电锅炉蓄能式供暖系统设计规范.docx
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电锅炉蓄能式供暖系统设计规范
电锅炉蓄能式供暖系统设计规范
0、总则
0.1为了进一步规范设计及指导电锅炉蓄能式供暖工程施工，扭转设计与工程存在的不合理与不统一的状况，制定本规范；
0.2本设计规范适用于电锅炉蓄能式供暖系统的设计及工程施工与验收等；
0.3按本规范进行系统设计时，尚应符合国家现行的有关标准、规范的规定。
当有所冲突时，应以国家规范、标准为准。
1、系统综合设计
1.1系统简介
1.1.1电锅炉蓄能式供暖系统工作原理
电锅炉蓄能式供暖是采用电锅炉为制热设备，利用供电电费峰谷差值，在供电谷值时段，开启电锅炉，加热热媒并储存在蓄能水箱中。
在供电高峰时段关闭电锅炉，由储存在蓄能水箱中的热水向采暖系统供热。
这样，它既能使供电电网运行“削峰填谷”，又可充分利用廉价的低谷电价，达到经济运行的目的，使用户和供电部门都能从中受益。
因此，电锅炉蓄能式供暖系统是取代燃煤锅炉、值得推广的最佳供暖方式之一。
1.1.2电锅炉供暖的优越性
1.1.2.1电锅炉是真正的环保型绿色产品，具有无污染、无噪音等优点，这是燃煤、燃油及燃气锅炉无法比拟的。
1.1.2.2电锅炉蓄能式供暖系统既能合理分配用电负荷、提高配电设备利用率，同时又充分利用低谷电价，节约运行费用，降低运行成本。
1.1.2.3电锅炉蓄能式供暖系统中，锅炉本体体积小，结构简单、紧凑，占地面积小，不需要烟囱和燃料堆放场地，极大的节约锅炉房用地。
1.1.2.4电锅炉蓄能式供暖系统自动化控制程度高，具有超温、过载、短路、漏电、缺水，缺相等六重自动保护功能，运行安全可靠，实现了机电一体化。
1.1.2.5电锅炉具有高效、节能等优点。
其运行热效率达98%以上。
1.1.2.6电锅炉可逐级加减负荷，调节过程平稳，控制精度高。
1.1.2.7电锅炉蓄能式供暖系统适用范围广，可以满足各种环境及条件的需要，适用于宾馆、饭店、机关、学校、住宅等的取暖和洗浴。
1.1.3电锅炉蓄能式供暖系统
1.1.3.1常压电锅炉原则上一般不作为蓄能式供暖系统的热力设备。
1.1.3.2承压蓄能供暖系统示意图见图一。
图一电锅炉蓄能供暖系统图
1.1.3.3本蓄能系统中蓄能水箱设计为敞开式、无压型，为防止水泵汽蚀，其最大设计温度为90℃。
1.1.3.4本系统具有全自动蓄热功能，可以实现全程自动监控。
电锅炉的启闭、水泵的互换等均为编程控制，整个系统可以实现无人职守。
1.1.3.5本系统可以实现用户系统的恒温供暖。
此功能是通过设计方案中的电动三通调节阀节蓄热水箱供水量与回水混合量来实现的。
1.1.4电锅炉蓄能式供暖系统的运行方式
蓄能式电锅炉的运行方式，主要分为两种形式：
一种是全部使用低谷电，称为A种形式，其运行时间为：
23：
00-7：
00开启电锅炉，加热蓄能水箱中的水，并部分向系统供热。
7：
00-23：
00关闭电锅炉，利用蓄能水箱中的热水向系统供热。
另一种运行方式是在使用低谷电的同时使用一部分平值电，称为B种形式，其运行时间（以4h平电为例）为：
23：
00-7：
00开启电锅炉，加热蓄能水箱中的水，同时向系统供热。
7：
00-13：
00关闭电锅炉，由蓄能水箱向系统供热。
13：
00-17：
00开启电锅炉，加热蓄热水箱中的水，并同时向系统供热。
17：
00-23：
00关闭电锅炉，由蓄能水箱向系统供暖。
利用平电的时间可根据用户的要求灵活掌握。
运行方式不同，将对电锅炉的容量、蓄能水箱的容积、变压器的大小、除投资及采暖运行费用的高低等产生较大的影响。
全谷电运行方式，运行费用较低，但其缺点是电锅炉容量大，蓄能水箱容积大，初期投资较大。
