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技術
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供熱系統(tǒng)適量供熱調節(jié)技術

   2014-07-25 中國節(jié)能網3340
核心提示: 1、概述 供熱用戶實行供熱計量收費[1]以后,必須要有相應的熱量可調節(jié)的手段,否則不能實現(xiàn)真正的節(jié)能。目前實現(xiàn)用戶熱量可調節(jié)的技術主要
  1、概述

供熱用戶實行供熱計量收費[1]以后,必須要有相應的熱量可調節(jié)的手段,否則不能實現(xiàn)真正的節(jié)能。目前實現(xiàn)用戶熱量可調節(jié)的技術主要是在用戶室內的各散熱器支管上安裝自力式溫度調節(jié)閥,用戶可以根據個人生活習慣及經濟條件在調節(jié)閥上設定所需溫度。調節(jié)閥的安裝與調節(jié)方式主要有雙通閥和三通閥兩種方式,針對這兩種方式供熱系統(tǒng)也要采取相應的調節(jié)方案。

2、熱力運行分析

2.1  用戶分析

2.1.1  安裝雙通閥的室內系統(tǒng)

每一臺散熱器都裝有一只自力式雙通溫控閥,如圖1(a)所示,此系統(tǒng)適用于分戶供熱的室內水平式系統(tǒng)。采用雙通溫控閥后,室內供熱系統(tǒng)就成為了變流量系統(tǒng)。根據流體因磨擦阻力所造成的能量損失可得:

(1)式中:、供、回水壓力;流體密度;摩擦系數;管路直徑;供、回水平均流速。變換(1)式則可得:(2)。式中:是供、回水壓差;是局部阻力系數;是供回水流量。根據室內供熱系統(tǒng)的運行情況結合(2)式進行分析,可以看出供回水流量的變化是用戶系統(tǒng)的主動調節(jié)作用,而且是在主動調節(jié)局部阻力系數后變化的。供回水壓差的變化則取決于熱網循環(huán)泵的運行狀態(tài),循環(huán)泵恒速運行時的變化較小,循環(huán)泵變速運行時的變化則會較大。

2.1.2  安裝三通閥的室內系統(tǒng)

每一臺散熱器都裝有一只自力式三通溫控閥,如圖1(b)所示,此系統(tǒng)適用于室內垂直系統(tǒng),也適用于分戶供熱的室內水平式系統(tǒng)。采用三通溫控閥后,室內供熱系統(tǒng)的流量變化很小,可以認為是恒流量系統(tǒng)。但是要有部分高溫供水直接流入熱網回水管,造成一定的能量浪費。

下面針對以上兩種室內系統(tǒng)的熱量調節(jié)方案對熱網的運行工況進行分析。

2.2  熱網分析

輸送熱力的熱網循環(huán)泵按兩種運行方案進行討論,一種是恒轉速運行,另一種是變轉速運行。熱網循環(huán)泵的運行方案與室內系統(tǒng)的運行方案進行組合就會產生四種運行方案。

2.2.1  室內系統(tǒng)變流量熱網循環(huán)泵恒轉速

室內系統(tǒng)變流量運行、熱網循環(huán)泵恒轉速運行。由于室內散熱器溫控閥阻力的變化,使得管網的

基金項目:國家“十一五”重點科技攻關項目。

阻力特性發(fā)生變化,從而使得熱網的流量發(fā)生變化,量為時,熱網阻力系數會變化為,循環(huán)泵出口揚程也會增加到。顯然系統(tǒng)的工作點是沿著水泵的工作

特性曲線變化的,在最低供熱負荷時熱網的流量可能會變得很小,流量太小熱源是否能夠承受需進行綜合分析研究。

另外從節(jié)能的角度研究,恒轉速水泵在循環(huán)泵流量減小后,電動機的負載變小,其消耗的電能量也會減小。參考文獻[2]中給出了節(jié)流方式調節(jié)離心式泵類負載時的電機輸入功率計算公式,如下式所示:

(3)式中:是流量為時循環(huán)泵電動機消耗的功率,是循環(huán)泵的額定流量,是循環(huán)泵電動機的額定功率。由(3)式可以推出其節(jié)能率公式(4)式:

(4)式中:是流量為時循環(huán)泵電動機節(jié)電的功率。根據(4)式可計算出幾種流量下水泵電機的節(jié)能率,當時,節(jié)電率為;當時,節(jié)電率為。

