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间接连接和混水连接联合应用的供暖系统调节控制方式分析

2012-06-02 16:51暖通百科
间接连接和混水连接联合应用的供暖系统调节控制方式分析
浙江大学建筑设计研究院  宁太刚 张敏
1 引言
目前的供暖系统中，地板辐射采暖与散热器采暖两种形式并存的情况十分普遍。地板辐射采暖的室内供水温度不能超过60℃，有些情况下30~40℃就已足够，而散热器采暖的室内供水温度在最冷天则需达到80℃甚至更高。因此，这两种采暖用户不能同时与室外热网进行简单的直接连接。面对这种情况，直连混水供暖方式可以很好的解决问题。
直连混水供暖方式在集中供热中发展较慢，其原因主要是早期缺乏热网的水力平衡设备，同时也难以解决热源对水质质量的要求。随着供暖技术的发展及先进监控设备在供暖系统中的成功应用，直连混水供暖方式也慢慢的找到它自身的控制方式，实现了经济节能的目的[1]。
2 供热系统概述
图1 哈尔滨市某供热系统
黑龙江省哈尔滨市某集中供热系统中，热用户与室外管网原采用间接连接方式，集中供热管网示意图如图1。供热系统总供热面积190.46万平方米，其中散热器采暖面积为25.59万平方米，地板辐射采暖面积为164.87万平方米。系统共有32个热力站，各个热力站所连接的二级网中均同时连接有散热器采暖用户和地板辐射采暖用户。在采暖季，室外一、二级网均采用质调节，室外一级网设计供水温度为95℃，用户侧二级网设计供水温度为85℃，与散热器采暖用户所需的供水温度相同。而这一二级网供水温度对地板辐射采暖用户而言则过高，导致地板辐射采暖用户室温过高，有些用户甚至需要开窗散热，既不能保证室内热舒适性，又浪费了热能，造成了能源的过量损耗。反之，如果将各个二级网的供水温度降低，散热器采暖用户的室温要求又无法满足。为解决这一矛盾提出下面改造方案。
散热器采暖采用间接连接，地板辐射采暖采用混水连接。在地板辐射采暖小区分别设置混水站，在满足散热器采暖用户供水温度的同时通过调节混水比使地板辐射采暖用户得到所需的供水温度。改造后，一级网设计供水温度仍为95℃不变；散热器采暖二级网设计供回水温度为85/60℃，一级网设计回水温度为65℃；地板辐射采暖二级网设计供回水温度为60/45℃，一级网设计回水温度与二级网设计回水温度相同。供热系统改造原理图见图2。
1.碟阀 2.调节阀 3.换热器 4.循环泵 5.散热器采暖用户 6.电动调节阀 7.水泵变频器
8.混水泵 9.地板辐射采暖用户 10.气候补偿器 11.室外温度传感器
图2 供热系统改造原理图
3 供暖系统调节方式确定
3.1 间接连接质调节一二级网供回水温度计算公式[2]
3.1.1二级网质调节时供、回水温度计算公式
          (1-1)
          (1-2)
3.1.2一级网质调节时供、回水温度计算公式：
                   (1-3)
                    (1-4)
式中    ——试验确定系数；
        ——采暖房间设计温度，℃；
  、——采暖系统二级网的实际供水温度和设计供水温度，℃；
  、——采暖系统二级网的实际回水温度和设计回水温度，℃；
  、——采暖系统一级网的实际供水温度和设计供水温度，℃；
 、——采暖系统一级网的实际回水温度和设计回水温度，℃；
   、——室外温度和室外采暖设计温度，℃；
       ——某一室外温度下的采暖热负荷与采暖设计热负荷之比；
         ——。
3.2地板辐射采暖混水连接质调节热网和用户供回水温度计算公式[3]
3.2.1地板辐射采暖混水连接质调节用户供回水温度计算公式：
                    (1-5)
                    (1-6)
3.2.2混水连接地板辐射采暖系统热网的供、回水温度计算公式：
                  (1-7)
               (1-8)
式中 ——地板辐射供暖热用户室内设计温度，℃；
     ——地表面平均温度，℃；
    ——某一室外温度下的采暖热负荷与采暖设计热负荷之比；
、——地板辐射供暖时热用户实际供水温度和设计供水温度，℃；
、——地板辐射供暖时热用户实际回水温度和设计回水温度，℃；
、——地板辐射采暖网路的实际供水温度和设计供水温度，℃；
——地板辐射采暖网路的回水温度，℃。
4 计算结果分析
4.1 供暖用户和热网供回水温度及流量分析
系统改造后若一、二级网均为恒流量运行，则在采暖季中系统各部分的热水温度应随室外温度变化而变化，其对应曲线如图3所示。在实际运行中，热网供水温度采用散热器采暖用户对应的一级网供水温度。此时对地板辐射采暖用户而言，其一次网供水温度偏高，可以通过改变其一级网流量和混水站混水比来满足用户质调节的要求。经计算，地板辐射采暖混水站中混水比及一级网流量与室外温度的关系如表1所示。由表中数据可知，随室外温度的变化散热器采暖供水温度一直高于地板辐射采暖供水温度，并且随着室外温度的降低两者供水温差逐见减小，因此地板辐射采暖一次网流量逐见增加，混水站混水比逐见减小。
这样，整个一级网的流量也将随室外温度变化而变化，即一级网的实际调节方式为质量-流量综合调节。
图3系统恒流量运行时各部分热水温度随室外温度变化的调节曲线
表1混水站中混水比及一级网流量与室外温度的关系
(℃)
(℃)
(℃)
    