谷电+平电运行方式，初投资较低，但运行费用比全谷电要大。
用户可根据实际情况进行选择。
1.2热负荷的计算及其锅炉的选配
1.2.1热负荷的计算
采暖热负荷的计算分两种情况考虑：
1.2.1.1第一种情况为民用建筑供暖，在供电谷值时段，电锅炉不仅要加热水箱里的水，同时还给用户供暖。
热负荷（Q1）：
Q1=F·t·q1/1000
Q1—供暖热负荷（KW）；
F—供暖面积（m2）；
t—为用户供暖的时间（h）；
q1—平均供暖热指标（W/m2）；
1.2.1.2第二种情况为办公建筑供暖，其特点是白天采暖，夜间时段为保温状态，可降低采暖标准。
一般保温时段的热负荷取计算热负荷的40%～60%即可。
供暖热负荷（Q1）：
Q=F·t1·q1+F·t2·q2
Q1—供暖热负荷（KW）；
F—供暖面积（m2）；
t1—为用户供暖的时间（h）；
t2—为用户保温的时间（h）；
q1—供暖热指标（W/m2）
q2—保温时段热指标（W/m2），取值为40%～60%q1；
实际设计热负荷应考虑动力管道的损耗，对于热水系统，损耗系数K取值：
地沟：
1.05～1.08
架空：
1.08～1.12
（依据《建筑设备设计施工图集（锅炉、供热、保温、水处理工程）》）
设计热负荷Q=K·Q1
供暖热指标的确定根据用户房间保温情况及房间高度而定，一般情况下，取值原则见表一。
表一民用及公用设施采暖热负荷概算指标
建筑物
类型
住宅
居住区
综合
学校
办公
医院
幼托
旅馆
商店
食堂
餐厅
影剧院
展览馆
大礼堂
体育馆
热指标（W/m2）
58～64
50～67
60～80
65～80
60～70
65～80
115～140
95～115
115～165
（1、本表摘自《城市热力网设计规范》CJJ34-90。
）
（2、热指标中已包括了约5%的管网热损失。
）
注：
总建筑面积大，外围护结构热工性能好，窗户面积小，采用较小的热指标；反之，总建筑面积小，外围护结构热工性能差，窗户面积大，采用较大的热指标。
1.2.2电锅炉功率设计
电锅炉功率（P）的确定：
（KW）
P—电锅炉额定功率（KW）;
Q—设计总供暖热负荷（Kcal）;
T—锅炉蓄能运行时间（h）;
—电锅炉的热效率（%）。
功率确定后，电锅炉蓄能式供暖系统形式的选用应根据用户具体要求并视具体情况而定。
1.2.3蓄能水箱容积的计算
根据采暖面积确定锅炉功率后，便可进行蓄能水箱容积的计算：
V=（P×860×T－Q3）/K·（Δt×1000×C）
Q3=Ft3q2
K—散热损失系数，一般取1.163；
V—蓄能水箱的容积（m3）;
P—电锅炉功率（KW）；
T—锅炉全天运行时间（h）；
Q3—电锅炉蓄能时段供暖消耗的热量；
F—供暖面积（m2）；
t3—电锅炉蓄能运行的时间（h）；
q2—蓄能时段供暖热指标（Kcal/（m2·h））；
Δt—蓄能水箱设计温差；
C—水的比热容（取值为1Kcal/（kg·℃））；
1000—质量换算系数。
注：
由此计算出V为蓄能水箱的有效容积，在水箱结构设计时，需考虑相应的有效容积系数，确定水箱外形体积。
1.3系统管线的保温方法
1.3.1管线的保温设计应符合GB8175《设备和管道保温设计导则》和GB4272《设备和管道保温技术通则》中的要求，并应满足JGJ26-95《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中的最小保温厚度要求。
对于小于400mm的圆管，可按下式：
d——管外径（）。
圆管的计算，可在计算出A=
后，查圆管保温层厚度计算表：
水管直径
A=
公称直径
外径
15
23
0.027
0.064
0.107
0.155
0.206
0.262
0.320
0.380
20
28
