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他们警告过我。他们叫我不要这么做。他们说我在浪费时间和客户的钱;他们永远不会意识到节约了多少能源。他们说散热器会泄漏,因为你会在比旧系统高得多的系统压力下工作。他们还表示,新系统永远不会提供足够的热量,因为散热器的输出将如此之低。
琼斯夫妇会在隆冬的凌晨1点打电话给你,因为你的花哨的新系统和所有的铃声和哨子不能像旧锅炉那样给他们的家供暖。琼斯太太会不高兴的,她不高兴的时候,谁也不会高兴。琼斯先生会建议你现在就开上你的卡车,在她把他赶出去之前把事情办好。
我所说的“他们”是这个国家最有激情的水循环安装人员和技术人员。他们的手臂像歌利亚一样,整天挥舞着3英尺和4英尺的钢管扳手,把铸铁锅炉拖进拖出卡车,上下楼梯。他们比任何人都更了解他们的系统。他们遵守丹·霍洛汉(Dan Holohan)的《失落的蒸汽加热艺术》(The Lost Art of Steam Heating),仿佛它是被比他们更强大的力量刻在石碑上的。
他们有“蒸汽头”、“蒸汽赖特”和“蒸汽耳语者”等绰号。他们是蒸汽锅炉专家。他们比任何人都清楚潜在的陷阱。所以,我听从了他们的警告。我听他们讲,甚至做笔记。然后我去工作,把他们教给我的一切都记在心里。
从蒸汽变成热水
我被要求投标的是伊利诺斯州莱蒙特市一座建于1895年的老教堂。它的蒸汽锅炉坏了,像筛子一样从各个部分漏出来。整栋楼的管道修理钳比我见过的还要多。平均来说,我估计每一英尺管道需要一个夹子。
如果要保留蒸汽系统,整个教堂的所有管道都必须更换。很明显,它从来没有得到适当的维护或照顾,这是一个遗憾,因为一个正确设置的蒸汽系统是一个美丽的东西。
我的设计/投标基于这样一个事实,我想安装一个节能系统,使牧师和会众在整个冬天都保持温暖,而不会破坏建筑无与伦比的完整性。
我计划拆除蒸汽锅炉和它的所有管道——除了散热器,我将把它转换成热水——安装两个调制冷凝锅炉,并在每个散热器上安装2 1/2英寸的PEX-Al-PEX管道,并将它们连接到锅炉房的歧管上。
为了将蒸汽转化为热水,散热器必须在顶部和底部连接,而这座教堂中有四个散热器没有连接。我肯定会注意到这一点,并在我的提案中包括新的散热器。现在可能每个steam爱好者都不想再读这篇文章了。我劝你不要这么做。
相信数学
在这一点上,我不确定我的解决方案是否可行。我必须做数学计算并相信数学,以确保我的设计能够达到甚至超出预期。
第一步总是手动J热损失计算,以确定建筑物损失了多少热量,然后将其与整个教堂的热源的等效直接辐射(EDR)进行比较。后一种计算将告诉我每个发射器能够用蒸汽和热水输送多少热量。
这是至关重要的,因为蒸汽的辐射能力为每平方英尺240英热单位/小时,而热水的辐射最高为每平方英尺170英热单位/小时,基于180度的水。加起来,蒸汽和热水之间每平方英尺70英热单位/小时的差异是成败的关键;它可以让它们保持温暖,或者让它们冻僵。
热损失计算中最难的部分是确保你从建筑物中收集到准确的信息。不准确的信息被输入到负载计算软件将会吐出不准确的数字,导致设备尺寸不合适。
俗话说,垃圾进,垃圾出。复合错误是另一种看待它的方式。
所以,我花了大半天的时间测量外墙、窗户、门、绝缘材料、建筑材料、地板面积、天花板面积,并根据教堂告诉我的以及我在这一领域工作了38年的对建筑的了解,做出了一些有根据的猜测。这座教堂的外墙被认为是最松散的——旧窗户,很少隔热,门上有空隙,等等。最简单的部分是回到办公室的工作,我所要做的就是输入信息,让软件来完成繁重的工作。
我仍然手工计算EDR,但它同样有效。首先是散热器的列表,它们的高度和宽度,柱子或管子的数量以及散热器的总截面数。表1显示了图表和计算EDR的步骤。
国防部缺点和效率
