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关于供热系统加装喷射泵的节能效果研究

2024-04-10 21:53热泵

北京建筑大学      刘方舟

摘   要:为满足末端用户的需要,传统的供热系统一般采用“大流量、小温差”的运行方式。然而,这也会造成一定的水力不平衡损失。现计划喷射泵供热系统,将喷射泵安装在各支管入楼处,利用喷射泵静压与动压的转化功能,将楼内部分供热回水引入至其供水管中进行混水,这样可以降低输入流量,同时提高供回水温差,减少不必要的过热损失,起到节能的作用。

关键词:喷射泵;节热;节电

       0   引言

       供热系统中,由于管段压力的损失,通常会出现末端用户热量不足,系统水力稳定性差等问题。常用的大流量运行方式可以解决末端供热不足的问题,但同时也造成了很大的热量和电能浪费。通过加装喷射泵可以在一定程度上缓解这些能源浪费的问题。

       1   传统供热系统

       总体来讲,传统供热系统采用的是质量流量调节,即在调节温度的同时,对循环流量也进行了调节。两者共同作用,保证热用户获得所需要的热量。传统供热系统的运行方式会使供暖系统近端用户较热,末端较冷。同时还会产生大量的过热损失。除此之外,由于大流量运行,会造成循环泵消耗的电功率大幅度增加,带来不小的电能消耗。

       具体来讲,传统供热系统存在以下问题:

       1.1   “大流量小温差”运行模式难以改变

       一方面,热用户楼内系统因设计、施工、操作、调试及经济等方面的原因,造成水力不平衡,目前还无有效的技术手段予以解决,为了缓解热用户楼内冷热不均的现象,降低供热系统的热耗,传统供热系统不得不采用“大流量小温差”运行模式,实际供回水温差一般为10℃~15℃。另一方面,“大流量小温差”运行模式,系统水力稳定性差、抗干扰能力差,不利于楼间的水力平衡,且大大增加了循环泵的电耗。如减少流量增大温差,则浪费的热能将大于节省的电能;反之,浪费的电能将大于节省的热能。故在现有技术条件下,对传统供热系统而言,采用某种程度的“大流量小温差”运行模式是其必然的、无奈的选择。

       1.2   “静态水力平衡”难以实现

       静态是指供热工况(如温差、温度、压力、流量等)不变的状态。系统试运行(未供热)时,系统可能在“静态”下运行。

       传统的供热系统,因其运行模式为“大流量小温差”,热用户“远”、“近”差别明显,系统水力稳定性差,热用户相互耦合、相互干扰、相互影响。即使在“静态”下,且测试精度为100%,经过反复、多次、细心的调试后,也只能勉强达到“大体”水力平衡;而且供热单位或平衡阀厂家通常不可能对整个系统进行反复、多次、细心的调试。正是由于其水力稳定性差、调试难度大,所以传统供热系统“静态水力平衡”难以实现。

       1.3   “动态水力平衡”难以实现

       动态是指供热工况(如温差、温度、压力、流量等)发生改变的状态。正常供热时,系统基本上都是在“动态”下运行。

       传统的水力平衡调节技术(阀门节流),因其根植于“系统阻力不变”,然事实上,在“动态”下,热用户楼内系统的阻力是变化的(主要是自然循环动力变化引起的),楼间及户间的阻力比例关系、系统供回水压线、循环泵工作点均会发生改变,这种多层次、累计叠加的影响很大。故严寒期常常出现近端过热而远端不热的现象,供热单位一般采取初末寒期开小泵(少数泵或低频)、严寒期开大泵(多数泵或高频)的措施来解决此问题,此措施虽能解决远端不热的问题,但同时也加剧了近端的过热度。传统水力平衡调节技术不能适应系统的“动态”变化,抗干扰能力差,这是其先天不足造成的,也是其本身无法逾越的技术屏障,故其只能对系统进行“粗调节”,传统供热系统“动态水力平衡”无法实现。

       1.4   无法满足多样化热用户的不同需求

       一方面,采暖方式已呈现多样化,如暖气片采暖、地板采暖、空调暖风采暖等;另一方面,围护结构也呈现多样化,有未节能建筑、一步节能建筑、二步节能建筑、三步节能建筑等。在同一供热系统中,多样化热用户同时存在,而目前传统的水力平衡调节技术,因其无法提供不同的供水温度,故根本不能、也无法满足多样化热用户的不同需求,故无法实现按需供热。