0.026
0.061
0.101
0.146
0.195
0.245
0.301
0.358
25
34
0.025
0.058
0.096
0.138
0.184
0.233
0.284
0.338
32
43
0.024
0.055
0.090
0.130
0.172
0.217
0.265
0.315
40
48
0.024
0.054
0.088
0.126
0.167
0.211
0.257
0.305
50
60
0.023
0.051
0.083
0.119
0.157
0.198
0.241
0.286
65
72
0.023
0.050
0.080
0.113
0.150
0.188
0.228
0.271
80
89
0.022
0.048
0.077
0.109
0.143
0.179
0.217
0.256
100
108
0.022
0.047
0.074
0.105
0.137
0.171
0.206
0.244
150
159
0.021
0.045
0.070
0.098
0.127
0.157
0.189
0.222
200
219
0.021
0.044
0.068
0.093
0.120
0.148
0.178
0.209
250
273
0.021
0.043
0.066
0.091
0.116
0.143
0.171
0.200
300
325
0.021
0.042
0.065
0.089
0.114
0.140
0.167
0.194
保温层厚度（mm）
10
20
30
40
50
60
70
80
1.3.2室内管线：
室内管线保温采用聚胺脂发泡瓦扣上，用黑白料将接口缝隙处密封完好，保温厚度为30㎜，要求平整，外缠玻璃丝布，一般可刷绿色调和漆。
管道的拐弯处保温，作成直角。
1.3.3地上架空管线：
架空管线保温采用聚胺脂发泡保温，保温厚度为60㎜。
1.3.4地沟管线保温：
采用直埋管，发泡管厚度为30mm。
1.3.5管线保温应符合下列规定：
①、保温瓦的接缝应错开，多层保温瓦应交错盖缝绑扎；
②、保温层厚度要求均匀，绑扎牢固，缠绕搭接长度不得小于10-20mm；
③、管道保温应粘贴紧密，表面平整，圆弧均匀，无环形断裂，保温层厚度应符合设计要求，允许偏差为0.1倍保温厚度值。
1.4锅炉房管线保温涂色
锅炉房内的设备及管道，其保护层或保温层的表面宜涂色或色环，并作出箭头标示内部介质的种类及其流向。
具体可参考《建筑设备设计施工图集（锅炉、供热、保温、水处理）》（上）GL1-38锅炉房管道系统涂色。
2、蓄能水箱的设计
2.1蓄能水箱设计、制造、安装技术条件：
电锅炉蓄能式供暖系统中，蓄能水箱起到在低谷电时段充分储存电锅炉低谷时段发热量、在非低谷电时段取代电锅炉直接向系统供暖的作用。
因此蓄能水箱在整个系统中是关键的设备之一。
在蓄能水箱的设计、制作及安装过程中，须严格按照本规范执行，以保证设备在系统中的安全经济运行。
2.1.1设计技术条件：
2.1.1.1蓄能水箱在系统中为敞开式、无压型；
2.1.1.2蓄能水箱应按照达到介质在水箱中充分混合的原理设计，以保证箱内温度场均匀，从而充分合理地利用箱体的容积，提高水箱蓄能容积的有效利用率。
2.1.1.3设计蓄能水箱内部混水管及外接管口位置时，应充分考虑介质在箱的高度方向上的对流及冷热流的混合情况，在设计时原则为供暖系统回水管接水箱的上部混水管，经锅炉加热的蓄能热水接水箱底部的混水管。
2.1.1.4在蓄能水箱设计中应考虑水位计（玻璃管）的位置、系统的温度显示仪表、传感器的位置及传感器所需开孔的大小。
传感器不开在水箱本体上，应按系统的需求开在水箱各开口管座处。
2.1.1.5蓄能水箱应有排污及溢流口，口径大小应根据水箱容积的大小确定，其他口径应通过经济流速计算。
