近年来,我国集中供热事业迅速发展,供热规模不断壮大。而供热管网在集中供热系统中承担着输配的重要任务,无论是在功能还是在成本投入以及运行管理上都是“主角”。因此有必要对供热管网进行深入地研究。由于供热室内管网较外网规模小,本文着重对供热外网进行探讨。
在供热外网的设计过程中,管网管径的确定是个重点。传统的设计过程是:估计主干线的平均比摩阻R值(40-80Pa/m)以及管段流量G,然后利用制好的热水网路水力计算表查得管径值,在此过程中比摩阻的值R完全靠经验来取定。如选用比摩阻R值越大,则利用水力计算表选取的管径越小,这样在一定程度上降低了管网的基建投资及运行电耗。这样便产生了经济比摩阻的概念,它要求在规定的计算年限内总费用为最小。快速准确地确定出经济比摩阻是亟待解决的问题,对高效节能具有重要意义,但目前接触到的关于经济比摩阻的研究较少。
(1)确定热水网路的主干线及其沿程比摩阻。
(2)根据网路主干线各管段的计算流量和初步选用的经验平均比摩阻值,根据水力计算表,确定主干线各管段和相应的实际比摩阻值。
(3)根据选用的标准管径和管段中局部阻力的形式,根据网路局部阻力当量长度表,确定各管段局部阻力的当量长度Ld的总和,以及管段的折算长度Lzh。
(4)干线水力计算完成后,便可进行热水网路支线、支线等水力计算。
1.2上述传统设计管网的缺陷
传统设计方法中,确定供热外网主干线各管段的管径的依据是各管段的流量以及一个初步选定的范围为40—80Pa/m的平均比摩阻。热水网路支干线、支线的管径确定,是依据支干线、支线的资用压力来确定的。在《城市热力网设计规范》CJJ34-90中规定了两个控制指标:
(1)热水流速不超过3.5m/s
(2)比摩阻不应大于300Pa/m
实质上,规范是要求对管径DN≥400mm的管道,控制其流速不超过3.5m∕s(尚未达到300Pa∕m);对管径DN<400mm的管道,控制其比摩阻不超过300Pa∕m。
2数学分析法确定热水网络的经济比摩阻
2.1基本原理
根据工程经济学我们知道,在一个具体工程项目中进行技术经济分析,就是对不同技术方案的经济效果进行计算、分析、评价,并在多种方案的比较中选择最优方案,运用到确定热水网络的经济比摩阻时,应用微分法列出某单一参数与各项费用之间的函数关系,从而利用导数为零,求出该参数的最优值。
2.2存在的问题
前人在技术经济分析的基础上,运用最优化原理,建立数学模型,得到了一些经济比摩阻计算公式。但这些公式是在一定假设条件及简化条件下推出的,无法作为通用公式加以广泛应用,使用受到一定得限制。加之热水网络的经济比摩阻的复杂性,对于大型的热水网络,具体情况更为复杂,确定其经济比摩阻值较难。因而,在实际设计过程中,仍然以传统设计方法为主。
3.我们可以得到如下结论:
(1)一般工业及民用建筑的热水供热管网,流量均在100t/h左右,其计算出的经济比摩阻较大,一般在140-220Pa,是传统40-80Pa/m的3.5-5.5倍。
(2)对于大型供热管网,流量超过100t/h以上,经济比摩阻值与40-80Pa/m基本一致。这说明大型供热管网采用传统水利计算方法便基本可以满足要求。
4.对策
在对热网外网进行设计过程中,重点要考虑平均比摩阻的取值。
(1)首先应进行传统的水力计算,在网路平面图的基础上,确定出比摩阻、管径、流速等参数作为设计的基本依据。
(2)建立数学模型,进行技术经济分析,推导出经济比摩阻的计算公式,查找相关参数,计算出经济比摩阻值,进而得到经济管径,经济流速等设计参数。
(3)将(1)(2)数据进行对比,具体选取哪组数据,根据实际情况来定。
(4)在运行管理过程中,验证设计数据的科学性,积累运行经验,为今后的设计服务。