供熱系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)與節(jié)能

1、供熱系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)與節(jié)能摘要本文通過對(duì)供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷及水力失調(diào)進(jìn)行闡述，分析了水力失調(diào)產(chǎn)生的 原因，從而希望找到解決系統(tǒng)水力失調(diào)的解決措施，通過分析發(fā)現(xiàn)從熱負(fù)荷和調(diào) 節(jié)供熱系統(tǒng)水力失調(diào)對(duì)供熱系統(tǒng)節(jié)能有很大貢獻(xiàn)。在平衡水力失調(diào)的同時(shí)，供熱 系統(tǒng)還可以達(dá)到降低供熱系統(tǒng)能耗的作用。經(jīng)過分析知道，供熱系統(tǒng)節(jié)能可以從 減少熱量供應(yīng)、均衡分配熱量以及減少供熱系統(tǒng)運(yùn)行所耗電能這三個(gè)方面入手進(jìn) 行供熱系統(tǒng)節(jié)能。用附加阻力消除用戶剩余的資用壓頭。用附加壓頭提高用戶不 足的資用壓頭。分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)就是把整個(gè)供熱期按室外溫度的高低分 幾個(gè)階段，在熱負(fù)荷較大時(shí)采用較大流量，在熱負(fù)荷較小時(shí)采用較小流量。間歇 調(diào)

2、節(jié)。這四種調(diào)節(jié)方式都可以達(dá)到節(jié)能的目的。分析后提出熱水供暖系統(tǒng)的最佳 調(diào)節(jié)工況一質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)理論分析后發(fā)現(xiàn)，這三個(gè)方面可以通過綜合質(zhì)一量 調(diào)節(jié)來達(dá)到，進(jìn)一步提出了質(zhì)一量調(diào)節(jié)的幾種方式，分析了各種調(diào)節(jié)方式的特點(diǎn)。 通過綜合質(zhì)一量調(diào)節(jié)達(dá)到供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的目的。關(guān)鍵詞：供熱、熱負(fù)荷、水力失調(diào)緒論目前在我國北方一些大中城市已相繼實(shí)施了集中供熱。集中供熱與分散供熱 比較，節(jié)能效果是顯著的。但是對(duì)已經(jīng)采用了集中供熱的系統(tǒng)，如果不重視科學(xué) 管理，仍然達(dá)不到最佳的節(jié)能效果，近年來，某些城市實(shí)施集中供熱后，房間溫 度偏高，普通房間室溫均在20C以上，個(gè)別房間溫度達(dá)到25C，為此很多用戶 不得不開窗放氣，

3、以調(diào)節(jié)室溫，致使大量能源白白浪費(fèi)。經(jīng)估算，由于室溫高出 設(shè)計(jì)溫度（按18C計(jì)）2C所造成的維護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量的增加在供暖期內(nèi)平均為 7.3%。高出設(shè)計(jì)溫度4C時(shí)將增加14.5%1如按100萬平米供熱小區(qū)為例，僅 此一項(xiàng)，每一供暖期將多耗標(biāo)煤2200-4400 t，如果考慮開窗放氣造成的冷風(fēng)侵人的影響，耗熱量的增加將會(huì)更大。而如果在熱源處采取科學(xué)合理的調(diào)節(jié)手段， 則即可保證環(huán)境的舒適，又可節(jié)約大量的燃料。據(jù)相關(guān)資料顯示，我國建筑采暖能耗較同緯度發(fā)達(dá)國家建筑采暖能耗高，采 暖能耗浪費(fèi)很大。這里有現(xiàn)實(shí)的問題，更有歷史的原因，不僅涉及建筑墻體節(jié)能， 更涉及供熱系統(tǒng)技術(shù)裝備水平、管理水平，以及供熱收費(fèi)體制等

4、社會(huì)政策方面的 因素。由于存在這些問題，可以節(jié)能的地方也比較多，本文希望通過優(yōu)化調(diào)節(jié)供 熱系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能的目的。一、供熱系統(tǒng)分析1、熱負(fù)荷建筑物采暖熱負(fù)荷同室外氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻照、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、 建筑物內(nèi)設(shè)備散熱量等因素有關(guān)。對(duì)于已有的建筑物和現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)，室外氣 溫起著決定性作用。對(duì)于現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)在理論上，可以把熱負(fù)荷只看作是室外 溫度的函數(shù)，即供熱過程就是維持建筑物室內(nèi)氣溫適宜人們工作、生活，維持建筑物得熱與 失熱始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡這樣一個(gè)過程。即有熱平衡方程式:9*命fl%）；“ （1 1）2、供熱系統(tǒng)水力失調(diào)供熱系統(tǒng)水力失調(diào)是指熱水供熱系統(tǒng)各熱力站（或熱用戶）在運(yùn)行中的