2.1.1.6蓄能水箱壁厚及内部加强筋等的选择应按照“蓄能水箱的钢板厚度及内部加强件的设计”中的规定执行，其余若有特殊情况，如场地、用户要求等，可以在此基础上作相应的调整。
2.1.1.7蓄能水箱底部支座应按照“蓄能水箱承重基础设计”中的要求进行。
2.1.1.8设计水箱的外形尺寸应执行在“蓄能水箱外型设计”的基础上，根据用户工地实际情况确定。
一般要求水箱保温完成后，其四侧与墙的距离≥500mm，顶部最高点距屋顶≥400mm。
2.1.2制造及安装技术条件：
2.1.2.1蓄能水箱应严格按照图纸要求制作、施工。
2.1.2.2蓄能水箱的下料在本着焊接方便、便于运输及省料的原则条件下，还应考虑尽量减少水箱各面钢板的拼接数量。
2.1.2.3蓄能水箱的就位按照锅炉房平面设计图执行，且每个水箱设计应考虑基础承重问题，其混凝土标号、钢筋的布置、基础标高等在设计时均应有明确的说明，使其达到最佳的性价比。
2.1.2.4蓄能水箱的现场制作中，箱底的钢板拼接采用对接V形焊缝;箱顶与箱壁钢板δ>6mm厚的采用V型焊接，δ≤6mm的钢板采用双面焊接，焊缝间不能有十字交叉现象，且不得与加强肋重合。
2.1.2.5水箱顶板、立板与横、竖肋的焊接采用间断焊接，焊缝长度100mm，间隔100mm。
两侧焊缝间隔对称。
2.1.2.6各角钢与钢板间焊接采用贴角满焊，焊缝高度根据角钢型号而定，一般与角钢厚度相同即可。
2.1.2.7圆钢作为拉筋与两侧的扁钢间采用贴角满焊，且拉筋上下各100mm范围内，肋板与立板间焊缝采用双面贴角满焊。
2.1.2.8水箱肋板竖向为通常整材，横向遇竖向断开，交叉处贴角满焊。
2.1.2.9水箱在制作完成时，应保证各面平整、无明显凹凸度。
水箱成型后，各侧面平面度应小于5mm且不得外凸。
2.1.2.10水箱在制作完成后必须进行盛水或煤油渗漏试验，（也可进行气体打压，气体打压实验压力为水箱高度水柱压力的1.5倍。
）观测各条焊缝有无渗漏，如发现有渗漏现象，必须铲掉重新焊接，再进行试验。
2.1.2.11渗漏试验完成后应对水箱全面保温，保温方法参见“蓄能水箱保温材料及外壳的设计”。
2.2蓄能水箱外形的设计
蓄能水箱在无环境、地点限制或其他要求时，根据设计容积，在外形上尽可能设计成正方形。
正方形水箱混水效果好，省材料，且受压均匀。
同时还要考虑下料的方便性与可行性。
2.3蓄能水箱本体与内部结构设计
2.3.1蓄能水箱钢板厚度及内部加强件的设计
蓄能水箱的设计在满足水箱各面钢板强度的前提下，还应保证蓄能水箱制作成型后平整度达到规范要求。
因而水箱内部应设计有布局合理的加强筋、加强肋及角钢等加强件，从而起到加固水箱、防止钢板因压力引起变形的作用。
2.3.1.1水箱内部横向加强筋采用圆钢，规格根据水箱容积从Φ12-Φ20不等；加强筋应保证横平竖直。
2.3.1.2加强肋与水箱顶板、侧板采用角焊焊接，肋板材料为30×3～80×8系列规格Q235扁钢，加强肋与加强筋布置呈交叉网状，从而对水箱钢板形成环网形拉固与加强。
2.3.1.3蓄能水箱四围加强撑采用等边角钢，规格型号为∠50×50×6～∠80×80×8。
一般情况下，顶角钢型号相对要小于底角钢与侧角钢的规格。
2.3.1.4蓄能水箱钢板及加强件的具体选用标准参见表一。
2.3.1.5加强件的布置遵循如下原则：
★30M3以下（不包含30M3）的蓄能水箱内部可不采用加强肋，加强筋与角钢的规格参照表一，并保持筋的间距在600mm～800mm。
具体设计时，可根据水箱的实际情况调整筋的规格与其间距的关系，使二者协调，达到较佳的效果。
★30M3以上（包含30M3）的蓄能水箱在采用加强筋的同时，需布置同等间距的加强肋。
二者布置间距均在900mm～1400mm之间。
