（制冷及低溫工程專業(yè)論文）基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的研究及應用.pdf

山東建筑大學碩士學位論文 摘要 目前 能源日益緊張 生活的各個方面都需要節(jié)能 斛供熱是現(xiàn)代化城市的主要 基礎設施之一 集中供熱不斷發(fā)展 規(guī)模越來越大 供熱能耗也越來越大 約占建筑 能耗的垅左右 傳統(tǒng)的單一布置循環(huán)泵系統(tǒng)形式越來越顯示其不節(jié)能的一面 因為調(diào) 節(jié)閥的使用至少要產(chǎn)生3 0 的無效能量 隨著變頻技術的廣泛應用和計算機控制技術 的發(fā)展 出現(xiàn)了多種循環(huán)泵布置方式 本文根據(jù)我國的供熱現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 分析了 國外的供熱現(xiàn)狀和供熱形式 提出了基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)形式 本文首先介紹了基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的基本原理和基本形式 闡述了該系 統(tǒng)中的一個主要設備即水力分壓器的結構 運行方式 并應用f i j 刪t 軟件對其內(nèi)部的 流動狀況進行了模擬 分析得出該設備在運行時內(nèi)部壓力基本相等的結論 這對于提高 管網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要的作用 結合該系統(tǒng)與直接連接形式 混水連接形式和間接 連接形式進行了對比分析 發(fā)現(xiàn)水力分壓器有時可以代替換熱器 然后 應用圖論知識 建立供熱管網(wǎng)的數(shù)學模型 得到基本關聯(lián)矩陣 基本回路矩 陣的數(shù)學表示 建立管網(wǎng)特征方程組并提出求解方法 為水力工況分析打下基礎 并研 究了多種循環(huán)泵的布置方式 指出最優(yōu)方案是 熱源循環(huán)泵 熱用戶加壓循環(huán)泵 分別 將常規(guī)供熱系統(tǒng) 最優(yōu)循環(huán)泵布置方案以及基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)進行水力工況 的模擬分析 研究表明 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的運行能耗最少 約節(jié)省5 9 是值得推廣的新型供熱系統(tǒng) 通過水力工況模擬分析發(fā)現(xiàn) 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)中零壓差點的最佳位置 在熱源出口處 與熱網(wǎng)規(guī)模和負荷分布無關 在此基礎上本文提出了基于環(huán)路拓展的集 中供熱系統(tǒng)的設計方法和設計思路 最后 以山東招遠熱力工程為例 對基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)進行了研究 實 際運行參數(shù)表明 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)能夠解決水力失調(diào)且節(jié)能效果明顯 節(jié) 能率為4 3 本文提出的設計方法技術上可行 經(jīng)濟上合理 只要合理設計和應用 就 能在實際工程中取得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益 關鍵詞 集中供熱 供熱輸配系統(tǒng) 水力分壓器 節(jié)能 本課題為住房和城鄉(xiāng)建設部科技計劃項目 編號2 0 l l k l 7 6 的子課題 山東建筑大學碩士學位論文 r e s e a r ha n d a p p c t i o no fd i s t r i c th e a t i n gs y s t e m b a s e do nt h e l o o pe x p a n s i o n c h 舳h 岫m i n r c 銜g 盯a t i o n 鋤dc 驢g 礎ce n g i 礎g d 鼬e d b y l i y o n g 弛 a b s t r a c t n o w d a y s e r g y 塢 優(yōu)sh a v et c n d e dt 0b ef e w a n df e w e i i e r g y 鞠訪n g 耐s t si i lo l l rl i f e e w r yw h e 塢 c e m r a lh e a t i n gi s 咄o f 也em a i ni n 丘弱仉l c t m 髑o fm 躍蛔r i lc i t i 懿 w i t l l 血e d e v e l o p m e mo fd i s t r i c th e a t i l l gs y s t e m t h e 餓舸 出b e c o m em o 托鋤dm 0 l a 唱e r m e e l e r g yc 0 珊哪n p t i h 嬲t 0b et 1 1 eh a l fo f 也eb l l i l d i i l g 既i e r g yc 0 ?？ 