試論供熱系統(tǒng)適量供熱調(diào)節(jié)技術(shù)
作者:姜永成,高惠娜,顧冬明,鄭瑞蕓,王昭俊,方修睦,趙華
摘要:供熱終端熱量可調(diào),供熱用戶按照熱量收費(fèi)以后,室內(nèi)供熱系統(tǒng)已經(jīng)成為一個自調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因此必須采用相對應(yīng)的供熱調(diào)節(jié)方案,按照用戶所需熱量進(jìn)行供熱才能實(shí)現(xiàn)整個供熱系統(tǒng)的節(jié)能。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)體現(xiàn)在三個方面,一是熱用戶實(shí)現(xiàn)按需購熱;二是輸送系統(tǒng)以最小能耗方式向用戶輸送能量;三是熱源在保證用戶所需熱量的前提下始終處于最佳的燃燒狀態(tài)。在這三個方面都實(shí)現(xiàn)最佳,才是供熱適量調(diào)節(jié)技術(shù)的關(guān)鍵。
1、概述
供熱用戶實(shí)行供熱計(jì)量收費(fèi)[1]以后,必須要有相應(yīng)的熱量可調(diào)節(jié)的手段,否則不能實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能。目前實(shí)現(xiàn)用戶熱量可調(diào)節(jié)的技術(shù)主要是在用戶室內(nèi)的各散熱器支管上安裝自力式溫度電動調(diào)節(jié)閥,用戶可以根據(jù)個人生活習(xí)慣及經(jīng)濟(jì)條件在電動調(diào)節(jié)閥上設(shè)定所需溫度。電動調(diào)節(jié)閥的安裝與調(diào)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(yīng)的調(diào)節(jié)方案。
2、熱力運(yùn)行分析
2.1 用戶分析
2.1.1 安裝雙通閥的室內(nèi)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(nèi)水平式系統(tǒng)。采用雙通溫控閥后,室內(nèi)供熱系統(tǒng)就成為了變流量系統(tǒng)。根據(jù)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(shù);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(shù);是供回水流量。根據(jù)室內(nèi)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行情況結(jié)合(2)式進(jìn)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(diào)節(jié)作用,而且是在主動調(diào)節(jié)局部阻力系數(shù)后變化的。供回水壓差的變化則取決于熱網(wǎng)循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài),循環(huán)泵恒速運(yùn)行時(shí)的變化較小,循環(huán)泵變速運(yùn)行時(shí)的變化則會較大。
2.1.2 安裝三通閥的室內(nèi)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(nèi)垂直系統(tǒng),也適用于分戶供熱的室內(nèi)水平式系統(tǒng)。采用三通溫控閥后,室內(nèi)供熱系統(tǒng)的流量變化很小,可以認(rèn)為是恒流量系統(tǒng)。但是要有部分高溫供水直接流入熱網(wǎng)回水管,造成一定的能量浪費(fèi)。
下面針對以上兩種室內(nèi)系統(tǒng)的熱量調(diào)節(jié)方案對熱網(wǎng)的運(yùn)行工況進(jìn)行分析。
2.2 熱網(wǎng)分析
輸送熱力的熱網(wǎng)循環(huán)泵按兩種運(yùn)行方案進(jìn)行討論,一種是恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行,另一種是變轉(zhuǎn)速運(yùn)行。熱網(wǎng)循環(huán)泵的運(yùn)行方案與室內(nèi)系統(tǒng)的運(yùn)行方案進(jìn)行組合就會產(chǎn)生四種運(yùn)行方案。
2.2.1 室內(nèi)系統(tǒng)變流量熱網(wǎng)循環(huán)泵恒轉(zhuǎn)速
室內(nèi)系統(tǒng)變流量運(yùn)行、熱網(wǎng)循環(huán)泵恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行。由于室內(nèi)散熱器溫控閥阻力的變化,使得管網(wǎng)的基金項(xiàng)目:國家“十一五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。
阻力特性發(fā)生變化,從而使得熱網(wǎng)的流量發(fā)生變化,量為時(shí),熱網(wǎng)阻力系數(shù)會變化為,循環(huán)泵出口揚(yáng)程也會增加到。顯然系統(tǒng)的工作點(diǎn)是沿著水泵的工作特性曲線變化的,在最低供熱負(fù)荷時(shí)熱網(wǎng)的流量可能會變得很小,流量太小熱源是否能夠承受需進(jìn)行綜合分析研究。
另外從節(jié)能的角度研究,恒轉(zhuǎn)速水泵在循環(huán)泵流量減小后,電動機(jī)的負(fù)載變小,其消耗的電能量也會減小。參考文獻(xiàn)中給出了節(jié)流方式調(diào)節(jié)離心式泵類負(fù)載時(shí)的電機(jī)輸入功率計(jì)算公式,如下式所示
(3)式中:是流量為時(shí)循環(huán)泵電動機(jī)消耗的功率,是循環(huán)泵的額定流量,是循環(huán)泵電動機(jī)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(shí)循環(huán)泵電動機(jī)節(jié)電的功率。根據(jù)(4)式可計(jì)算出幾種流量下水泵電機(jī)的節(jié)能率,當(dāng)時(shí),節(jié)電率為;當(dāng)時(shí),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(jì)算零流量時(shí)的節(jié)能率為0.55。
2.2.2 室內(nèi)系統(tǒng)變流量熱網(wǎng)循環(huán)泵變轉(zhuǎn)速
室內(nèi)系統(tǒng)變流量運(yùn)行、熱網(wǎng)循環(huán)泵變轉(zhuǎn)速運(yùn)行。室內(nèi)散熱器溫控閥調(diào)節(jié)后其阻力發(fā)生變化,使得管網(wǎng)的阻力特性發(fā)生變化,從而使得熱網(wǎng)的流量發(fā)生變化,如圖2所示。此時(shí)熱網(wǎng)循環(huán)泵應(yīng)該改變轉(zhuǎn)速,使得循環(huán)泵的工作特性平行下移,下移的最佳工作點(diǎn)應(yīng)該使得管網(wǎng)阻力特性恢復(fù)至點(diǎn),如圖3所示。此種調(diào)節(jié)方案同樣存在系統(tǒng)最小流量限制的問題。
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