★水箱内部加角钢做整体框架支撑，角钢的选用参见表一。
表一蓄能水箱钢板厚度及加强件规格一览表
水箱容积m3
钢板厚度㎜
加强筋
加强肋
角钢
底板
侧板
顶板
顶角钢
侧、底角钢
3
6
5
4
φ10
/
/
/
6
6
5
4
φ12
/
/
/
8
6
5
4
φ14
/
/
/
10
6
5
4
φ16
/
/
/
15
6
5
4
φ16
/
/
/
25
8
6
5
φ18
/
/
/
30
8
6
5
φ18
60×6
∠50×6
∠60×6
35
8
6
5
φ18
60×6
∠50×6
∠60×6
40
10
8
6
φ18
60×6
∠50×6
∠60×6
60
10
8
6
φ18
60×6
∠50×6
∠80×6
90
12
10
8
φ20
60×6
∠50×6
∠80×6
110
12
10
8
φ20
80×8
∠60×6
∠80×8
130
12
10
8
φ20
80×8
∠60×6
∠80×8
160
12
10
8
φ20
80×8
∠60×6
∠80×8
此表仅供方形水箱参考，其余若有特殊情况，如场地或用户要求等可作相应调整。
2.3.2蓄能水箱开孔的设计
2.3.2.1设计原理
蓄能装置应按照保证介质在箱中温度均匀，减少装置内介质在方向上存在的温差的原理设计，此形式可以充分利用装置的容积以提高装置蓄能的有效容积。
2.3.2.2水箱外接口名称
水箱的外接口主要有：
⑴蓄能回水口、⑵蓄能进水口、⑶供暖出水口、⑷供暖回水口、⑸人孔、⑹溢流口、⑺排污口、⑻水位计接口、⑼补水口。
2.3.2.3蓄能装置外接口开孔的设计：
2.3.2.3.1在设计蓄能回水口、蓄能进水口、供暖出水口及供暖回水口时应充分考虑介质在装置内高度方向的对流及冷热流的混合情况，以保证装置内介质的温度均匀。
2.3.2.3.2供暖回水口的开孔应在水箱侧面距装置顶部250～350㎜处，接水箱内部混水装置；蓄能进水口开孔应在装置底部距底面150～250㎜处，接装置内部混水装置。
2.3.2.3.3供暖出水口的开口应在装置下部距底面450㎜处，蓄能回水口在距水箱顶部500mm，两孔水平间距在500㎜左右，两孔可以考虑接装置内部轴线方向开孔的花管。
2.3.3蓄能水箱混水结构的设计及方案
2.3.3.1混水的必要性：
蓄能水箱是蓄能采暖系统中重要的设备，从各方面考虑，其体积越小越好。
在设计中应尽量减少蓄能水箱的死水区和涡流区，达到较好的内部温度场，才能充分利用水箱的有效容积。
这些均要求有良好的混水效果。
2.3.3.2设计思想：
蓄能水箱的混水依据“四角假想切圆”的原理，在水箱内部管线上均匀的布置喷嘴，并以合理的角度控制喷嘴的射流方向，使其达到最佳的混合效果。
2.3.3.3混水喷嘴的设计
混水喷嘴设计分应角度、数量、相隔间距及口径大小等几方面。
2.3.3.3.1喷嘴角度根据水箱的具体形状而定。
对于水箱长宽比约等于1的蓄能水箱，喷嘴的最佳角度为30℃（参见图二）；除此之外的情况，应选取其他适合的喷嘴角度；角度设计的原则是保证有较理想的假想切圆，使喷射的水流混合均匀，避免产生较多的涡流区，或者是产生射流对冲现象。
图二混水装置喷嘴布置图（长：
宽≈1）
2.3.3.3.2喷嘴的数量应根据水箱的高度具体确定，一般喷嘴的间距为250～300mm。
2.3.3.3.3喷嘴口径的大小依照混水主管线及支线的大小进一步确定。
2.3.3.4混水管线布置的具体方案
2.3.3.4.1蓄能水箱内部混水管管材应使用镀锌无缝钢管，管径根据水箱容积与外接水箱开孔确定，一般混水主管线管径与外接进出水管径相同。
2.3.3.4.2整体混水管沿箱内壁分上下两部分敷设，上部分为供暖回水混水部分，下部分为蓄能进水混水部分。
