025低温热水采暖系统管网热损失分析计算

低温热水采暖管网热损失的计算分析
哈尔滨工业大学建筑设计研究院 陈思佳 王威 董重成 黑龙江省林业设计研究院 姚飞
摘要： 热力管网是供暖系统的重要组成部分， 保温的热水管网的散热损失占总输热量的 5%～ 8%， 减少输送热媒时的热损失是节能的一项重要工作。 本文通过对实际供热管网热损失的计 算， 确定了低温热水采暖系统的保温效率。 在低温供暖的情况下， 将使系统热损失明显减少。 关键词：低温；热损失；保温效率 0.前言 热力管网负责将热能输送给热用户， 是供暖系统的重要组成部分。 热能在输送过程中必 然会有损失，这部分损失的能量包括：输送管网的散热损失、管网补水损失及由于网路失调 而导致的失调损失。针对散热损失，采取管道保温是必要的有效措施。为了节能，应使室外 供暖管网的输送效率达到 90%以上，输送效率指供暖建筑总得热量与锅炉总输出热量的比 值。采用保温的热水管网的散热损失占总输热量的 5%～8%，而热网管道的保温费用占整个 热网管道费用的四分之一左右。 下面对热水管网热散热损失进行理论分析， 计算不同热媒温 度下采暖系统室外管网的热损失的变化。 1. 管网热损失理论计算公式 室外供暖管道的散热损失为供水管道散热损失和回水管道散热损失。 其中， 直埋敷设保 温管道的散热损失（h/dz≥2 的条件） ，可按下式计算：
3
筑为节能型建筑，共 28 栋楼，分别为住宅和公共建筑。二次管网布置如图 1：
图 1 小区管网示意图 小区总供暖面积为 120000m 。供热面积热指标分别为 45w/m2（住宅） 、65w/m2(公建)， 总供暖负荷 5.88MW，换热站规模为 6MW。 小区原有采暖设计供回水温度为 95～70℃，通过改变设计温度，对比不同工况下供暖 系统的能耗状况。 小区供热管道采用直埋敷设方式，两管中心中心线间的距离 b=760mm，从地表面到管 中心线的埋设深度 h=1.2m，采用聚氨酯泡沫保温，供回水管采用相同的保温层厚度，其导 热系数 λb 为 0.023W/m2· ℃。管道散热损失如表 3 所示 表 3 直埋敷设方式管道沿程损失
2
(4)
式中 b——两管中心线间的距离，m； 其他符号同前。 第一根管道的散热损失为：
q1
第二根管道的散热损失为：
t1 td b R2 t2 td b Rc
R R
1
2
Rc 2
(5)
q2
t2 td b R1 t1 td b Rc
R R
1 1
2 RcΒιβλιοθήκη 23.8812 0.1232
q2
t2 td b R1 t1 td b Rc 45 3 3.881 60 3 0.123 11.87
R R
2
Rc 2
3.8812 0.1232
R 2
式中 λg——管材的导热系数，W/m2· ℃； 2.工程案例计算
1
ln
g
dw Rt dz
(7)
设有一双管热水采暖管道直埋敷设于地下，管径为： d w 133 4.5mm 两管中心线间的距离 b=450mm，从地表面到管中心线的埋设深度 h=1.25m，两管保温 层厚度均为 δ=46mm，导热系数 λb 为 0.023W/m2· ℃。管道保温层采用聚氨酯泡沫。 再设供暖期为 n=4296h。 供暖期间土壤地表空气平均温度 tdb 为-3℃。 土壤的导热系数 λt 2 2 为 2.4W/m · ℃，土壤表面的放热系数 αk 取 15W/m · ℃。设供水管水温 t1=60℃，回水管水温 t2=45℃，计算出供回水管单位管长的散热量。 忽略保护壳的厚度，则直埋敷设管子与土壤接触的外径
d z dw 2 = 0.133 2 0.046 0.225m；h / d z 1.25 / 0.225 5.56 2
管子的折算埋深和土壤热阻
H h
t 1 4H 1.41m ， Rt In 0.241m ℃ / W 2t dz k
保温层热阻
Q
t td b (1 )l d 1 1 4H ln z ln 2b d w 2t dz
Rt 1 2t ln 4H dz
(1)
(2)
式中 △ Q——管道热损失，w； t——管道中热媒温度，℃； tdb——土壤地表面空气温度，℃； λb、λt——分别为保温材料的导热系数和土壤的导热系数，W/m· ℃。 dw、dz——分别为管道外径和与土壤接触的管子外表面的直径，m； β——管道附件、阀门、补偿器、支座等的散热损失附加系数； H——管子的折算埋深，m； 管子的折算埋深 H，按下式计算：
4
图 2 不同热媒温度管网热保温效率示意图 4.结论 热水管网的散热损失占总输热量的 5%～8%，在低温供暖的情况下，将使系统热损失 明显减少。与 95/70 供回水温度相比，85/60、75/50 和 65/40 工况下室外供热管道的散热损 失分别减少了 11.7%、23.3%及 35%。 热力管道的散热损失主要跟管内热水温度有关，温度越高散热损失越高，因此，在管 道保温条件不改变的前提下，供回水管的供回水温度之和越高，其散热损失越大，而与供回 水温差的大小无关，计算分析得出：管网总温度下降 5℃，热网散热损失减少 3%。 参考文献 略
