TPM采暖供熱設備的估算方法與基礎知識
來源/作者： TPM咨詢服務中心 丨 發布時間：2017-09-14 丨 瀏覽次數：
TPM設備管理培訓公司語供熱設備管理該如何管理，大家都知道供暖系統由鍋爐、供熱管道、散熱器三部分組成。
建筑物的耗熱量和散熱器的確定以及供熱管道管徑和系統壓力損失的計算是一項周密細致和復雜的設計過程。一般由設計部門暖通設計人員承擔。但是對于我們咨詢行業要為某業主在初建、擴建或可研階段，對供熱設備管理（散熱器、管道、鍋爐）的選型，造價作出估算及驗算供熱管道和鍋爐的負荷或在施工中需要作局部變更，或需編制供暖鍋爐的耗煤計劃，常因缺乏數據而不能進行工作，況且這些零星瑣碎的工作也不便給設計部門增添麻煩。
為解決上述問題，撰寫此文，僅供從事TPM管理咨詢工作的人員參考。
一、建筑物的供熱指標（q0）
供熱指標是在當地室外采暖計算溫度下，每平方米建筑面積維持在設計規定的室內溫度下供暖，每平方米所消耗的熱量（W/m2）。
在沒有設計文件不能詳細計算建筑物耗熱量，只知道總建筑面積的情況下，可用此指標估算供暖設備管理，概略地確定系統的投資，q0值詳見表-1。
各類型建筑物熱指標及采暖系統所需散熱器的片數表-1
采暖供熱設備的估算方法與基礎知識
說明：1).此表散熱器是恒定在64.5℃溫差情況下的數量。
2).此表所列散熱器片數可根據q0的變更作相應修正。
二、散熱器散熱量及數量的估算
1.以四柱640型散熱器為準，采暖供回水溫度95-70℃
熱水采暖時，一片散熱器的Q值為：
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·℃
當采用低壓蒸汽采暖時：
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·℃
根據熱平衡原理，將建筑物熱指標和所需散熱器片數列表1（以四柱640型為準）。
2．各種散熱器之間的換算
若需將四柱640型散熱器改為其它類型的散熱器其片數轉換可按下式：K1×F1×Δt=K2×F2×Δt即K1×F1=K2×F2進行換算。
3．房間內散熱器數量的調整
1）。朝向修正：朝南房間減一片，朝北房間加一片；既面積、窗墻比相同的兩個房間，南、北向相差2片。
2）。窗墻比修正：有門窗的房間比只有窗無外門面積、朝向均相同的房間多2片。
3）。角隅房間（具有兩面外墻的房間）：按估算數附加100%。
散熱器數量經過修正后，可根據適用、經濟、美觀的要求，選用所需散熱器型號，并用互換公式換算所需訂購的散熱器數量。
4）。如要求相對精確，散熱器片數的確定，可參見暖通設計手冊或其它有關資料。
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種多樣，按干管位置分上供下回、下供下回和中供式，按立管又分雙管和單管，單管又有垂直與水平串聯之別，蒸汽采暖又有干式與濕式回水之分等等。根據介質流經各環路的路程是否相等，還可分為：
1）。異程式：介質流經各環路的路程不相等，近環路阻力小，流量大，其散熱器會產生過熱，遠環路阻力大，流量小，散熱器將出現偏冷現象；中環路散熱器溫度適合，特別是在環路較多的大系統中，這種熱的不平衡現象更易發生，且難調節。但異程系統能節約管材，但采暖系統作用半徑小。
2）。同程式：介質流過各環路的路程大體一致，各環路阻力幾乎相等，易于達到水力平衡，因而流量分配也比較均勻，不致象異程系統那樣產生熱不均勻現象。但同程系統比異程系統多用管材。但調試簡單方便，供熱安全可靠，建議采用同程采暖系統為最佳選擇。
2．采暖管道的估算