       1.5   无效电耗不可避免

       传统供热系统采用“大流量小温差” 运行模式,在某种程度上能自动缓解供热系统冷热不均的现象,降低供热系统的热耗。同时,也大大增加了循环泵的电耗,因为在系统阻力不变、电机功率因数不变的前提下,循环泵的电耗与其流量的三次方成正比。

       传统的水力平衡调节技术,阀门本身全开时就有一定的阻力(如散热器温控阀阻力系数ξ达18.0左右,DN15闸阀阻力系数ξ为1.5),且调节时,均不同程度地关小阀门,形成大阻力元件,造成现有管道资源的巨大浪费,增加了循环泵的无效电耗。

       2   加装喷射泵的新系统

       新系统在各个热用户入楼处加装一个喷射泵,喷射泵工作原理为:利用喷射泵静压与动压的转化功能,将楼内部分供热回水引入至其供水管中进行混水,达到热网干管“小流量,大温差”、楼内系统“大流量,小温差”运行的状态。

       这样,既减少混水换热站之前的热网压降,又增大了热用户楼内系统压降,大大提高了供热系统的水力稳定性,调试简单,抗干扰能力强(供热工况变化时基本不受影响),同时能有效缓解热用户楼内系统冷热不均的现象。该供热系统克服了传统水力平衡调节技术的先天不足,突破了传统水力平衡调节技术本身的技术屏障,解决了现有供热系统存在的问题,大大降低了现有供热系统的能耗。

       2.1   喷射泵系统节电原理

       喷射泵供热系统,由于喷射泵本身要消耗一定的扬程,使系统阻力系数S发生变化,当循环泵运行流量是原运行流量的1/2时,循环泵运行扬程基本不变,故喷射泵供热系统与传统供热系统循环泵相比,节电率可以达到50%。

       2.2   喷射泵系统节热原理

       喷射泵供热系统,水力稳定性非常高,热用户已无“远”、“近”之分,故调试简单,基本上能彻底解决楼间的水力不平衡问题,且能消除不必要的过热损失,实现楼间节热;喷射泵供热系统,热用户楼内采用“低温大流量小温差”运行模式,且喷射泵本身具有自动调节功能和自动补偿功能,能有效适应系统的“动态”变化,故可缓解楼内的水力不平衡问题,实现楼内节热。

       3   具体运行方案

       在热用户供水干管上加装一个锁闭闸阀,喷射泵跨接在锁闭闸阀两端,并在喷射管上加装Y型过滤器;加装喷射泵的系统运行时,将与喷射泵相连的三个球阀打开,将供水干管上的锁闭闸阀关闭;原供热系统运行时,将与喷射泵相连的三个球阀关闭,将供水干管上的锁闭闸阀打开。

       4   喷射泵系统运行优势

     (1)水力稳定性非常高,调试简单,可彻底根除楼间不平衡问题;

     (2)能有效地适应系统的“动态”变化,抗干扰能力强,可缓解楼内垂直不平衡问题,且能兼容散热器温控阀,实现按需供热;

     (3)能提供不同的供水温度,可满足多样化热用户的不同需求。最大限度地利用了现有的管道资源,消除了无效电耗的消耗;

     (4)可与循环泵变频技术有机结合,实现分阶段改变流量的质调节运行模式;

     (5)技改后,根除了系统的水力失调,减少了大部分热量的无效浪费,平均了各楼宇的室温,从而提高了用户的居住舒适度和满意度,大大降低了供暖纠纷,提升了用户缴费的积极性;

     (6)创造一定的社会价值,通过技改,减少了石化能源的浪费,降低了污染物的排放量,减轻了大气污染的程度,为社会做出一定的环境贡献。

参考文献

       [1] 王毅,杨婷,王玲玲. 热水供热系统的水力平衡与水力稳定性[J]. 大连大学学报,2003,(06):41–45.

       [2] 余贵,集中供热系统“大流量、小温差”现象分析[J]. 科技情报开发与经济,2011,(15):201–203.

       [3] 王明娟,刘岩松,浅谈供暖“大流量,小温差”现象[J],低温建筑技术,2003,(02):59–60.

       [4] 胡文举,那威,李德英,魏志刚,史永征,曾喜平,分布组合式喷射泵供热系统水力稳定性研究与应用[J],区域供热,2013,(04):15–18.

备注:本文收录于《建筑环境与能源》2017年2月刊总第2期。
          版权归论文作者所有,任何形式转载请联系作者。

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