承压型高温蓄热电热水锅炉的设计实例
北京维拓时代建筑设计有限公司 李健
1 项目简介
珠江愉景家园国益大厦，为5A级写字楼，含办公、餐饮、地下车库、锅炉房、冷冻站及变配电室。地上23750.19 m2，地下6432.81m2。钢筋混凝土框剪结构。一类建筑，耐火等级一级。
为响应政府部门节能减排的号召，针对国益大厦项目的具体情况，决定使用蓄热热源，既节能又环保，以下着重介绍锅炉房的设计。
2 锅炉的确定和供热系统设计特点
因为本建筑外围没有市政热力管线，须自建锅炉房，燃油、燃气、电热水锅炉三种热源，经济技术比较后，选用承压型高温蓄热电热水锅炉。采用电热水锅炉，是利用电热管直接将水加热的供热形式，具有无空气污染，无噪声污染，无废弃物污染的环保效益，不直接使用燃料，还具有多重电气保护，运行安全可靠。充分利用变压器设备，平衡日峰谷负荷差。供暖运行成本低于燃油、燃气等供暖方式。供热系统为边蓄边供式，即在谷电时段将蓄热罐中水加热至145℃，系统处于蓄热状态，峰电和平电时段供热，蓄热时有少量供热，为系统保温所用；在最冷月可使用部分平电，边蓄边供。
承压型高温蓄热电热水锅炉集蓄热、热交换、控制为一体，采用封闭容器加热储存热水，它与热交换器的一次侧相连，是个封闭系统，运行时不需补水，水质好，避免锅筒、电加热元件、热交换器一次侧结垢及电加热元件烧坏的可能性。承压蓄热比常压蓄热的储热罐容积小，系统紧凑，锅炉房面积小，热效率高。
自控系统为三级控制，即中央计算机—PLC—蓄热系统本身自控系统。可以群控，也可根据各时段运行状态自动/人工设定，达到节能目的。
3. 热负荷设计计算分析：
负荷计算对于设备选型十分重要，下面做重点介绍。
本项目分一次、二次供热系统，二次供热系统根据不同区域使用时间不同，划分为三个相对独立的系统：
3.1 办公供热系统：设计最大小时总供热负荷2186KW。
3.1.1 办公区域供热高峰时段07:00～17:00：系统确保整个区域内的空调、采暖和新风的供热需求，满足设计室温要求。并根据室内照明设备散热及室外温度变化等进行供热负荷的调整。
3.1.2 办公区域加班供热时段17:00～22:00：系统确保整个加班区域的空调、采暖和新风的供热需求，满足设计室温要求；同时确保非加班区域的值班供热需求。
加班区域热负荷占办公区域热负荷的30%，设计室内温度为20℃；非加班区域热负荷占办公区域热负荷的70%，不考虑新风供热。设计小时总供热负荷1033KW。
3.1.3 办公区域值班供暖时段22:00～08:00：系统确保室内设备防冻和值班供暖的需求。
值班供暖不考虑新风供热，设计小时值班供热负荷538KW。
3.2 厨房供热系统：设计最大小时总供热负荷358KW。
3.2.1 厨房区域供热高峰时段10:00～13:00及17:00～20:00：系统确保整个区域内的采暖和新风的供热需求，满足采暖设计室温要求。由于供热持续时间较短，外界因素对供热负荷的影响不大。
3.2.2 厨房区域值班供暖时段13:00～17:00及20:00～10:00：系统确保室内设备防冻和值班供热需求。
值班供热不考虑新风供热，设计小时值班供热负荷88KW。
3.3 餐厅供热系统：设计最大小时总供热负荷340KW。
3.3.1 餐厅区域供热高峰时段11:00～14:00及17:00～21:00：系统确保整个区域内的空调、采暖和新风的供热需求，满足设计室温要求。由于供热持续时间较短，外界因素对供热负荷的影响不大。
3.3.2 餐厅区域值班供暖时段14:00～17:00及21:00～11:00：系统确保室内设备防冻和值班供热需求。
值班供热不考虑新风供热，设计小时值班供热负荷84KW。