5、實(shí)際 流量與規(guī)定流量的不一致現(xiàn)象。供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的程度用水力失調(diào)度來衡量。 水力失調(diào)度定義為熱力站（或熱用戶）的實(shí)際流量與規(guī)定流量的比值，其數(shù)學(xué)表 達(dá)式是：賓（2 2）水力失調(diào)有三種情況：當(dāng)系統(tǒng)各個(gè)用戶的水力失調(diào)度分別都大于或小于1時(shí)， 稱為一致失調(diào)。當(dāng)系統(tǒng)各個(gè)用戶的水力失調(diào)度有的大于1，有的小于1時(shí)，稱為 不一致失調(diào)。當(dāng)系統(tǒng)各個(gè)用戶的水力失調(diào)度分別都相等時(shí)，稱為等比失調(diào)。出現(xiàn) 等比失調(diào)的情況是各個(gè)用戶的流量大于或小于規(guī)定流量，其比值是相同的，其導(dǎo) 致采暖房間的過熱或過冷程度是一樣的。3、供熱系統(tǒng)產(chǎn)生水力失調(diào)原因產(chǎn)生水力失調(diào)的根本原因：是由于在該運(yùn)行狀態(tài)下熱網(wǎng)特性不能在用戶需要 的流量下實(shí)現(xiàn)

6、各用戶環(huán)路的阻力相等，也就是我們通常所說的阻力不平衡。產(chǎn)生水力失調(diào)的客觀原因：產(chǎn)生水力失調(diào)的客觀原因很多，僅就其主要而言 如下幾個(gè)方面：熱網(wǎng)管道規(guī)格的離散性使熱網(wǎng)設(shè)計(jì)不可能在不經(jīng)過人為調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)各個(gè)用 戶環(huán)路的水力平衡。在熱網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，一般是滿足最不利用戶點(diǎn)所必需的資用壓頭， 而其它用戶的資用壓頭都會(huì)有不同程度的富裕量。循環(huán)水泵選擇不當(dāng)，流量、壓頭過大或過小，都會(huì)使工作點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài) 而導(dǎo)致水力失調(diào)。系統(tǒng)中用戶的增加或減少，即網(wǎng)路中用戶點(diǎn)的變化，要求網(wǎng)路流量重新分 配而導(dǎo)致水力失調(diào)。系統(tǒng)中用戶用熱量的增加或減少，即用戶熱量要求的變化，也要求流量重 新分配而導(dǎo)致水力失調(diào)。二、供熱系統(tǒng)節(jié)能分析供熱系

7、統(tǒng)總能耗包括兩部分：一是供熱量；二是輸送熱量所消耗的電能。供 熱系統(tǒng)節(jié)能主要有以下幾個(gè)途徑。1、盡可能減少總供熱量供熱系統(tǒng)總熱負(fù)荷隨著室外氣溫變化而變化，每一時(shí)刻為滿足采暖建筑的基 本采暖要求（設(shè)計(jì)室溫18C ）所供總熱量，為最小值，即總供熱恰好等于基本的 總需求。供小于需則供熱不達(dá)標(biāo)，供大于需，則用戶過熱室溫過高，用戶散熱加 大，造成熱能浪費(fèi)。因此在供熱運(yùn)行中，需適時(shí)地對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便使 供求熱量保持平衡，且始終維持在最小值。2、熱量分配應(yīng)均衡在熱量分配上，力求供熱系統(tǒng)上各用戶室溫均衡，避免因供熱系統(tǒng)的水平失 調(diào)，用戶垂直失調(diào)，而造成用戶冷熱不均現(xiàn)象。也就避免了為使冷的用戶達(dá)標(biāo)， 而

8、致使熱的用戶超溫，造成熱能浪費(fèi)問題。供熱系統(tǒng)的平衡是供熱系統(tǒng)節(jié)能的前 提基礎(chǔ)，是進(jìn)行供熱調(diào)節(jié)的前提條件。3、熱量輸送電耗盡可能節(jié)省熱量的輸送是一個(gè)消耗電能的過程，所耗有效功率：N （2-1）可見熱量輸送所消耗有效功率既同流量V成正比，同系統(tǒng)阻力?成正比。 另由熱水網(wǎng)路的水力特性可知：4 （2-2）將（3-2）式代入（3-1 ）式可得：七 2600（2-3）由（3-3）式可見有效功率吒只同流量V的立方成正比，其它為常數(shù)（S值 在供熱系統(tǒng)閥門不操作時(shí)也為常數(shù)），減少供熱系統(tǒng)流量V將極大降低電耗。當(dāng) 供熱系統(tǒng)采用水泵調(diào)速改變流量運(yùn)行時(shí)（3-3）式也可從水泵相似理論獲得。- r- F 、 三EJ f