砸o n t h e 缸a d i t i 伽i a l 砥血g 眥也a tp u m p 船血g l ys e tu pi nh 蒯 u r c e i sn o t 黜唧剛崦 t h e r c g u l a t i o nv 乏d 髑c o m 眥m 砒l e a s t3 0 e 玳哩積 j 1 7 h i c hi sv e 巧w a s t e 甜1 w j m t 1 1 ee x 鋤嚙i v eu o fi n v e 廊屯e c l l l l o l o g y 觚dd 吼 e l 哪嘲e n lo fc o m p l 嗽腫c o n t r o l l o dt h i l o l o g y a 謝e t ro f p 咖叩ss c h 咪a p p e a f e d a c c o r 血g t 0p r e n ts m l a l i o n 鋤d 也ed e 帆l o p i 呦t 刪o f h e a t i i l g a th o m ea n da b r o a d sp 印l c rp s 即 t san e ws y s t 唧 d i s t r i c th e a t i l l gs y s t 鋤b 舔e do n 也e l o o pe x p a l 塔i o n t 1 1 i sp a p e rf 搬i n 瞰 d l l c 鶴t h eb 嬲i cp 血c i p l 鶴趾dt l l eb 弱i cf 0 咖o ft l l es y s 蛔 i l 叩u n d s 蚰血cs t r u c t 哦鋤d 刪0 nm o d e0 f h 刪i cb l e e d e rw 蚯c hi so mo f m em a i ne q u i p m 咖 i n 恤s y s t e m 心峭崦f j 刪ts 0 脅勰t 0s i i 砌a 土ei t s 酬n o wc o n 拙i o 璐 齜糟毗 s h o w st l l a tt h ei n t e 砌p r e s 如他o ft 1 1 ed e i c ei sb 嬲i c a l l ym es 鋤e 砒m nt i i l 艙 t 1 1 i sp l a y s 趾 i n 驢m m tr o l ef o ri n l p r 0 v i n gt h cs t a b i l 時o fp i p em i t 0 r k c o m p a r e d 也en e ws y s t c mw h c m i e c tc o m l e 嘶o nf o r m m 政w a t e rc o 衄硎o nf 0 肌舳di n 商融c 加孫 c t i o nf 0 塒n 趾df 0 衄d 衄h 刪i c d i v i d e r c 觚印l e 她h e a t c x 岫r 礎曲m s t i 吼s e tu pt l l em a t h e m a t i c a l 礎lo f 也eh e a 血l gp 恥餓 t w o r k 吣i n g 鯽hm e 0 g e t t i i l g m a t h e m a t i c a lr e p r e s e n 枷o no f 也eb 嬲i cc o n l a t i o nm a 倒b 鋤dm eb 嬲i cl 伽i pm a t r i x e s 切l(wèi) b l i s hp i p c 脯t w 叼i r kc h 蹦l c l 砸s t i ce q u a t i o 粥鋤d 哪 da l 塒o nm e t 量1 0 dw l l i c hl a ym e f o u n d a t i o nf 0 rt h c 觚a l y s i so fh y d i 孤d i cc o n m t i 0 i 峪 a n ds t u d ya 謝e 緲o fp l m l ps c h 鋤e p o i n t e d o u tt t l eb e s tm a t i o l l i n g h c a t l o 鉻p m n p l 蟛a lu s e 稻p r