3.4 日总供热负荷33700KWH。
其中： 峰电时段13558KWH；平电时段14462KWH；谷电时段5680KWH。
4 设计日供热负荷图如下：
5 锅炉设备选型及系统设置：
根据本工程计算负荷及锅炉房的有效面积和层高限制，进行设备选型和蓄热总量的确定。
选用：
承压蓄热电热水锅炉：TX1-77T-F1600，1台，单机容量77T，装机功率1600KW
承压蓄热电热水锅炉：TX1-85T-F1600，1台，单机容量85T，装机功率1600KW
（二台设备设计有效采暖供热的蓄热总量为：15070KWH）
5.1 锅炉房内设两台承压高温蓄热电热水锅炉，提供145/65℃一次热水，由高温板换提供60/50℃热水。空调采暖热负荷2999KW。
5.2 一、二次供暖回路均为变流量系统，根据供回水管路压差信号调节系统流量。
5.3 在二次回路供水管上加温度传感器，以调节一次回路供水管上电动调节阀，确保二次供水温度60℃。
6 运行费用估算：
6.1 冬季供热负荷变化：
根据现有设计资料，参考《中国北方城市等于或低于某一室外温度的平均延续小时数》，初步将北京地区的采暖供热划分为四个阶段，方便估算年运行费用：
第一阶段 100％供热负荷 供热天数4.4天
第二阶段 86.5％供热负荷 供热天数34.5天
第三阶段 67.4％供热负荷 供热天数69.4天
第四阶段 51.7％供热负荷 供热天数11.7天
6.2 承压蓄热运行费用估算：
6.2.1 第一阶段：〔（5680+15070）×0.20+12950×0.532〕×4.4＝48,573.36元
平电时段补充蓄热运行约4.07h。
6.2.2第二阶段：〔（4913.2+15070）×0.20+9167.3×0.532〕×34.5＝306,140.70元
平电时段补充蓄热运行约2.86h。
6.2.3 第三阶段：〔（3828.32+15070）×0.20+3815.48×0.532〕×69.4＝403,179.26元
平电时段补充蓄热运行约1.19h。
6.2.4第四阶段：（2936.56+14486.34）×0.20×11.7＝40,769.59元
全谷电运行。
6.2.5 冬季采暖期运行费（估算）：
48,573.36+306,140.70+403,179.26+40,769.59＝798,662.91元
6.2.6 单位面积年运行费用（估算）：
798,662.91/30000＝26.62元/m2·年
6.3 按设计时间2003年的电价和燃气价格，计算比较高温蓄热电锅炉与燃气锅炉的投资、运行费用。
燃气锅炉运行费用：
燃气锅炉运行费用30元/ m2·年
则运行费用差价 30-26.62=3.38元/ m2·年
年差价3.38x30000 m2=10.14万元/年
7 投资与回报：
国益大厦锅炉房设备管道施工承包价309万，若为燃气锅炉，则同等内容承包价240万，投资差价69万，则6.8年可收回投资差价。
因此，使用承压型高温蓄热电热水锅炉6.8年以后，每年比使用燃气锅炉可节约运行费用10.14万元。
8 结论：
综上所述，面对目前能源紧缺、污染严重的环境现状，我们设计行业应尽量优选节能、环保设计方案，并把设计理念融入今后的运行管理之中，且实施严格的监管，从根本上解决我国目前大型公共建筑因节能不利造成的能源浪费和环境污染问题。
参考文献：
1．路延魁 《空气调节设计手册》（第二版）北京： 中国建筑工业出版社 1995.11
2．陆耀庆 《实用供热空调设计手册》北京： 中国建筑工业出版社 1993.06
3．陆耀庆 《供暖通风设计手册》北京： 中国建筑工业出版社 1987.12