此種方案也是節(jié)能的,但是流量越小其節(jié)能效果越不明顯,理論上計算零流量時的節(jié)能率為0.55。

2.2.2  室內系統(tǒng)變流量熱網循環(huán)泵變轉速

室內系統(tǒng)變流量運行、熱網循環(huán)泵變轉速運行。室內散熱器溫控閥調節(jié)后其阻力發(fā)生變化,使得管網的阻力特性發(fā)生變化,從而使得熱網的流量發(fā)生變化,如圖2所示。此時熱網循環(huán)泵應該改變轉速,使得循環(huán)泵的工作特性平行下移,下移的最佳工作點應該使得管網阻力特性恢復至點,如圖3所示。此種調節(jié)方案同樣存在系統(tǒng)最小流量限制的問題。
 下面也從節(jié)能的角度研究變轉速水泵在循環(huán)泵流量減小后,電動機的節(jié)能問題。改變離心式水泵電機的頻率進行調速,目前是最佳的循環(huán)泵變速調節(jié)的方案,在參考文獻[2]中給出了節(jié)能率公式如(5)式:

(5)式中各符號含義同(4)式。根據(5)式計算出的節(jié)能率則是很可觀的,當時,節(jié)電率為;當時,節(jié)電率為。

顯然此種方案流量越小其節(jié)能效果越明顯,因此在流量變化范圍較大時選擇變轉速運行要比恒轉速運行更為節(jié)能。

2.2.3  室內系統(tǒng)恒流量熱網循環(huán)泵恒轉速

室內系統(tǒng)恒流量運行、熱網循環(huán)泵恒轉速運行。由于室內散熱熱器溫控閥的調節(jié),使得回水溫度發(fā)生變化。熱源只能進行質調節(jié),調節(jié)方式在后面探討。

此種調節(jié)方式水力工況穩(wěn)定,但是熱網的輸送能耗最大。

2.2.4  室內系統(tǒng)恒流量熱網循環(huán)泵變轉速

室內系統(tǒng)恒流量運行、熱網循環(huán)泵變轉速運行。由于室內散熱器溫控三通閥的調節(jié),使得回水溫度發(fā)生變化。熱源可以進行質調節(jié)或者量調節(jié)(循環(huán)泵變轉速調節(jié)),但是采用量調節(jié)的調節(jié)范圍不會太大,否則容易引起系統(tǒng)的水力工況失調。只有在系統(tǒng)循環(huán)泵的揚程選擇較大時,系統(tǒng)才會存在較大的量調節(jié)的空間。

此時循環(huán)泵變轉速調節(jié)只是在系統(tǒng)循環(huán)泵的揚程選擇較大時才具有意義。如果系統(tǒng)流量的調節(jié)范圍較小時,采用循環(huán)泵變轉速調節(jié)就不如采用調節(jié)閥調節(jié)流量更為經濟了。因此此種方案不宜采用。

2.3  熱源分析

針對熱網和熱用戶的特點,目前熱源主要有以下幾種運行調節(jié)方案:質調節(jié)運行;量調節(jié)運行;分階段改變流量質調節(jié)運行;綜合調節(jié)運行。

2.3.1  熱源質調節(jié)與分階段改變流量質調節(jié)運行

針對目前的熱用戶多為恒流量系統(tǒng),因此采用此種調節(jié)方案的系統(tǒng)居多,調節(jié)運行的經驗已經相當成熟。但是當用戶進行熱計量以后,就不能再采用此方案了,否則不能實現(xiàn)最佳節(jié)能運行。

2.3.2  熱源量調節(jié)運行

針對目前的恒流量熱用戶,采用此種調節(jié)方案的不多,尤其是只采用熱源量調節(jié)運行的幾乎沒有。當用戶進行熱計量后,尤其是用戶為變流量系統(tǒng)后,熱源也要采取相應的調節(jié)對策,才能實現(xiàn)真正的節(jié)能。針對變流量用戶系統(tǒng)的熱源、熱網等的調節(jié)運行經驗還很缺乏,這也是我們要重點解決的問題。

2.3.3熱源綜合調節(jié)運行

針對目前的恒流量熱用戶,采用此種調節(jié)方案的有一些,但是流量的變化調節(jié)范圍一般都比較小,質調節(jié)的變化范圍較大。用戶進行熱計量以后,怎樣進行調節(jié)還要進行研究解決。

顯然熱源、熱網及熱用戶的運行調節(jié)方式應該進行綜合分析,以保證供熱指標、節(jié)能效果最佳為目標函數,確定一套完整的運行調節(jié)方案,才能實現(xiàn)供熱適量調節(jié)的目標。
  3、熱力運行適量調節(jié)