9、廣 e由熱平衡方程尸 可知，當(dāng)室外溫度七一定時(shí)，建筑G * 仁（上 J物耗熱量Q為一定值，即供熱量一宛一一為一定值，此時(shí)可以通過增大（匕 一以），以此來降低供熱系統(tǒng)循環(huán)流量G，從而降低輸熱電耗。三、供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)優(yōu)化1、供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)優(yōu)化理論分析散熱器供暖系統(tǒng)供熱調(diào)節(jié)的基本公式=件=壬曹=效；：.如廣，=6典廠以），處賣00=礦、。也-如：=&.上畢=_ =僅 =電=即弓干瓦產(chǎn)可k其它同前（上面符號(hào)中有角標(biāo)“ j”者表示在室外計(jì)算溫度下的數(shù)值，沒有 角標(biāo)“j”者則表示在任意室外溫度下的數(shù)值）。由此方程可知:（1）當(dāng)室外溫度七變化時(shí)，供熱系統(tǒng)上各用戶樓需求熱量及供熱系統(tǒng)總需 求熱量都按同一比例變化。

10、（2）用戶的耗熱量Q隨著用戶室內(nèi)溫度為的升高而增加，當(dāng)室內(nèi)溫度&等 于設(shè)計(jì)的18C時(shí)的耗熱量，應(yīng)為建筑物的基本耗熱量，即為保證建筑物供熱質(zhì)量 下的最少耗熱量。從供熱系統(tǒng)與熱用戶整體關(guān)系角度來討論熱量的供求調(diào)節(jié)關(guān)系，供熱調(diào)節(jié)有 質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)兩種基本調(diào)節(jié)方法。把上述供熱調(diào)節(jié)方法作為補(bǔ)充條件，代入供 熱調(diào)節(jié)的基本方程式就可得到各調(diào)節(jié)方法的調(diào)節(jié)公式。1、質(zhì)調(diào)節(jié)常用于熱水網(wǎng)。循環(huán)水流量保持不變而只改變供水溫度。適用于 一、二級(jí)供熱系統(tǒng)，為目前國內(nèi)普遍采用的調(diào)節(jié)方法。缺點(diǎn)只節(jié)約熱量，并不節(jié) 約電能。2、量調(diào)節(jié)常用于水供熱系統(tǒng)，也可用于蒸汽供熱系統(tǒng)。保持供水（汽）溫 度不變，而只改變循環(huán)水（汽）流量。量調(diào)

11、節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，既節(jié)熱，又節(jié)電。2、供熱系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法用附加阻力消除用戶剩余的資用壓頭。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，熱網(wǎng)各個(gè)用戶環(huán)路的 阻力實(shí)現(xiàn)平衡（相等）實(shí)際上是做不到的。循環(huán)水泵壓頭是按照最不利（阻力最 大的）環(huán)路所消耗的阻力來確定。因而在設(shè)計(jì)無誤時(shí)，其它各個(gè)環(huán)路都存在著或 多、或少的剩余壓頭。這些剩余壓頭都要在系統(tǒng)正式運(yùn)行之前通過初調(diào)節(jié)予以消 除，如果不能消除，就會(huì)造成水力失調(diào)。在用戶系統(tǒng)安裝完善的自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備是解決這個(gè)問題的一種有效方法。可以 減少過熱部分用戶的熱量浪費(fèi)，獲得節(jié)能效果。用附加壓頭提高用戶不足的資用壓頭。當(dāng)系統(tǒng)循環(huán)水泵實(shí)際揚(yáng)程不夠時(shí)，采 取附加阻力的方法來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻力平衡是做不到的。這種

12、方法采取在用戶系統(tǒng) 入口安裝不同規(guī)格的小水泵來補(bǔ)足資用壓頭的欠缺部分。它的特點(diǎn)是除了節(jié)約熱 能效果外，水泵電耗將降低，節(jié)能效果更顯著。熱水供暖系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)工況一一質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)。從單個(gè)用戶樓室內(nèi)采暖系統(tǒng)角度來考慮，供熱調(diào)節(jié)不僅應(yīng)滿足用戶整體在某 一室外溫度下的耗熱量，保證用戶整體的平均室內(nèi)溫度等設(shè)計(jì)值，而且應(yīng)保證用 戶每個(gè)房間的室內(nèi)溫度都等于設(shè)計(jì)值，即隨著室外溫度t的變化，不但供熱系統(tǒng) 總熱負(fù)荷與各用戶樓的熱負(fù)荷按相同的比例進(jìn)行變化，而且應(yīng)使用戶每個(gè)房間的 散熱設(shè)備的放熱量也按相同的比例變化。由此可得出熱水供暖系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)工 況，公式如下：|雙管系統(tǒng)：s土 二 4十【，（&十品一方蟲二&