2.3.3.4.3混水喷嘴的布置在保证混水效果的前提下，结构尽量简单。
一般应使混水平面与截面接近正方形（长宽比接近1）的平面保持平行。
2.3.3.4.4水箱长宽比接近1时，内部采用水平混水方式，即混水喷嘴沿水箱高度方向上布置。
具体为：
主管线水平呈“U”形布置。
主管线与供暖回水口、蓄能进水口处于同一水平面，管路中心线距离水箱立板150～200mm。
支线沿水箱四角垂直布置，并沿高度方向上均匀分布混水喷嘴。
（混水装置结构参见图三。
）
2.3.3.4.5水箱宽度与高度数值相接近时，内部采用垂直混水方式，即混水喷嘴沿水箱长度方向上布置。
具体为：
混水管线与供暖回水口、蓄能进水口处于同一水平面，管路中心线距离水箱立板150～200mm，管线上水平间距300mm均匀布置混水喷嘴。
2.3.3.4.6当水箱的长宽比大于1.5时，也可考虑在长度方向上加强混水的方式（参见图四）；当水箱长宽比〉2时，可考虑采用隔板与多套混水装置的应用。
图三水平混水装置结构图
图四混水装置喷嘴布置俯视图（长：
宽>1.5）
2.3.3.5混水装置的支撑：
混水装置与水箱内壁的连接与支撑采用管径与混水管径相同（或相近）的钢管，在混水管的拐弯处必须设置支撑，其他中间支撑应均匀布置，间距为600～800mm。
（附：
96吨蓄能水箱制作图实例——附图一、图二、图三、图四）；
2.3.3.6在考虑整体混水方式的同时，还可以从分层供水的角度考虑水箱的结构设计。
在蓄热和过程和供热过程中，利用水在不同的温度下的重力差，通过蓄热、供暖管道附件的具体设计，使水箱内部介质达到冷热分层的目的。
2.3.4蓄能水箱排污与溢流设计
2.3.4.1蓄能水箱排污口应设置在水箱最底部，当水箱长度为8-10m时，可考虑设置2个排污口，位置按箱长等量分布，排污管径按蓄能水箱容量而定。
2.3.4.2水箱溢流口开孔位置以水箱顶板为基准，溢流管外壁顶部与其之间距离应20mm左右。
溢流管另一端与排污阀后管段相接，排至地沟。
2.3.4.2水箱排污、溢流等管口的大小参见表二。
表二水箱排污、溢流口规格
名称
水箱容积
排污口
溢流口
名称
水箱容积
排污口
溢流口
3
DN25
DN25
35
DN65
DN65
6
DN25
DN25
40
DN65
DN65
8
DN32
DN32
60
DN65
DN65
10
DN40
DN40
90
DN80
DN80
15
DN40
DN40
110
DN100
DN100
25
DN50
DN50
130
DN100
DN100
30
DN50
DN50
160
DN100
DN100
2.3.5蓄能水箱水位计的设计
水位计应根据现场实际情况设置在便于观察的位置，采用φ20玻璃管水位计，一般情况下设置于水箱高度方向上部1/3处，并设计金属外保护罩。
2.4蓄能水箱保温材料及外壳的设计
蓄能水箱的保温是水箱能否蓄能的关键，保温材料可根据情况选择经济、耐高温、传热系数小、施工简单的材料，其厚度可按已知允许热损失计算得出。
2.4.1保温材料：
一般采用聚氨脂发泡块保温，于水箱外围进行现场组接。
除箱体外，人孔也应做相应的保温处理，以保证其保温严密性能。
2.4.2保温层厚度：
100㎜；
2.4.3外保温壳：
为提高水箱外观的可视效果，外壳采用彩色压型板（δ0.5）
2.4.4外保温壳的安装工艺
2.4.4.1外保温壳与钢板之间采用30×3扁钢做骨架，具体布置参见图五、图六。
图五蓄能水箱外保温壳工艺一
2.4.4.2骨架直接焊接在水箱外壁上，其长度一般按照水箱保温厚度设置，但最终要视现场实际情况下料。
2.4.4.3骨架扁钢横向间距a为500mm，纵向距离b为700～8
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