1）。采暖管道管徑的估算是根據允許單位摩擦阻力（熱水采暖R=80-120Pa/m；蒸氣采暖R=60Pa/m和不超過管內熱媒流動的最大允許流速來確定的（見表-2、表-3、表-4）。管徑估算表中Q、W、R、N值為常用估算值，而Qmax、Wmax、Rmax、Nmax值為最大值，適用于距鍋爐房近，作用半徑小，環路小的采暖系統。
2）。利用此表可按管道負擔的散熱器片數迅速決定管徑，也可用于系統局部變更或檢驗管道是否超負荷。
3）。根據低壓蒸氣管與凝結水管同徑熱負荷的比較，DN70以下的蒸氣管所用的凝結水管比蒸氣管<1號；DN70以上的蒸氣管所用的凝結水管比蒸氣管<2號。
四 、供暖系統壓力損失的估算
1．公式：
ΣH水=1.1Σ(RL+Z)Pa
ΣH汽=1.1Σ(RL+Z)+2000Pa
式中：R—單位管長度沿程壓力損失，按100Pa/m估算。
1.1—因施工增加阻力和計算誤差等因素考慮的系數。
熱水采暖系統管徑估算表 表-2
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說明：此表t=95℃、r=983.248kg/m3、K=0.2mm
低壓蒸氣采暖系統管徑估算表 表-3
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說明：此表P=200Kpa(絕對壓力)、K=0.2mm
低壓蒸氣采暖干式凝結水管徑估算表 表-4
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說明：對不利環路起始端管徑，考慮空氣和銹渣的影響，一般不小于DN25。
2．熱水供暖循環泵的估算
1）流量：G=(1.2~1.3)
式中：Δt=tG-tH=95℃-70℃=25℃
c—水的比熱。取c=1
1.2~1.3—儲備系數
2）揚程：根據下列公式估算
H=1.1(H1+H2+H3)KPa
式中：H1—鍋爐房內部壓力損失（70KPa~220KPa）
H2—室外管網最不利環路的壓力損失（KPa）
H3—室內最長、最高環路的壓力損失，一般為10-20Kpa；有暖風機的為20-50Kpa；水平串聯系統為50-60Kpa；帶混水器的為80-120Kpa。R值按100Pa/m計算。
根據上列公式和數據，計算出水泵的流量和揚程，即可選擇水泵。
沿程阻力及局部阻力概率分配率
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3．低壓蒸氣采暖系統對鍋爐定壓的要求
在蒸氣量能滿足系統采暖負荷的情況下，可按照低壓蒸氣系統壓力損失估算法來確定鍋爐的壓力。
室外壓力損失：H1=1.1×RL/0.7 +2000Pa
式中：R值取100Pa/m
L為室外管道長度m
室內壓力損失H2可按20Kpa估算
鍋爐內的壓力損失儲備系數取1.2
鍋爐定壓值P=1.2×(H1+H2) ×10-4 MPa
五．鍋爐供暖負荷面積的估算
1．新型鍋爐的效率η=0.75以上。
0.7MW蒸發量鍋爐的供熱面積可按下式計算：
F=1X70X104/qom2
F=0.8X1X70X104/70=8000 m2
式中：0.8—考慮鍋爐和室外采暖管道損失占20%，室內占80%。
q0—按70W/m2估算
2．煤的發熱量
焦煤：7.6kW/kg；無煙煤：7.0kW/kg；煙煤：6.0kW/kg；褐煤：5.0kW/kg；泥煤：3.54kW/kg；
3．一天的燃燒量
B2=B1×每日供暖小時（T/日）
4．一年采暖期的燃煤量
B3=B2×采暖期天數（T/年）
5．鍋爐燃煤量的經驗數字
0. 7MW蒸發量的鍋爐需要的燃煤量：
無煙煤：180kg/h；煙煤：270kg/h；褐煤：360kg/h。
基礎知識問答
1、水和水蒸汽有哪些基本性質？