e s 鯽u r i z e dp l m l p t h e i 山東建筑大學碩士學位論文 s i 如瞄a t i o n 鋤a l y s i so fh y 幽砌i c0 nc o n v t i o n a lh e 撕i l gs y s t e m s o p t i m a lc i 砌a t i o np 岫秘 n l j 鼬g 嬲 糙l l 觴廿l e 珊 i s y e 屯鋤s h o w 廿l a l 恤鋤e q 醪c 0 璐u i n p t i 蚰o ft h ec e 珊瑚 h c a t i i 培s y s t e mb 嬲e do nm el o o pe x p 黜i o ni s 也el e a s t e r g ys a v i l l gr a t ei sa t i o m5 9 t h e 的ws y s t 鼬h a s9 0 0 de c o n o m y 鋤dw on h st op o 恥a r i z a l i o n 觚da p p l i c a t i o n t h o u g l l 瑚盯i n g0 u t 刪y s i so fb 刪i cr e g i m eo fh e a t i l l g 玳腳舊咄w ec a nh 的wn l a tm e b e s tp o s i t i o no f z e p r e s s u r ep o ni sh e a ts o u r c ee x p o r t i ti sn o l l l i n g t 0d 0 砌h 齜s 硫o f t h e k 咖n e t v 舊k 粕dl o a dd i s t r i b l i t i o n o n 也eb 商so ft l l a t 吐l i sp 乏l p e rp f 髑蜘臨d e s i 髓m e t h o d s 鋤dd e s i 酗i d i 淞o f 齜s y s t e m f i i l a l l y g i v e 趾甑鋤p l e l i t h 廿1 en e ws y s t e mo f 疝a o y u 觚 t l l e 刪0 p e 僦n gp a r a m e t e r s i n d i c a 飴也es y s t e mc a ns o l v et h eb y d r a u h c 遍出a l 觚 硼di t se i j 6 音髓o f 鞠 i n g e r g yi s r e m 橢l e s a v eb o u t4 3 也眥也 d i t i o n lm e t h o di i l 吐i a 0 啪 t h ed c s i l l gm e t h o d 也ep a p e rp 峭e n t si st e c h n i c a l l yf e 嬲i b l ea n de c o n o m i c a u yr e 私o m 出l e 眥di tc 孤0 b 吒a i l l h u g e 伽l 砌c 鋤d c 試b e n e f i t s i n 刪c a le n 西玳圮r i i l g 鶴l o n g 懿 k e yw b r d s d 硫諏h e a 土i i i gs y s t e m h e a t i n g 缸a 繼m i s s i 鋤dd 砷 b 嘶 咖 山東建筑大學碩士學位論文 第1 章緒論 1 1 課題背景 我國的城市供熱的發(fā)展起始于2 0 世紀5 0 年代 到1 9 8 5 年底 三分之一的北方城市 采用了集中供熱 供熱面積達5 5 0 d 萬矗 到二十世紀末 供熱面積達1 8 9 億m 2 0 0 4 年 北方城鎮(zhèn)建筑面積總量約為 億平方米 其中7 0 以上的建筑采用不同規(guī)模的集 中供熱進行采暖 剩余部分則采用各類不同的分散采暖方式 1 1 集中供熱已成為城市里 主要的基礎設施之一 發(fā)展城市集中供熱是節(jié)約能源 保護環(huán)境的重要途徑 集中供熱雖然取得了快速的發(fā)展 但是也帶來了一些問題 供暖質(zhì)量不高 能耗嚴 重 眾所周知 中國是能源消耗大國 如此大的采暖能耗加劇了原本嚴峻的能源形勢 全社會總商品能耗的三分之一都是建筑行業(yè)消耗的 而在建筑能耗中5 6 一5 8 2 的能耗 是城鎮(zhèn)民用建筑采暖消耗的 發(fā)達國家的單位面積建筑采暖能耗比我國低的多 所以我 國在降低采暖能耗方面還是有潛力的 造成集中供熱能耗高的原因 總結起來可以歸納為兩點 1 無效熱量大 2 管網(wǎng)輸 送中無效電能多 從圖1 1 可以看出熱源 熱網(wǎng)和熱用戶均可以產(chǎn)生無效供熱量 其中 冷熱不均引起的無效熱量所占比例最大 大約為系統(tǒng)總供熱量的3 叫o 無效電耗主 