城市热网平衡技术理论的研究:调热网平衡是什么

来源:经管营销 发布时间:2019-04-23 05:47:51 点击:

  摘要: 近10年来,我国的建筑事业蓬勃发展,集中供暖事业也在迅猛发展。而管网的水力平衡问题人们尤为关注。考虑到城市远景设计,也根据节能及控制污染的原则,住宅建设现在多采用小区规划,相应的供暖方式采用热电厂或区域锅炉房集中供热方式,而供热管网的水力失调现象是目前亟待解决的一个重要问题,它会给人们的生活、工作和学习带来极大的不便。所以保证供热管网的水力平衡是供暖设计工作中的一项重要环节。本文仅从热网平衡控制方面对供热节能做简单的分析。
  关键词: 热网;平衡;技术;产品
  
  据相关资料显示,我国建筑采暖能耗为同纬度发达国家建筑采暖能耗的3倍左右,采暖能耗浪费是巨大的。这里有现实的问题,更有历史的原因,不仅涉及建筑墙体节能,更涉及供热系统技术装备水平、管理水平,以及供热收费体制等社会政策方面的因素。
  
  一、热负荷
  
  大家知道,建筑物采暖热负荷同室外气温、湿度、风向、风速、太阳辐照等因素有关,而其中室外气温起着决定性作用,因此在理论上,把热负荷只看作是室外温度的函数,即Q=f(tw)=K・F(tn-tw)。
  供热过程就是维持建筑物室内气温适宜人们工作、生活,维持建筑物得热与失热始终处于一个动态的平衡这样一个过程。
  即有热平衡方程式: Q=K・F(tn-tw)=G・C(tg-th)・ρ/3600 (1)
  Q―热负荷W;K―建筑物传热系数W/m2・℃;F―建筑物外表面积m2;tn―室内气温℃;tw―室外气温℃;C―水的比热J/kg・℃;G―采暖循环水流量m3/h;tg―供水温度℃;th―回水温度℃;ρ―水的密度kg/m3。
  
  二、热网水力特性
  
  热网上各用户之间总体上来讲都是并联的。由并联网路的热网:
   △P=S1・V12=S2・V22=S3・V32=…
   得并联网路V1:V2:V3:…=1/:1/:1/:…
  
  式中V1、V2、V3分别表示并联段管1、2、3的流量,m3/h;
  式中S1、S2、S3分别表示并联段管1、2、3阻力系数,Pa/(m3/h)2。
  由上式可知:
  1、并联管段中各分支管的阻力状况(即阻力系数S值)不变时,网路总流量增加多少倍或减少多少倍,并联管段中各分支管段的流量也相应增加多少倍或减少多少倍。
  2、当并联管段中任一分支管段的阻力状况(即阻力系数S值)发生变化时,网路总阻力系数必然随着变化,而且网路总流量在各分支管段中的分配比例也相应地发生变化。
  热网的这一水力特性,恰好满足了热网量调节及质和量的综合调节时水流量变化及水流量分配的需要――同一热网上,当室外温度tw变化时,热网总流量及网上各用户流量都按同一比例变化,且总流量在各用户中的流量分配比例不变。
  也就是当热网平衡后,网上各用户阀门不再操作,其开度固定不变(阻力系数不变),随着室外温度tw变化,热网总流量再增减变化多少,网上各用户流量也按相同的比例增减变化多少,只要热网总流量满足了总热负荷变化的需要,那么热网上各用户流量也都能满足其各自的需要(假定同一热网上各用户楼室内采暖系统型式相同),而不需要再重新对热网平衡调节、对水流量分配比例重新进行调整。热网始终是平衡的,热网总流量地各用户中的流量分配比例始终保持不变。
  