答：水和水蒸汽的基本物理性質有：比重、比容、汽化潛熱、比熱、粘度、溫度、壓力、焓、熵等。水的比重約等于1（t/m3、kg/dm3、g/cm3）蒸汽比容是比重的倒數，由壓力與溫度所決定。水的汽化潛熱是指在一定壓力或溫度的飽和狀態下，水轉變成蒸汽所吸收的熱量，或者蒸汽轉化成水所放出的熱量，單位是：KJ/Kg。水的比熱是指單位質量的水每升高1℃所吸收的熱量，單位是KJ/ Kg· ℃，通常取4.18KJ。水蒸汽的比熱概念與水相同，但不是常數，與溫度、壓力有關。
2、熱水鍋爐的出力如何表達？
答：熱水鍋爐的出力有三種表達方式，即大卡/小時（Kcal/h）、噸/小時(t/h)、兆瓦（MW）。
（1）大卡/小時是公制單位中的表達方式，它表示熱水鍋爐每小時供出的熱量。
（2）“噸”或“蒸噸”是借用蒸汽鍋爐的通俗說法，它表示熱水鍋爐每小時供出的熱量相當于把一定質量（通常以噸表示）的水從20℃加熱并全部汽化成蒸汽所吸收的熱量。
（3）兆瓦(MW)是國際單位制中功率的單位，基本單位為W （1MW=10^6W）。正式文件中應采用這種表達方式。
三種表達方式換算關系如下：
60萬大卡/小時（60×104Kcal/h）≈1蒸噸/小時〔1t/h〕≈0.7MW
3、什么是熱耗指標？如何規定？
答：一般稱單位建筑面積的耗熱量為熱耗指標，簡稱熱指標，單位w/m2,一般用qn表示，指每平方米供暖面積所需消耗的熱量。黃河流域各種建筑物采暖熱指標可參照表2-1
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上表數據只是近似值，對不同建筑結構，材料、朝向、漏風量和地理位置均有不同，緯度越高的地區，熱耗指標越高。
4、如何確定循環水量？如何定蒸汽量、熱量和面積的關系？
答：對于熱水供熱系統，循環水流量由下式計算：
G=[Q/c(tg-th)]×3600=0.86Q/(tg-th)式中：G - 計算水流量，kg/h
Q - 熱用戶設計熱負荷，W
c - 水的比熱，c=4187J/ kgo℃
tg﹑th－設計供回水溫度，℃
一般情況下，按每平方米建筑面積2~2.5 kg/h估算。對汽動換熱機組，
由于供回水溫差設計上按20℃計算，故水量常取2.5kg/h。
采暖系統的蒸汽耗量可按下式計算：
G=3.6Q/r ⊿h
式中：G - 蒸汽設計流量，kg/h
Q - 供熱系統熱負荷，W
r - 蒸汽的汽化潛熱，KJ/ kg
⊿h - 凝結水由飽和狀態到排放時的焓差，KJ/kg
在青島地區作采暖估算時，一般地可按每噸過熱蒸汽供1.2萬平方米建筑。
5、系統的流速如何選定？管徑如何選定？
答：蒸汽在管道內最大流速可按下表選取：
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蒸汽管徑應根據流量、允許流速、壓力、溫度、允許壓降等查表計算選取。
6、水系統的流速如何選定？管徑如何選定？
答：一般規定，循環水的流速在0.5~3之間，管徑越細，管程越長，阻力越大，要求流速越低。為了避免水力失調，流速一般取較小值，或者說管徑取偏大值，可參考下表：
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在選擇主管路的管徑時，應考慮到今后負荷的發展規劃。
7、水系統的空氣如何排除？存在什么危害？
答：水系統的空氣一般通過管道布置時作成一定的坡度，在最高點外設排氣閥排出。排氣閥有手動和自動的兩種，管道坡度順向坡度為0.003，逆向坡度為0.005。管道內的空氣若不排出，會產生氣塞，阻礙循環，影響供熱。另外還會對管路造成腐蝕。空氣進入汽動加熱器會破壞工作狀態，嚴重時造成事故。
8、系統的失水率和補水率如何定？失水原因通常為何？
