燃气具资讯网

天然气采暖的技术方案、负荷与建筑

2011-12-15 13:46:46 来源:燃气具资讯网 浏览:
内容提要:天然气采暖是一个城市在迎接天然气时,首先考虑的问题。过去我国由于经济不发达,南方不考虑采暖,现在我们生活水平提高了。江南、四川等地方都有采暖的要求。
     引  言
    “陕气进京”、“西气东输”的工程已经表明,我国已经进入天然气发展时期。燃气工作者多年的梦想实现了。现在最重要的问题是如何发挥天然气的优势,把来之不易的天然气充分利用,体现天然气各方面的效益,让它进一步促进国民经济发展,提高人民生活水平。
    天然气采暖是一个城市在迎接天然气时,首先考虑的问题。过去我国由于经济不发达,南方不考虑采暖,现在我们生活水平提高了。江南、四川等地方都有采暖的要求。因此如何搞好天然气采暖的问题是比较普遍并且比较紧迫的问题之一。下面就天然气采暖的技术方案、天然气采暖的负荷及其与建筑的关系谈谈个人的认识。
一. 天然气采暖的技术方案
    这里提到的天然气采暖包括了城市供热的内容。天然气采暖的技术方案包括以下几方面:
    (一) 城市供热与区域供热:城市供热的热源首先考虑的是热电联产,因为单独供电或供热没有发挥天然气的做功能力,是不经济的。根据目前国际发展趋势,我们感兴趣的是热、电、冷联合供应,这样进一步提高了能量利用率,同时还可以缓解季节用气的不平衡。
    由于供热的范围越大,供热管道就越长,一次投资越大并且无功的热损失也就越高。为此我们希望供热的范围小一些。天然气的特点适合小型机组,所以世界上这种技术的发展方向也是趋向小型。因此单独的区域锅炉房不是发展方向,应发展不同规模的热电冷机组。
    对于一个城市来说,应该是根据城市的发展规划,进行大中小合理分布。
    (二)民用建筑物采暖:
    1. 燃气热水采暖系统
    由于凝结水难以回收。我国采暖界民用建筑基本上不用蒸汽系统,主要是用热水采暖系统。热水系统供应范围的大小还可以分:
    (1). 建筑物集中采暖:
    这是指整个建筑物由一个天然气热源(锅炉或机组)来供应。根据供应的范围,它可以供应一整座楼也可以供应一个楼栋。热源可以装在某个设备房间,也可以安装在屋顶上。建筑物集中采暖的天然气热源可以是锅炉、热泵或楼宇热电冷机组。
    (2)单户采暖:
     每户一个热源。适合没有集中采暖的独立别墅或城市别墅。单户采暖最常用的热源是热水采暖两用热水炉,新型的热源是冷热机组或热泵。
    (3)多层建筑分户采暖:
    由于经济问题,上个世纪80年代以前,天津许多民用建筑没有集中采暖。冬季只得采用煤炉分户、分房间采暖,形成建筑物中分户煤炉采暖。后来建筑物中的个别用户用了“烧煤土暖气”和“烧气土暖气”,这就是建筑燃气分户采暖的前身。值得重视的是当时建筑能密切配合这种煤炉分户采暖方式,对每个房间都设计了符合安全规定的单独烟道。
    在发展天然气采暖的过程中,外商推出了壁挂式燃气采暖热水两用炉。一时为房地产商所看重,但是至今建筑没有配合(包括别墅与多层建筑)。
    2. 其它燃气采暖系统:
    除热水系统外还有热风采暖、辐射采暖等。在此不再赘述。
    (三) 公用、工厂建筑的采暖:
    这种建筑需要根据建筑及工艺要求,确定采暖方案。除热水、蒸汽系统外。根据天然气的特点,高温局部辐射采暖的采暖方案特别适合以下采暖要求:
    高大通风的厂房、露天溜冰场的看台、露天看报亭等以及通风良好的大型门厅等对象应采用天然气红外线采暖。对于飞机库可采用天然气辐射管采暖。
二. 天然气采暖的负荷及其影响因素
    (一)天然气采暖负荷
    对燃气事业来说天然气采暖负荷有两种:一为设计负荷;一为平均负荷。
    设计负荷:设计负荷是指在采暖用气高峰时的燃气消耗量,此值是用来设计燃气管道的。
    平均负荷:在采暖期内,因采暖消耗的燃气量。
    很明显,天然气采暖负荷受建筑物外墙隔热性能、气象条件等因素影响。我国每年采暖消耗的热能很高,为此建设部提出节能建筑的要求。因此一个城市中会有节能建筑与现有建筑,应分别计算天然气采暖负荷。表1给出了不同城市的气象条件、建筑物耗热量指标、采暖设计热负荷指标及建筑物每年采暖耗能量指标(主要根据热水采暖系统统计的)。可以根据天然气的热值推算出天然气采暖的负荷(见参1)。
    表1各个城市采暖期各项耗能指标
    