13、） 十上婦一知）J 土佐）5門f 一 J廣廠=F*茨胃右、 ffJE方二=產(chǎn)=f單管系統(tǒng)： 、飛-虹日、f）m：i-f丁由公式可見，不論是單管還是雙管熱水供暖系統(tǒng)，其最佳調(diào)節(jié)工況均是質(zhì)和 量的綜合調(diào)節(jié)。隨著室外氣溫七的升高，不但應(yīng)降低供水溫度，而且還應(yīng)該 逐步減少網(wǎng)路的循環(huán)水流量G。同一供熱系統(tǒng)中，供熱系統(tǒng)循環(huán)水總流量與各用 戶樓及用戶各房間的循環(huán)水流量的變化比例是一致的。（假定同一供熱系統(tǒng)中， 各用戶樓室內(nèi)采暖系統(tǒng)的型式完全相同）。對(duì)于二級(jí)熱水網(wǎng)來講，此法供熱質(zhì)量 最好，同時(shí)既節(jié)電又節(jié)熱，也是最節(jié)能的調(diào)節(jié)方法。4.2.6、質(zhì)和量綜合調(diào)節(jié)可行性分析供熱系統(tǒng)上各用戶之間總體上來講都是并聯(lián)的。由并

14、聯(lián)網(wǎng)路的供熱系統(tǒng)：二二心理=為町=以.片=-得并聯(lián)網(wǎng)路匕5節(jié)士士由上式可知：1、并聯(lián)管段中各分支管的阻力狀況（即阻力系數(shù)S值）不變時(shí)，網(wǎng)路總流 量增加多少倍或減少多少倍，并聯(lián)管段中各分支管段的流量也相應(yīng)增加多少倍或 減少多少倍。2、當(dāng)并聯(lián)管段中任一分支管段的阻力狀況（即阻力系數(shù)S值）發(fā)生變化時(shí)， 網(wǎng)路總阻力系數(shù)必然隨著變化，而且網(wǎng)路總流量在各分支管段中的分配比例也相 應(yīng)地發(fā)生變化。供熱系統(tǒng)的這一水力特性，恰好滿足了供熱系統(tǒng)量調(diào)節(jié)及質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié) 時(shí)水流量變化及水流量分配的需要一一同一供熱系統(tǒng)上，當(dāng)室外溫度七可變化時(shí)， 供熱系統(tǒng)總流量及網(wǎng)上各用戶流量都按同一比例變化，且總流量在各用戶中的流 量

15、分配比例不變。結(jié)論從前述分析可以看出，一次網(wǎng)采用量調(diào)節(jié)、二次網(wǎng)采用供暖系統(tǒng)最佳調(diào)節(jié)工 況一質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)，供熱系統(tǒng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)節(jié)能，既節(jié)熱又節(jié)電，且供熱質(zhì) 量最好。供熱系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可調(diào)節(jié)性是否能很好進(jìn)行，應(yīng)該做好以下兩項(xiàng) 工作：（1）綜合調(diào)節(jié)方案選擇解決系統(tǒng)水力失調(diào)在實(shí)施前必須對(duì)技術(shù)可行的方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，比較 投入和產(chǎn)出，選擇最佳方案實(shí)施。必須研究最優(yōu)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法、選擇 準(zhǔn)則和指標(biāo)。（2）最佳配置的設(shè)備供熱系統(tǒng)中水泵配置的優(yōu)化，包括循環(huán)水泵、中繼泵和終端加壓泵的最佳設(shè) 置和參數(shù)配合，使之系統(tǒng)的運(yùn)行電耗成本最低。這就需要生產(chǎn)廠家配合研究和生 產(chǎn)適合本系統(tǒng)模式要求的具有高效率的水泵系列，如集水泵、變速和控制（壓力、 壓差或溫度）的高效節(jié)能水泵系列。參考文獻(xiàn)1孫延齡、高鳳君供熱調(diào)節(jié)方式分析40頁2007年1月2賀平、孫剛 供熱工程141頁1993年11月附錄術(shù)語符號(hào)Q一熱負(fù)荷W；K一建筑物傳熱系數(shù)W/m2 C；F一建筑物外表面積m2；L 室內(nèi)氣溫C；七一室外氣溫C；C一水的比熱J/kgC；G一采暖循環(huán)水流量m