答：按照《城市熱力網設計規范》規定：閉式熱力網補水裝置的流量，應為供熱系統循環流量的2%，事故補水量應為供熱循環流量的4%。失水原因：管道及供熱設施密封不嚴，系統漏水；系統檢修放水；事故冒水；用戶偷水；系統泄壓等。
9、水系統的定壓方式有幾種？分別是如何實現定壓的？系統的定壓一般取多少？
答：熱水供熱系統定壓常見方式有：膨脹水箱定壓、普通補水泵定壓、氣體定壓罐定壓、蒸汽定壓、補水泵變頻調速定壓、穩定的自來水定壓等多種補水定壓方式。采用混合式加熱器的熱水系統應采用溢水定壓形式。
（1）膨脹水箱定壓：在高出采暖系統最高點2-3米處，設一水箱維持恒壓點定壓的方式稱為膨脹水箱定壓。其優點是壓力穩定不怕停電；缺點是水箱高度受限，當最高建筑物層數較高而且遠離熱源，或為高溫水供熱時，膨脹水箱的架設高度難以滿足要求。
（2）普通補水泵定壓：用供熱系統補水泵連續充水保持恒壓點壓力固定不變的方法稱為補水泵定壓。這種方法的優點是設備管理簡單、投資少，便于操作。缺點是怕停電和浪費電。
（3）氣體定壓罐定壓：氣體定壓分氮氣定壓和空氣定壓兩種，其特點都是利用低位定壓罐與補水泵聯合動作，保持供熱系統恒壓。氮氣定壓是在定壓罐中灌充氮氣。空氣定壓則是灌充空氣，為防止空氣溶于水腐蝕管道，常在空氣定壓罐中裝設皮囊，把空氣與水隔離。氣體定壓供熱系統優點是：運行安全可靠，能較好地防止系統出現汽化及水擊現象；其缺點是：設備管理復雜，體積較大，也比較貴，多用于高溫水系統中。
（4）蒸汽定壓：蒸汽定壓是靠鍋爐上鍋筒蒸汽空間的壓力來保證的。對于兩臺以上鍋爐，也可采用外置膨脹罐的蒸汽定壓系統。另外，采用淋水式加熱器和本公司生產的汽動加熱器也可以認為是蒸汽定壓的一種。
蒸汽定壓的優點是：系統簡單，投資少，運行經濟。其缺點是：用來定壓的蒸汽壓力高低取決于鍋爐的燃燒狀況，壓力波動較大，若管理不善蒸汽竄入水網易造成水擊。
（5）補水泵變頻調速定壓：其基本原理是根據供熱系統的壓力變化改變電源頻率，平滑無級地調整補水泵轉速而及時調節補水量，實現系統恒壓點的壓力恒定。
這種方法的優點是：省電，便于調節控制壓力。缺點是：投資大，怕停電。
（6）自來水定壓：自來水在供熱期間其壓力滿足供熱系統定壓值而且壓力穩定。可把自來水直接接在供熱系統回水管上，補水定壓。
這種方法的優點是顯而易見的，簡單、投資和運行費最少；其缺點是：適用范圍窄，且水質不處理直接供熱會使供熱系統結垢。
（7）溢水定壓形式有：定壓閥定壓、高位水箱溢水定壓及倒U型管定壓等。
運行中，系統的最高點必然充滿水且有一定的壓頭余量，一般取4m左右。由于系統大都是上供下回，且供程阻力遠小于回程阻力，因此，運行時，最高點的壓頭高于靜止時壓頭。因此，靜態定壓值可適當低一些，一般為1~4m為宜。最大程度地降低定壓壓值，是為了充分利用蒸汽的做功能力。
10、運行中如何掌握供回水溫度？我國采暖系統供回水溫差通常取多少？
答：我國采暖設計沿用的規定：供水溫度95℃，回水溫度70℃，溫差為25℃。但近年來，根據國內外供熱的先進經驗，供回水溫度及溫差有下降趨勢，設計供回水溫度有取80/60℃，溫差20℃的。
11、什么是比摩阻？比摩阻系數通常選多少？水系統的總阻力一般在什么范圍？其中站內、站外各為多少？
答：單位長度的沿程阻力稱為比摩阻。一般情況下，主干線采取30～70Pa/m，支線應根據允許壓降選取，一般取60～120Pa/m，不應大于300Pa/m。一般地，在一個5萬m2的供熱面積系統中，供熱系統總阻力20 ～25m水柱，其中用戶系統阻力2～4m，外網系統阻力4～8m水柱，換熱站管路系統阻力8～15m水柱。
12、熱交換有哪幾種形式？什么是換熱系數？面式熱交換器的主要熱交換形式是什么？
答：熱交換（或者說傳熱）有三種形式：導熱、對流和輻射。對面式熱交換器來說，換熱的主要形式是對流和導熱，對流換熱量的計算式是：Q=αA（t2-t1），導熱換熱量的計算式是：Q=（λ/δ）A（t2-t1）。在面式熱交換器中的傳熱元件兩側都發生對流換熱，元件體內發生導熱。