    表中:qH——建筑物耗热量指标;qHL——采暖设计热负荷指标;Qsa——建筑物每年采暖耗能量指标。
    表1 给出的数字是热量指标,计算天然气采暖的耗气量时,可以用天然气的热值换算。表中数字只供估算参考(参1)。值得注意的是天然气采暖的耗气量受技术条件(热源的热效率、输热管道的热损失、建筑物保温程度等)与社会条件(建筑风格、生活水平等)以及燃气价格等因素影响。在考虑天然气采暖负荷时应给以足够的重视。
    (二)负荷的波动:采暖负荷的波动变化受采暖运行方式影响。连续采暖属没有波动的平均负荷。间歇采暖应根据统计资料分析,参见参1。
    (三)影响天然气采暖负荷的因素
    1. 采暖运行方式
     一般情况下,民用建筑集中采暖多采用连续采暖。工厂企业与单户采暖有时用间歇采暖。
    (1)保证室温条件的间歇采暖
    在同样保证室内温度条件的情况下,间歇采暖的设计负荷与平均负荷都大于连续采暖。
    (2)不保证室温条件的间歇采暖
    平均负荷低于连续采暖:目前反应出的燃气热水采暖两用炉的分户采暖节约采暖消耗的燃气量(即平均负荷少),即每年每平米采暖消耗的天然气量低于连续集中采暖。过去天津的统计数字是5.7--6.5米3/米2年;北京的统计数字是7.4米3/米2均小于集中采暖的平均负荷(见参2、3)。这是由于省去了输热管道的热损失及降低了白天室内温度条件等原因造成的。因为白天职工不在家,关闭采暖系统,降低了室内温度条件。在目前的生活水平上,总体上平均负荷,即年采暖用气量是低,但是,对于要求室温恒定的用户,其年采暖用气量高于连续采暖的平均值,而年轻的用户可以不开暖气。目前在暖通界,对多层建筑分户计量采暖用热的问题没有很好的解决。因此靠燃气表计量燃气分户采暖的采暖用热问题同样不能解决问题。何况在排烟等问题上还有安全的漏洞。
    设计负荷高于连续采暖:但是设计负荷要比连续采暖高。仍以燃气两用炉的分户采暖为例,如果一户100平米的住宅采用一个10千瓦的两用炉,设计负荷接近100瓦/米2,此值大于连续采暖。因此在设计燃气室内与街坊管道时要注意两用炉的同时使用系数与热水器不同。
    2. 采暖的方案
    燃气采暖的技术方案对采暖负荷有很大的影响。一般来说低温辐射采暖的设计负荷与平均负荷比对流采暖低10%;
    区域供热由于需要输热管道,因此采暖负荷要附加输热管道的热损失。
    采暖热源的热效率越高,采暖热负荷越少。
三.天然气采暖与建筑的关系
    (一)天然气采暖技术方案要满足建筑的功能不同用途的建筑物对采暖有不同的要求。举例来说。对于工作人员比较少,厂区宽大,通风良好的工业建筑就应首先考虑高温局部辐射采暖,天然气红外线辐射器是最好的选择。对于不允许烟气排放到室内的建筑,应该采用天然气辐射管,它可以将烟气排出室外,同时具有可以根据要求控制表面辐射温度。
    此外露天溜冰场的看台、室外看报亭的采暖热源更是非天然气红外线辐射器莫属。
    对于民用建筑我国习惯采用燃气-热水采暖系统。由于燃气管道不能安装在卧室,烟气不能排到卧室。因此天然气红外线辐射器是不能用于民用建筑的。上个世纪有不少伤人的事故。至于燃气热风采暖在我国很少使用。此方案与建筑有密切关系。
    (二)在做建筑设计时,要考虑建筑热能供应的来源。
    首先要考虑节能。加强围护结构的保温,节约能源。
    合理利用热源。每个现代建筑根据其建筑的用途,都需要消耗热量,如炊事用热、开水用热、热水用热、工艺用热等。这些热源用哪种热源来供应,是要根据城市能源的布局、建筑物的位置等条件做技术经济比较的。
    (三)建筑要认真考虑天然气采暖的要求
    当确定用燃气时,就要按照燃气的要求给以密切的配合。
    如果是由区域集中供热,必须留出热力引入口。及建筑物内采暖系统的预埋管。如果是建筑物集中采暖,就要给出天然气热源的位置及其烟道的布局。
    如果是燃气分户采暖,就要设计好各个热源(两用炉)的位置、各个烟道的安排。过去采用煤炉分户采暖时,建筑把每个需要采暖的房间都安排了独立烟道的入口与排向室外的出口。但是当采用燃气时,不少建筑设计没有安排烟道,也没有安排排烟口。结果不得不从窗户的玻璃穿出(见图1)。
    