R R
1
2
Rc 2
(6)
式中 q1、q2——第一根和第二根管道单位长度的散热损失，W/m； t1、t2——第一根和第二根管内的热媒温度，℃； Rt——土壤热阻，m· ℃/W； Rc——附加热阻，m· ℃/W； tdb——土壤地表面空气温度，℃； ∑R1、∑R2——第一根和第二根管道的总热阻，m· ℃/W；
H h
t k
(3)
式中 h——从地表面到管中心线的埋设深度，m； αk——土壤表面的放热系数，W/m2· ℃； λt 同式(1)。
1
当几根管道并列直埋敷设时，需要考虑其相互间的传热影响。在双管直埋辐射情况下， 附加热阻可用下式表示：
Rc
2H ln 1 2t b 1
通过表 1 表 2 计算数据的对比表明， 与常规设计供回水温度相比， 85/60、 75/50 和 65/40 工况下室外供热管道的散热损失分别减少了 11.7%、23.3%及 35%。对比。 表 1 中 80/60℃和 表 2 中 85/60℃的散热损失：管道散热损失分别为 36.5W/m 和 37.7W/m。若供水温度 不变，加大温差，计算得到 80/55℃管道散热损失为 35.2W/m，而 80/60℃管道散热损失为 36.5W/m。 由此可知，管道的散热损失主要跟管内热水温度有关，温度越高散热损失越高，因此， 在管道保温条件不改变的前提下，供回水管的供回水温度之和越高，其散热损失越大，而与 供回水温差的大小无关。通过计算可知，管网总温度下降 5℃，热网散热损失减少 3%。 3.实际工程分析 黑龙江省佳木斯市某小区集中供暖系统采用换热站间接连接， 系统形式为散热器采暖系 统。采暖室外计算温度：-26℃，采暖室外平均温度：-10.2℃，年平均温度：2.9℃。采暖期： 183 天（4392 小时） 。一次网供回水温度 130～80℃，二次网供回水温度 95～70℃。小区建
80 20 12.1 859
供暖期小时数 n=4392h。供暖期间土壤地表面空气温度 tdb 为-3℃。土壤的导热系数 λt 为 2.4W/m2· ℃，土壤表面的放热系数 αk 为 15W/m2· ℃。计算四种不同水温运行工况下外网 管道的保温效率，如图 2 所示。随着管网热媒温度的降低，管网散热损失逐渐减小，保温效 率越高。
2
公称直径 保温厚度 管段长度 散热损失
mm mm m w
250 42 41.6 4266
250 42 139.5 14307
250 42 50.1 5138
200 38 72.9 6612
200 38 66.4 6023
150 35 39.6 2659
125 30 69.5 4580
100 30 69.8 3925
R R R
1
2
Rb Rt 3.881m ℃/ W
附加热阻 Rc 0.123m ℃ / W
2
确定供、回水管单位管长的散热量（单位：w/m）
q1
t1 td b R2 t2 td b Rc 60 3 3.881 45 3 0.123 15.86
由上表可知，与常规设计供回水温度相比，80/60、60/45 和 45/35 工况下室外供暖管道 的散热损失分别减少了 14.6%、35.1%及 49.7%。采暖系统的低温运行减少了管网热损失， 节约能源并提高了供热效率。 表 1 的结果是温差不同时计算得出的，若温差相同，保持在 25℃，其热损失如表 2 所 示： 表 2 温差不变时供热管道散热量变化 供回水温度℃ 95/70 85/60 75/50 65/40 q1 24.68 22.18 19.68 17.19 q2 18.03 15.52 13.3 10.53 ∑q 42.71 37.7 32.98 27.72
总散热损失：
q q
1
q2 15.86 11.87 27.73w / m
双管在整个供暖期的总散热损失（单位：GJ/m· a） ：
Qn n q 4296 3600 27.73 0.4287
同理可算得 95～70℃、80～60℃及 45～35℃三种工况的散热量，见。 表 1。 表 1 供热管道散热量 供回水温度℃ 95/70 80/60 45/35 q1 24.68 20.89 12.07 q2 18.03 15.57 9.41 ∑q 42.71 36.46 21.48
陈思佳，女，1985 年 10 月，暖通工程师，哈尔滨市南岗区黄河路 73 号哈尔滨工业大学建筑设计研究院， 邮编 150090 手机 13766879651 邮箱：chensijia8hit@