13、面式熱交換器有哪些形式？其原理、優缺點各為何？
答：面式熱交換器的主要形式有：管殼式換熱器、板式換熱器、熱管式換熱器等。它可細分成很多形式，其共同的缺點：體積大，占地大、投資大，熱交換效率低（與混合式比較），壽命短；它們的優點是凝結水水質污染輕，易于回收。
14、普通的混合式熱交換器有什么缺點？
答：普通的混合式熱交換器，蒸汽從其側面進入，水循環完全靠電力實現，它雖具有體積小、熱效率高的優點，但存在下列缺點：
1、 不節電，任何情況下都不能缺省循環水泵；
2、 不穩定，當進汽壓力較低，或進水壓力較高時，皆會出現劇烈的振動和噪聲；
3、同樣，也存在凝結水回收難的問題。
15、供熱系統常用到哪幾種閥門，各有什么性能？
答：供熱系統常用到的閥門有：截止閥、閘閥（或閘板閥）、蝶閥、球閥、逆止閥（止回閥）、安全閥、減壓閥、穩壓閥、平衡閥、調節閥及多種自力式調節閥和電動調節閥。
其中
截止閥：用于截斷介質流動，有一定的節調性能，壓力損失大，供熱系統中常用來截斷蒸汽的流動，在閥門型號中用"J"表示截止閥
閘閥：用于截斷介質流動，當閥門全開時，介質可以象通過一般管子一樣，通過，無須改變流動方向，因而壓損較小。閘閥的調節性能很差，在閥門型號中用"Z"表示閘閥。
逆止閥：又稱止回閥或單向閥，它允許介質單方向流動，若閥后壓力高于閥前壓力，則逆止閥會自動關閉。逆止閥的型式有多種，主要包括：升降式、旋啟式等。升降式的閥體外形象截止閥，壓損大，所以在新型的換熱站系統中較少選用。在閥門型號中用"H"表示。
蝶閥：靠改變閥瓣的角度實現調節和開關，由于閥瓣始終處于流動的介質中間，所以形成的阻力較大，因而也較少選用。在閥門型號中用"D"表示。
安全閥：主要用于介質超壓時的泄壓，以保護設備和系統。在某些情況下，微啟式水壓安全閥經過改進可用作系統定壓閥。安全閥的結構形式有很多，在閥門型號中用"Y"表示。
16、除污器有什么作用？常安裝于系統的什么部位？
答：除污器的作用是用于除去水系統中的雜物。站內除污器一般較大，安裝于汽動加熱器之前或回水管道上，以防止雜物流入加熱器。站外入戶井處的除污器一般較小，常安裝于供水管上，有的系統安裝，有的系統不安裝，其作用是防止雜物進入用戶的散熱器中。新一代的汽動加熱器自帶有除污器
17、有時候發現有的用戶暖氣片熱而有的不熱，何故？如何解決？
答：這叫作系統水力失調，導致的原因較復雜，大致有如下原因：
（1）管徑設計不合理，某些部位管徑太細；
（2）有些部件阻力過大，如閥門無法完全開啟等；
（3）系統中有雜物阻塞
（4）管道坡度方向不對等原因使系統中的空氣無法排除干凈；
（5）系統大量失水；
（6）系統定壓過低，造成不滿水運行；
（7）循環水泵流量，揚程不夠；
要解決系統失調問題，首先要查明原因，然后采取相應措施
18、汽暖和水暖各有什么優缺點？
答：汽暖系統雖有投資省的優點，但能源浪費太大，據權威部門測算，汽暖比水暖多浪費能源約30%，因此近年汽暖方式正逐步被淘汰。汽暖浪費能源主要表現在：
(1)國內疏水器質量不過關，使用壽命短，性能差，汽水一塊排泄；
(2)管系散熱量大，除工作溫度高的原因外，保溫破壞，不及時維修也是原因之一；
(3)系統泄漏嚴重，同樣的泄漏面積，蒸汽帶出的熱量比水大得多。汽暖除了不經濟之外，還不安全，易發生人員燙傷和水擊暴管事故。很多系統運行中伴隨有振動和水擊聲，影響人的工作和休息。另外，汽暖房間空氣干燥，讓人感到不舒適。水暖系統雖適當增加了投資，但克服了上述弊端。
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