    由图1可见排油烟机与两用炉之间会有干扰。同时还破坏了窗户的功能。另一方面建筑物的立面也受到影响,见图2。
    (四)国外的建筑法规
    国外在做建筑设计时已经把建筑热能供应的来源决定了。在北美立法不允许没有采暖设备的建筑存在。用户不需要考虑用电热水器还是用燃气热水器。并且在建筑设计时已经安排好燃气(或燃油)热水器及其烟道的位置。
    例如苏格兰的建筑法规,它要求在建筑设计中不允许烟气泄漏造成人身危害,并非常明确地规定了建筑物内热源位置、烟道排出口的要求。





    注:表中中文,是简单直译,未经建筑专业核对。
    由此可见,在做建筑设计时必须把燃气采暖炉(包括热水器)的烟气出口根据规范预留齐备。可是我国的建筑法规还没有见到。
    (五)目前存在的问题
    我国过去燃气热水器发生的事故,大部分属于排烟系统存在问题。部分原因是燃气界经验不足,另一方面,民用建筑设计没有考虑到燃气设备的排烟要求。这样就造成以下情况:烟道式热水器不装烟道,造成比较严重的事故;                                     
    烟道从窗户的玻璃穿出,破坏窗户的功能,存在事故的隐患。                          
    不采用燃气热水器,采用电热水器,在夏天增加电的负担。能源利用不合理。另一方面也限制了那些简单、实用、便宜的烟道式热水器。无形地增加的人民的负担。
    对于天然气采暖,由于采暖热源工作时间比热水器长,因此更应该注意这个问题。

小结
    1. 确定天然气采暖技术方案是发挥天然气优势的关键。用天然气烧锅炉是暂时无奈的办法。今后要下力量发展电、热、冷联合生产和天然气热泵、天然气电池等新技术。
    2.天然气采暖的技术方案很多,运行方式也多种多样。为此应该积累有关天然气采暖负荷以及负荷波动的实际运行资料为今后设计与管理工作参考。
    3.天然气采暖本身就是为建筑服务的,所以燃气用具必须满足建筑的要求。同样建筑也应该与燃气密切配合。目前我国正处在清理、评价国家标准的阶段。为此呼吁建设部在规划建筑法规与标准时认真考虑与补充建筑法规中燃气设备的位置及其排烟的内容。

参考文献
    1. “燃气热水器的热负荷”        金志刚           家用燃气具p31-36;45  2000.4
    2.“燃气采暖负荷的统计计算”     田贯三、金志刚   煤气与热力           1999.5
    3.“分户燃气供暖方式的调研分析” 郭飞等           暖通空调    32卷6期  2002.6


                                          (本文作者:天津大学 金志刚)

相关文章