( t/h)
  
( t/h)
( t/h)
  
5
40.81
45.96
2.33
3.50
1156.24
0.74
434.14
1590.38
0.80
3
44.31
49.47
2.33
3.34
1197.29
0.77
434.14
1631.43
0.82
0
49.56
54.59
2.33
3.15
1251.82
0.80
434.14
1685.96
0.84
-2
53.06
57.93
2.33
3.05
1284.52
0.82
434.14
1718.66
0.86
-4
56.55
61.21
2.33
2.95
1314.87
0.84
434.14
1749.01
0.88
-6
60.05
64.45
2.33
2.87
1343.24
0.86
434.14
1777.38
0.89
-8
63.55
67.64
2.33
2.80
1369.91
0.88
434.14
1804.05
0.90
-10
67.05
70.80
2.33
2.73
1395.09
0.89
434.14
1829.23
0.92
-12
70.54
73.92
2.33
2.66
1418.98
0.91
434.14
1853.12
0.93
-14
74.04
77.01
2.33
2.61
1441.72
0.92
434.14
1875.86
0.94
-16
77.53
80.07
2.33
2.55
1463.43
0.94
434.14
1897.57
0.95
-18
81.03
83.11
2.33
2.50
1484.21
0.95
434.14
1918.35
0.96
-20
84.52
86.11
2.33
2.46
1504.16
0.96
434.14
1938.3
0.97
-22
88.01
89.10
2.33
2.41
1523.35
0.98
434.14
1957.49
0.98
-24
91.51
92.06
2.33
2.37
1541.84
0.99
434.14
1975.98
0.99
-26
95.00
95.00
2.33
2.33
1559.70
1.00
434.14
1993.84
1.00
注：—混水站设计混水比，—混水站实际混水比，—地板辐射采暖系统一级网实际总流量，—地板辐射采暖热力站中一级网实际总流量与设计总流量之比，—散热器采暖系统一级网总流量，—供热系统热网实际总流量，—供热系统热网实际总流量与设计流量之比。其它符号同前。
4.2 混水站调节控制研究
经上述分析可知，要使改造后的系统的二级网得到精确质调节，则热力站须配备自控装置。改造后，热网供水温度调节曲线采用散热器采暖供水温度随室外温度变化的调节曲线，散热器采暖混水站定流量运行。由图3可知对于地板辐射采暖用户供水温度偏高，故要改变地板辐射采暖混水站混水泵的混水量，根据地板辐射采暖供水温度随室外温度变化的调节曲线，气候补偿器监测的室外温度，控制电动二通阀开度和变频混水泵的转速，改变二级网供水温度，从而使用户实现质调节。
5 节电效果
供暖系统改造后，系统水泵能耗计算结果见表2。可见，系统由间接连接改造成直连混水连接后，不仅解决了地板辐射采暖用户室温偏高的问题，而且可以节省39.30%的耗电量。
表2 改造前后水泵年耗电量对比
供热方案
一级网电耗
二级网电耗
总电耗
节电百分比
kwh
kwh
kwh
﹪
原供热方案
1059504.21
1826647.85
2886152.06
0
改造方案
866727.22
885088.33
1751815.55
39.30
6 结论
改造后的供暖系统中，散热器间连采暖和地板辐射直连混水采暖同时存在，地板辐射采暖混水站的一级网流量和混水比都在不断变化，供暖系统对二级网进行精确的质调节，热力站需要加装自控装置。供暖系统改造后，不仅解决了地板辐射采暖用户室温偏高的问题，并且与原系统相比水泵可节电39.30%。此外，由于地板辐射采暖采用直连混水方式，热网供回水温差增大，增加了供暖系统的供热能力。由此可见，当供热系统中同时存在散热器采暖用户和地板辐射采暖用户时，用户与室外热网采用混水连接形式比较适宜。
参考文献
[1]徐伟, 邹瑜. 供暖系统温控与热计量技术[M]. 中国计划出版社. 2000
[2] 贺平, 孙刚. 供热工程.第三版[M].中国建筑工业出版社. 1993
[3] A.E.Delsante. Steady-state Heat Lossed from the Core and Perimeter Regions of a Slab-on-ground Floor. Building and Environment[J]. 1989
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