  三、热网的平衡技术及产品
  
  目前国内热网平衡技术产品主要有以下几种:
  1、手动调节阀或普通关断阀门
  两产品结构原理相同,皆为单一手动调节孔板,不同的开度对应不同的阻力系数,只是手动调节阀比普通关断阀线性好。调节时,每调节任一用户阀门,由于并联用户间的相互耦合作用,全网总流量、各用户流量及分配比例均发生改变,产生振荡。因此说其调节性能很差,热网很难平衡,但价格低,且无安装条件要求,可应用于一、二级热网,为目前国内热网最广泛采用的平衡控制产品。热网平衡后,各阀门开度固定不变,阻力系数不变,可进行恒定流量的质调节运行,也可进行变流量(含质量并调)调节运行。
  2、平衡阀
  结构同手动调节阀基本相同,也为单一的手动调节孔板,只是在本阀进出口各有一测压孔。调节时,也存在着各用户间流量的相互耦合作用,但调节时要求边调节边测压,测压数据通过专用的仪器及软件来处理,计算出各阀门的开度,来调节全网各用户阀门。操作复杂,且需专用仪器设备和专业技术人员,故应用不多,安装条件要求不高,可用于一、二级网。热网平衡后,各阀门开度不变,即阻力系数不变,热网可进行恒流量的质调节运行,也可以采用变流量(含质量并调)调节运行。
  3、自力式流量控制阀(器)及差压式流量控制阀
  二者结构、原理相近。自力式流量控制阀是由手动孔板、自动孔板、自动调节机构、压力控制(反馈)管路及流量设定刻度标尺等主要部分构成。其原理根据用户设计流量,调整手动孔板开度至流量设定刻度标尺数值,阀前后压差改变时,由压力控制管路反馈压差变化信号到自动调节机构,依靠压差动力使自动调节机构自动调节自动孔板开度,从而维持手动调节孔板前后压差不变,进而达到恒定流量的目的。可避免热网各用户间的相互耦合作用及产生的流量振荡,各用户安装此阀的热网可一次调节即告平衡。具有操作简单、方便、快捷、稳定、可靠的特点;无安装条件要求;价格高于平衡阀;适用于一、二级热网。安此阀的热网平衡后,只能采用恒定流量的质调节运行,而不能采用变流量调节运行(含质量并调调节)。受运行调节方式的限制其推广不普遍,应用普及程度大于平衡阀但远远小于手动调节阀。
  4、热网微机控制平衡技术
  国内热网微机控制系统从控制策略上划分大体有二种:
  一种为热网上各热力站单独控制,换热站根据测出的室外温度tw,调整一次侧的电动调节阀门,以改变流过水一水热交换器的一次侧水流量。从而使二次侧热交换器出口水温tg,达到设定值tgset。从原理上讲,只要给出合理的室外温度tw与二次网供水温度tg之间的关系式,设计好电动调节阀门的调节算法,是能够使用户侧采暖建筑达到要求的。但从整个热网看,由于各换热站与热网皆为并联联接,换热站之间存在相互的耦合作用,某一个站阀门有动作,其余的换热站的电动阀门都将随之动作,总热网及各站将产生较长时间振荡现象,尤其是当外温tw变化较大,热负荷变化较大,而热源调整又不及时的时候,这种振荡会非常严重甚至系统不能工作。因安装条件要求高,造价高,因此只能用于一次网,且由于有上述缺陷,故应用不多。
  5、双功能自力式流量控制阀
  从前述的四种热网平衡控制技术及其产品比较来看均匀性调节的热网微机控制系统对热网的平衡控制能力很强,热源可以进行质调节,也可以采用量调节,但造价太高,且只能用于一次网。
  而同样具有很强的热网平衡能力的自力式流量控制阀(器)造价同微机系统相比却要便宜得多,且简单,操作、维护也方便、快捷,安装条件不受限制,既可用于一次网也可用于二次网。但采用此种平衡技术的热网只能采用恒定流量的质调节运行,不能采用量调节运行,热网节能潜力没有得到最大程度挖掘。反过来,循环泵采用调速变流量运行调节技术的热网也不能用此产品,因此此产品的应用也受到极大限制。
  平衡阀具有热网平衡能力,热网可以采用质调节,也可用量调节。但需要专用仪器设备和专业技术人员来操作,很复杂,不易普及。用手动调节阀及普通阀门平衡控制的热网可以采用质调节,也可采用量调节。但此类阀平衡能力很差,热网很难平衡,也使得运行调节变得不可能。
  因此说,国内热网需要一种同时具有自力式流量控制阀和手动调节阀功能的产品。综合两种产品各自的优点,抑制其各自的缺点,使一个好的热网的平衡控制技术与循环泵调速变流量调节运行技术能同时应用于同一热网之中,组成一个稳定、可靠、经济、节能的供热系统。

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