本文主要針對具有熱計量和散熱器安裝有溫控閥的系統(tǒng)進行討論,研究針對這樣的用戶怎樣進行用戶、熱網及熱源的系統(tǒng)調節(jié)。

3.1  用戶調節(jié)

以熱源、熱網及用戶為一個整體考慮,用戶系統(tǒng)采用雙通閥調節(jié)散熱器(或是其他末端散熱裝置)的散熱量,系統(tǒng)的整體節(jié)能效果最明顯。但是如果有的用戶系統(tǒng)不允許采用雙通閥調節(jié)散熱器(末端裝置)的散熱量時,則應該設置用戶入口裝置將熱網和室內系統(tǒng)隔離開。室內系統(tǒng)可以采用恒流量運行,熱網系統(tǒng)采用變流量運行,也能獲得較好的節(jié)能效果,而且對熱網的運行穩(wěn)定性也會更為有利,用戶入口裝置也要采取一定的調節(jié)方案,構成獨立的調節(jié)單元,在此不做闡述。

3.2  熱源與熱網調節(jié)

熱用戶安裝有三通閥或者雙通閥后,已經具備了自調節(jié)能力。此時在熱源處的負荷預報就變得很有意義了。根據熱網運行參數預報的供熱負荷,就是用戶在下一個時間段所需要的熱負荷。因此提高預報精度,保證預報控制穩(wěn)定性成為主要的問題。供熱負荷預報的方法[3,4,5]很多,在此不做研究。

3.2.1  循環(huán)泵恒轉速時的預測控制

如果熱用戶是恒流量運行,則循環(huán)泵應該是恒轉速運行,熱源應該是質調節(jié)運行??刂葡到y(tǒng)應該根據熱源出口處的參數,如:熱網供回水溫度、室外溫度、熱網供回水流量(主要是監(jiān)視異常情況),預測熱源的供回水溫度,并且進行反饋調節(jié)。如圖4所示。

3.2.2  循環(huán)泵變轉速時的預測控制

由前面的分析可知,熱力系統(tǒng)采用變流量運行方式輸送熱量是節(jié)能的。在較大范圍內變化流量調節(jié)時,采用變頻變循環(huán)泵轉速則是最節(jié)能的。因此如果熱用戶是變流量運行,則循環(huán)泵應該采用變頻變轉速運行,熱源則應該采用質調節(jié)與量調節(jié)相結合的綜合調節(jié)運行方案。

控制系統(tǒng)應該根據熱源出口處的參數(如:熱網供回水溫度、熱網供回水壓力、熱網供回水流量、室外溫度),以滿足供熱用戶需求、系統(tǒng)整體能耗最小為預測控制的最優(yōu)目標函數,預測熱源的供回水溫度、熱網供回水壓力、熱網供回水流量,并且進行反饋調節(jié)??刂葡到y(tǒng)原理方框圖如圖5所示。

3.2.3  循環(huán)泵調節(jié)

循環(huán)泵應該按照預測控制系統(tǒng)預報的供回水流量和壓力參數,在保證系統(tǒng)水力工況穩(wěn)定的前提下進行反饋調節(jié)。

3.2.4  熱源調節(jié)

熱源應該按照預測控制系統(tǒng)預報的循環(huán)流量和供回水溫度進行調節(jié),在保證控制指標的前提下,鍋爐采用最佳燃燒尋優(yōu)調節(jié)。

4、結論

供熱系統(tǒng)適量供熱調節(jié)是實現(xiàn)供熱節(jié)能的關鍵技術之一。但是面對各種不同的用戶系統(tǒng)及供熱方式,需制定相對應的整體綜合調節(jié)策略。根據我國供熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀,應該針對新型供熱系統(tǒng)和舊有供熱系統(tǒng)制定相應的方案。

4.1  新型建筑

針對新型建筑小區(qū),室內系統(tǒng)都應該按照分戶供熱、分戶計量設計,每一臺終端散熱設備都應該安裝雙通溫控閥調節(jié)室溫。熱源與熱網應該采取綜合調節(jié)策略,以保證供熱指標和系統(tǒng)能耗最低為目標函數,以熱源、熱網及熱用戶為綜合調節(jié)對象,進行預測、優(yōu)化和專家智能的控制策略。

4.2  舊有建筑

針對舊有建筑,可以采用多種室內供熱系統(tǒng)并存,在不同建筑物的熱力入口處安裝不同的入口裝置。入口裝置既要滿足原有室內供熱系統(tǒng)的供熱需求,又要滿足熱源、熱網系統(tǒng)綜合調節(jié)的供熱需求。這樣就形成了建筑物入口裝置分散調節(jié),熱源與熱網集中控制的集散式控制系統(tǒng)。
 
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