集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況的動(dòng)態(tài)模擬和控制

1、集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況的動(dòng)態(tài)模擬和控制簡介：介紹了利用集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況計(jì)算機(jī)模擬分析軟件確定系統(tǒng)水力工況調(diào)節(jié)控制值的新方法，并對實(shí)際投入運(yùn)行供熱系統(tǒng)，在不同氣候條件，不同用戶特點(diǎn)條件下的運(yùn)行控制策略進(jìn)行了模擬分析，提出了系統(tǒng)的控制方案。設(shè)想利用現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)模擬分析相集合，使用系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的水力工況進(jìn)行模擬分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。關(guān)鍵字：集中供熱管網(wǎng)水力工況動(dòng)態(tài)模擬目前，我國很多城市的集中供熱和空調(diào)系統(tǒng)的規(guī)模正不斷地?cái)U(kuò)大。如熱、電、冷產(chǎn)，區(qū)域集中供熱、供冷系統(tǒng)等。但隨著供熱、供冷規(guī)模的擴(kuò)大，管網(wǎng)的水力工況將變得十分復(fù)雜，其水力失調(diào)問題將變得十分突出。

2、從而使其供熱、供冷質(zhì)量下降，出現(xiàn)不能滿足用戶要求的情況。對于一個(gè)設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)，一般可以通過初調(diào)節(jié)，使各用戶的流量達(dá)到設(shè)計(jì)值。但對于一個(gè)規(guī)模大管網(wǎng)復(fù)雜的系統(tǒng)，使用目前常用的方法（如阻力系數(shù)法、正常流量法、回水溫度法和經(jīng)驗(yàn)試湊法），由于受到各種條件的制約，存在準(zhǔn)確度不高，需反復(fù)調(diào)試，工作量過大等問題。其效果不是很理想。因此有必要尋找一種準(zhǔn)確有效的調(diào)節(jié)控制方法。實(shí)際運(yùn)行的供熱空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中任何一個(gè)調(diào)節(jié)裝置的工作參數(shù)發(fā)生變化，必然引起管網(wǎng)之間流量的重新分配。而且在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，隨著氣候變化和用戶使用情況的變化，其用戶所需的熱（冷）量是動(dòng)態(tài)變化的，因此系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制應(yīng)適應(yīng)這種變化

3、。筆者設(shè)想利用現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)模擬分析相集合，利用水力管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的水力工況進(jìn)行模擬分析，進(jìn)而使用分析的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，這不僅可以提高調(diào)節(jié)的精度，避免人工調(diào)節(jié)的工作量，而且可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水力工況的動(dòng)態(tài)控制。十分有利于系統(tǒng)的節(jié)能。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，首先必須計(jì)算出控制值的大小即調(diào)節(jié)閥的開度。本文重點(diǎn)介紹利用集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況計(jì)算機(jī)模擬分析軟件確定系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制值的新方法，并通過對實(shí)際投入運(yùn)行供熱系統(tǒng)，在不同氣候條件，不同用戶特點(diǎn)條件下的運(yùn)行控制策略進(jìn)行模擬分析，提出系統(tǒng)的控制方案。1水力工況的模擬方法復(fù)雜供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況計(jì)算機(jī)模擬分析軟件運(yùn)用節(jié)

4、點(diǎn)質(zhì)量流量平衡方程，回路壓力平衡方程、圖論理論與斯考德-恒斯雷試算迭代法建立數(shù)學(xué)模型而開發(fā)，計(jì)算機(jī)模擬時(shí)對獨(dú)立回路的選擇，水泵性能特性曲線，熱壓值的計(jì)算、固定質(zhì)量流量所在分支的處理按【文獻(xiàn)3】提供的方法進(jìn)行處理。2流量調(diào)節(jié)控制方法對于一個(gè)新投入運(yùn)行的供熱空調(diào)系統(tǒng)，在各管網(wǎng)分支阻力已知的前提下，各用戶入口實(shí)際的流量分配一定。因設(shè)計(jì)中受管徑的限制和其它因素（如自然熱壓）的影響而存在不同程度的不平衡率，即用戶的實(shí)際需流量和自然分配的流量不相同。這就必須采取流量調(diào)節(jié)的方法，使整個(gè)管網(wǎng)的回路壓力平衡方程得到滿足。本文采用的流量調(diào)節(jié)控制方法為固定流量法，即在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算時(shí)，將已知流量的用戶分支作為固定流量

5、分支，在網(wǎng)絡(luò)解算過程中，固定流量分支不參與網(wǎng)絡(luò)解算的迭代過程，使其流量保持不變。待網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)束，其他分支流量都計(jì)算出來后，再計(jì)算各固定流量分支的調(diào)節(jié)參數(shù)。固定流量法一般與斯考德-恒斯雷配合使用。在網(wǎng)絡(luò)解算的同時(shí)求出調(diào)節(jié)參數(shù)。3系統(tǒng)分析模型以圖1所示的住宅室內(nèi)供暖系統(tǒng)為分析對象。假設(shè)其每個(gè)用戶的供暖熱負(fù)荷一致，均為Q3488W，總熱負(fù)荷41856W；室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度tn18，設(shè)計(jì)供水溫度為95，回水溫度為70，散熱器選用鑄鐵散熱器。立管總流量Gz1440kg/h，每戶入口的調(diào)節(jié)閥選用Danfoss公司的RTD一N型預(yù)調(diào)閥。圖1分析模型-住宅室內(nèi)供暖系統(tǒng)示意圖為便于電算分析，將所有管段以及的管段的始末