我对我得到的结果感到鼓舞。根据上述180度的水温,避难所及其下面的会议室的总热损失为253,086 Btu/小时,所有热源的连接负荷或EDR为333,560 Btu/小时。
我的辐射远远超过了需要的热量损失。这意味着我需要的最高供水温度将低于180度。在任何热水系统中,回水温度越低,效率越高。
有了调制冷凝锅炉,我们可以做到的低是没有限制的。对于这个系统,我们使用供水和回水温度之间20度的设计差。这不是一门精确的科学,但它给了我们一个目标。
因此,如果我们向散热器输送180度的水,我们就可以预期在稳定的条件下,回水温度会达到160度。
我们的效率有多高?从表1中的步骤3中,您将看到在180度的水温下,我们得到每平方英尺170 Btu/小时。同样,我们有333,560 Btu/小时,相当于1,962 EDR。数学很简单,连我都能算出来。333,560/170 = 1,962。进一步看一下表2。它给出了每平方英尺的英热单位/小时以及相应的供水温度。
以下是对教会的解释:
SWT EDR x Btu/h /ft2 =总Btu/hr。
160 F 1,962 x 130 = 255,060 Btu/hr。
150 F 1,962 x 110 = 215,820 Btu/hr。
140 F 1,962 x 90 = 176,580 Btu/hr。
130 F 1,962 x 70 = 137,340 Btu/hr。
120 F 1,962 x 50 = 98,100 Btu/hr。
110 F 1,962 x 30 = 58,860 Btu/hr。
100 F 1,962 x 10 = 19,620 Btu/hr。
如您所见,在一年中最冷的日子里,我们将能够以160度的供水温度为教堂供暖,因为热量损失仅略高于253,000英热单位/小时。它会给我们140度的回水温度,非常接近135度的烟气冷凝模式。
这和我所希望的一样顺利。这只是一年中最冷的一天,所以这些锅炉,适当的大小,在这个季节的大部分时间都将处于冷凝模式。
这正是你想要的modcon锅炉。如果我们不打算大部分时间都处于冷凝模式,我会建议坚持使用蒸汽。但现在我绝对肯定地知道,锅炉的运行效率将大大高于蒸汽锅炉。
还有更好的。我提出的设备是两台落地式锅炉,10:1调制降压比。配对和级联,拒绝可能高达20:1。蒸汽锅炉做不到这一点。
基于我的设计,我给教会委员会的详细介绍,以及我们一拍即合的事实,我被授予了这份工作。那是两年前的事了。头两个冬天一切都很顺利。我们需要对室外重置控制进行一些调整,直到我们达到会众舒适度的最佳位置,但这在大多数工作中都是意料之中的。我还不得不说服他们拆除散热器盖,这大大减少了热量输出。
在将每个散热器连接到新的全垒打歧管分配系统之前,我对它们进行了25psi的压力测试。我们一开始就有两个泄密者,之后就没有了。我认为这是一场胜利。我事先警告过教堂的工作人员,我们可能会有一些散热器需要更换。当我们对它们进行压力测试时,我们也对它们进行了冲洗,清除了蒸汽系统剩余部分的所有铁锈和碎片。手动硬币通风口的每个散热器的钻孔和敲击都非常顺利。
我们在较低的一层设置了一个吊顶,这样我的人就可以整洁而快速地运行新的PAP供应和返回管道到每个散热器。锅炉房的管汇有流量计和调节阀门,所以我们可以根据每个散热器的大小拨入流量。
这些转换很少有意义,但我第一天看到这个系统时就有一种感觉,这可能就是其中之一。我算过了,也相信了。他们,蒸汽伙计,教会了我所有我需要知道的东西,以避免可能和确实发生的错误。如果没有他们给我的比赛计划,这一切都是不可能的。谢谢你!l
Stephen Minnich在供暖行业拥有近40年的经验,主要是安装和维修液压系统。他最近在芝加哥郊区的Elk Grove Village经营Minnich机械设计公司。Minnich目前是芝加哥Elevate Energy公司的暖通空调顾问。