加热系统转换:蒸汽到热水

如迈克尔·托拜厄斯
作者:如迈克尔·托拜厄斯
2021年5月12日
阅读7分钟
博客主页
      分享

    蒸汽供暖系统在纽约市很常见,尤其是在战前公寓和其他老建筑中。然而,蒸汽锅炉和散热器往往是低效的,由于它们的年龄和设计,和转换为热水可以产生可观的收益节能. 除了效率更高之外,热水系统还提供了比蒸汽散热器更快的响应时间,同时降低了维护成本,提供了更安全的操作。

    将建筑供暖系统从蒸汽升级为热水时,有两种可能的方法:

    • 调整现有装置以使用热水。当建筑物在短期内不会进行重大翻修时,这是最具成本效益的选择。然而,当使用最初为蒸汽指定的设备时,热水安装的部分效率会损失。
    • 彻底更换了供暖系统。这一方案在现有建筑中成本高昂,因为它需要打开墙壁和地板来替换管道及其相关固定装置。然而,当一座建筑物进行重大翻新时,它是具有成本效益的。

    在新建筑中推荐采用蒸汽加热系统除加热外,如灭菌等其他需要蒸汽的地方;或者当工业过程或发电厂产生废蒸汽时。然而,热水通常是大多数其他设施的最佳选择。


    确保您的供暖系统改造项目是专业设计的。

    联系我们


    20世纪蒸汽供暖是如何设计的

    shutterstock_1505685056

    蒸汽加热的低效在很大程度上来自于20世纪早期常见的设计实践:卫生条例要求有供暖系统即使在冬天最冷的日子里,窗户也要开着。因此,蒸汽散热器容易使室内温度过高,而打开窗户是调节温度的唯一途径。这种做法造成了巨大的能源浪费,因为部分加热输出被倾倒在室外。

    在纽约的建筑中,传统的蒸汽系统的缺点不仅仅是操作浪费。它们还受到以下限制:

    • 蒸汽管道通常比热水管道大,这意味着系统占用更多空间。在新建筑中,前期成本增加。
    • 蒸汽制热系统在出现故障和泄漏时不那么宽容。热水泄漏相对容易检测和修复,但蒸汽泄漏通常涉及可能导致严重烧伤的高温射流。考虑到故障的可能性随着系统老化而增加,因此在战前建筑物中的蒸汽加热系统需要最为关注。

    蒸汽用于较旧的加热系统,原因很简单,它通过管道上升而不需要泵,一根管道可以提供蒸汽并从散热器中回收冷凝水。然而,运行蒸汽锅炉的额外成本远远超过了现代热水系统的泵送成本。蒸汽加热的响应时间也很慢,限制了自动控制的使用。


    为您的建筑寻找管道设计工程师?

    联系我们


    热水比蒸汽的效率优势

    shutterstock_1448293838

    将蒸汽加热系统升级为热水的主要原因是能源效率:例如,英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)的一个加热系统转换项目实现了效率从60%提高到85%。蒸汽底驱系统也较高的维护费用,可比同等热水系统高出10倍以上。

    热水系统也提供了更高的效率,因为它们有更快的响应时间,更容易控制。可以精确地控制水温和流量等变量,这是蒸汽无法做到的,可以优化能源消耗,降低能源支出。

    加热系统转换程序

    如前所述,蒸汽加热系统通常尺寸过大,因为其设计符合过时的健康标准。从蒸汽切换到热水之前的第一步是正确计算热负荷。

    热负荷计算与锅炉容量

    使用“经验法则”可能很有吸引力,因为它们很简单,但它们通常会导致一个超大的供暖系统,部分破坏了升级的目的。除了效率低下外,超大型锅炉的运行周期更短,磨损了它们的部件,降低了它们的使用寿命。这增加了维护费用,缩短了更换锅炉的时间。当进行蒸汽到热水的转换时,锅炉几乎总是缩小尺寸,强烈建议与合格的设计工程师或公司联系,以获得一个适当尺寸的安装。

    尽管现有蒸汽锅炉可以进行改造以提供热水,但升级机组通常是一个更好的主意:

    • 可以指定一种效率更高的现代化装置。
    • 除提高效率外,还可以减少设备的体积。

    蒸汽散热器的再利用

    shutterstock_1040549044

    当从蒸汽升级到热水时,确定散热器是否可以重复使用是很重要的。有些散热器是专门为蒸汽设计的,修改它们通常是昂贵的,不推荐;在这些情况下,最好的选择是使用不同的热传递介质,如风扇盘管。

    虽然散热器应该由有资格的专业人员进行检查,但有一种方法可以立即确定它们是否是蒸汽专用的:如果散热器的个别部分没有通过顶部的管道连接,则不能使用热水。

    散热器管道的配置在决定是否重用它们时也很重要。顾名思义,单管系统通过同一管道供应蒸汽和回收凝结水;而双管系统的每个功能都有一个单独的管道。热水系统必须有两条管道,所以如果现有的蒸汽安装只使用一个散热器,升级就会变得更加复杂。有时,即使是双管系统也需要对回水管进行升级;如果它们是为小流量的凝结水设计的,它们可能无法处理全流量的热水系统。

    热水使用蒸汽管道

    请记住,一旦安装升级为热水,管道将受到非常不同的操作条件:

    • 当热水被抽上来时,蒸汽会自动上升。管道必须能够承受泵出口的水压,以及系统中水的静压。
    • 供水管道和回水管道都将供水。尽管回流管设计用于此目的,但供应管更大,因为其尺寸适合输送蒸汽,并且通常需要阀门来平衡流量。

    蒸汽管道有一系列的固定装置和附件,当使用热水时,这些装置和附件是不必要的,它们只会导致能量以压降的形式浪费。在系统升级为热水系统后,任何不再需要的部件都应该拆除,并且应该特别注意恒温蒸汽疏水阀,因为它会极大地阻碍热水的流动。

    转换的替代方案:完全更换系统

    用全新的热水装置替换蒸汽加热系统是可行的,但由于需要打开墙壁和更换管道,现有设施的成本可能会令人望而却步。然而,如果一栋建筑要进行重大改造,那么彻底改造供暖系统将是一个极好的改变。

    • 可以根据热水管道的具体尺寸确定管道尺寸,这样就不需要在最初用于蒸汽的超大管道上使用阀门。如果管道的尺寸足够大,平衡水的供应和回流就会简单得多。
    • 散热器可以用更有效的替代品来替代,如循环地板供暖系统或水源热泵。
    • 可以为整个热水系统部署自动化,实现尽可能低的运行成本。

    这只有在进行重大翻修时才具有成本效益。例如,仅为安装新管道而拆除地板和墙壁在成本和效益方面很少是合理的。

    什么时候推荐蒸汽系统?

    在大多数住宅和商业环境中,热水在前期成本、便利性和效率方面明显优于蒸汽。然而,在一些特定的应用中,蒸汽系统更适合。

    需要灭菌的应用

    shutterstock_1752696032

    蒸汽通常用于医疗保健或食品加工等应用的设备灭菌,最具成本效益的选择是使用相同的锅炉进行灭菌和加热。蒸汽的另一个优点是,冷凝水中的任何细菌在汽化过程中都会立即被杀死。

    在需要杀菌的应用中,使用热水进行空间加热将需要使用两个独立的锅炉,这将带来极高的前期成本。因此,蒸汽加热是划算的。

    废蒸汽供应情况

    蒸汽通常作为一种工业和能源生产过程产生的废物,它本质上为供暖系统提供了自由能量输入。使用吸收式制冷机,也可以使用蒸汽进行空调和制冷,但这是一项相当大的投资,只有在提供免费或低成本蒸汽的情况下才有理由这样做。

    结论

    当蒸汽作为工艺废料或可用于其他应用时,它是一种成本效益高的加热介质,但热水在住宅和商业应用中提供了更高的效率、安全性和方便性。如果您正在考虑加热系统的转换,强烈建议与合格的专业人员联系,这样您就可以确定哪些系统组件可以重复使用,以及需要进行哪些修改。或者,如果您的设施将进行重大翻修,考虑完全改变供热系统以使效率最大化

    标签设计|生活热水|管道设计

    留言

    请避免在评论中添加链接。任何与外部网站链接的评论都不会发表。

    加入15000多名建筑师和承包商

    把专业的工程技巧直接发到你的收件箱里。请订阅下面的纽约工程师博客。