6、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了編號，計(jì)算各管段的阻力數(shù)，按要求建立原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件。進(jìn)行系統(tǒng)模擬時(shí)，將每個(gè)用戶按固定流量分支參與系統(tǒng)計(jì)算，其模擬結(jié)果反算出每個(gè)用戶入口進(jìn)入設(shè)計(jì)流量調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)壓降。進(jìn)而可以計(jì)算出每個(gè)調(diào)節(jié)閥的開度。4系統(tǒng)運(yùn)行控制策略在整個(gè)供暖期內(nèi)，因室外氣候條件的變化，如氣候變暖時(shí)，用戶所需的供熱量減少，則用戶入口的供水流量也相應(yīng)減少。其控制方案可采用調(diào)節(jié)建筑物熱力入口總壓力和調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度以增大其壓降值方法來實(shí)現(xiàn)。4.1調(diào)整用戶入口調(diào)節(jié)閥的壓降設(shè)定值本文模擬了熱力入口總壓力45Kpa，用戶入口流量分別為80、90、100、110、120kg/h時(shí)，系統(tǒng)用戶入口調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)壓降值。結(jié)果如表2所示

7、。表2不同用戶流量時(shí)調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)壓降值（熱力入口總壓力45Kpa）立管編號分支號用戶編號不同用戶流量(kg/h)時(shí)調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)壓降值(Kpa)80kg/h90kg/h100kg/h110kg/h120kg/h立管12用戶.913用戶.914用戶.515用戶.516用戶.317用戶.3立管29用戶.630用戶.631用戶.232用戶.233用戶.634用戶.6立管46用戶.35320.147用戶.04078.148用戶.73690.749用戶.73222.750用戶.09584.02674.151用戶.59766.32980.1分析結(jié)果表明：（1）對于本文的分析模型在系統(tǒng)入口總壓力不變的條件下，

8、隨著用戶需熱量的增大，調(diào)節(jié)閥的開度增大，阻力數(shù)減小，則調(diào)節(jié)閥的壓降設(shè)定值相應(yīng)減小。（2）在用戶入口流量相同的情況下，各用戶調(diào)節(jié)閥的壓降調(diào)節(jié)值不同，其值的大小取決于供暖系統(tǒng)的制式，自然熱壓的大小，入口總壓力的大小等因素。4.2建筑物熱力入口總壓力的調(diào)節(jié)本文模擬了系統(tǒng)總壓差分別為30000Pa、40000Pa、50000Pa時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)后實(shí)際運(yùn)行工況，其電算模擬結(jié)果（如表1）表明，通過減少系統(tǒng)入口總壓力，熱水供暖系統(tǒng)用戶入口調(diào)節(jié)閥的開度不變的情況下，用戶入口流量按等比規(guī)律降低。從而達(dá)到控制室溫的目的。表1不同熱力入口總壓力時(shí)用戶入口流量和調(diào)節(jié)閥的壓降值立管編號分支號用戶編號熱力入口總壓力(30K

9、pa)熱力入口總壓力(40Kpa)熱力入口總壓力(50Kpa)流量調(diào)節(jié)閥壓降流量調(diào)節(jié)閥壓降流量調(diào)節(jié)閥壓降立管12用戶10688.0101.2112.413用戶10588.2100.4112.614用戶10487.5100.2111.815用戶10386.999.5111.116用戶10286.599.9110.417用戶10185.198.5110.9立管29用戶20690.3103.6114.630用戶20589.0101.3113.331用戶20487.7100.4111.832用戶20386.899.5110.933用戶20285.298.5109.534用戶20183.296.5108

10、.4立管46用戶30692.1104.6115.047用戶30590.29449.5102.0113.448用戶30488.19064.5100.5112.349用戶30386.38690.899.8110.650用戶30284.18220.597.0108.451用戶30182.08170.195.6107.05結(jié)束語為適應(yīng)氣候和用戶用熱變化以及避免系統(tǒng)產(chǎn)生水力失調(diào)，對系統(tǒng)實(shí)施調(diào)節(jié)控制是系統(tǒng)運(yùn)行管理中非常重要的內(nèi)容。而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制一直是我們努力的方向。本文根據(jù)用戶用熱的要求，通過對實(shí)際投入運(yùn)行熱水供暖系統(tǒng)的水力工況的進(jìn)行數(shù)值模擬，得到的數(shù)據(jù)可作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如根據(jù)計(jì)算得出的每個(gè)用戶入口進(jìn)入所需流量時(shí)調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)壓降值，可通過DDC計(jì)算得出的各調(diào)節(jié)閥的開度，控制系統(tǒng)按其計(jì)算值進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)室溫的自動(dòng)控制。利用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬和自動(dòng)控制相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)集中供熱和空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制。它把管網(wǎng)作為一個(gè)整體，可以考慮多