大，据权威部门测算，汽暖比水暖多浪费能源约30%，因此近年汽暖方式正逐步被淘汰。汽暖浪费能源主要表现在：

　　(1)国内疏水器质量不过关，使用寿命短，性能差，汽水一块排泄；

　　(2)管系散热量大，除工作温度高的原因外，保温破坏，不及时维修也是原因之一；

　　(3)系统泄漏严重，同样的泄漏面积，蒸汽带出的热量比水大得多。汽暖除了不经济之外，还不安全，易发生人员烫伤和水击暴管事故。很多系统运行中伴随有振动和水击声，影响人的工作和休息。另外，汽暖房间空气干燥，让人感到不舒适。水暖系统虽适当增加了投资，但克服了上述弊端。

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