要是由熱網(wǎng)熱損失產(chǎn)生的 約占3 晰o 3 熱源 輸配管網(wǎng)和熱用戶組成了集中供熱 系統(tǒng) 熱源主要是熱電廠和區(qū)域鍋爐房 近年來熱電廠的熱效率能夠達到8 0 左右 區(qū) 域鍋爐房的熱效率也能夠達到6 0 巧5 之間 但綜合效率仍較低僅為3 5 一5 5 與國 外發(fā)達國家 供熱系統(tǒng)能源利用率為8 0 左右 相比仍有很大的差距 輸配系統(tǒng)是連接 熱源和熱用戶的紐帶 輸配系統(tǒng)的調(diào)節(jié)運行效果直接影響著供熱質(zhì)量的好壞 另外 集 中供熱系統(tǒng)投資的1 3 甚至一半都用在了輸配系統(tǒng)上 4 1 在運行過程中 輸配系統(tǒng)能耗 也是巨大的 改善圍護結構在一定程度上能夠降低建筑供暖能耗 可是要實現(xiàn)6 5 的節(jié) 能 還必須依靠輸配系統(tǒng)的節(jié)能 分戶熱計量的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)上按面積計量收費的方式 能夠促進行為節(jié)能 但是 在實行過程中遇到了不可避免的問題 5 其中 當按照熱量收費時 人們會根據(jù)自己的 生活規(guī)律來調(diào)節(jié)用熱量 現(xiàn)有的供熱輸配系統(tǒng)之間是緊密相連的 過度的調(diào)節(jié)勢必會影 響整個供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性 輸配系統(tǒng)形式的研究有利于推動分戶熱計量 山東建筑大學碩士學位論文 熱 電 總 輸 入 熱 量 多余建筑熱耗 熱源 熱網(wǎng)熱損失 熱損失 圖1 1 供熟系統(tǒng)熱流圖 1 2 國內(nèi)外供熱現(xiàn)狀 前蘇聯(lián)最早采用集中供熱 起始于2 0 世紀2 0 年代 現(xiàn)在俄羅斯8 6 的需熱量來自 于集中供熱 熱電聯(lián)產(chǎn)和大型鍋爐房所占比重相當 其熱網(wǎng)規(guī)模大 熱電廠功率大 供 熱綜合技術比較完善 在管網(wǎng)輸配系統(tǒng)方面 在2 0 世紀6 0 年代 還編制出了可以對多 環(huán)管網(wǎng)進行水利計算的軟件 6 l o 年后 前蘇聯(lián)認識到熱網(wǎng)參數(shù)的選擇對供熱管網(wǎng)有很 大的意義 并著手開始研究 在7 0 年代末編成了c o c h a 計算軟件 用于優(yōu)化供熱規(guī)劃 北歐國家 由于所處的地理環(huán)境的影響 較早的實行了集中供熱 在世界上比較有 代表性的國家有丹麥 瑞典 芬蘭和挪威 目前這四個國家的集中供熱所占比重較大 且 供熱技術和質(zhì)量處于世界領先水平 7 h 9 丹麥在熱電聯(lián)產(chǎn)方面做的比較好 1 9 0 3 年9 月 建成了第一家熱電聯(lián)產(chǎn) 據(jù)統(tǒng)計 現(xiàn)在丹麥的每座大城市都采用這種方式 且丹麥的能 源利用率也較高 雖然城市供熱規(guī)模不斷的增加 但其能源消耗總量仍維持在三十多年 之前的水平 在芬蘭 熱電聯(lián)產(chǎn)提供了個7 0 左右的采暖熱量 由于其燃料能源主要依賴進口 非常注重能源的利用率 所以其供熱系統(tǒng)特點是二次網(wǎng)較小 換熱站規(guī)模較小 自動化 程度高 設有熱計量裝置 瑞典的集中供熱提供的熱量占整個國家采暖熱量的3 4 集 中供熱的發(fā)展也較好 1 0 1 在亞洲 日本是第一個實行集中供熱的國家 從1 9 7 0 年建立第一個集中供熱系統(tǒng)到 2 山東建筑大學碩士學位論文 目前為止已經(jīng)超過6 0 的居民采暖來自集中供熱系統(tǒng) 可見發(fā)展速度較快 節(jié)能和環(huán)保 是日本比較重視的問題 所以為了提高能源的利用率 城市廢熱成了日本集中供熱的能 量來源f 1 此外 日本的集中供熱規(guī)模較小 多用于商業(yè)建筑 住宅用所占比例僅為1 0 韓國的集中供熱開始于2 0 世紀7 0 年代 前期主要是參考芬蘭的技術并消化吸收日 本的技術 8 0 年代進入快速發(fā)展階段 到目前為止 韓國的集中供熱規(guī)模不斷增加 供 熱技術不斷完善 其發(fā)展速度極快 韓國的熱量費用包括固定部分和變動部分 收費方 式較為科學合理 供熱管網(wǎng)的經(jīng)濟性良好 國外集中供熱技術 管理水平的成熟性主要表現(xiàn)在以下方面 1 較早重視到節(jié)能環(huán)保問題 因地制宜的選擇能源利用方式 供熱技術不斷創(chuàng)新 設備和材料不斷更新 基本不存在漏水 老化現(xiàn)象 計量裝置準確 能更好的反映供熱 問題 為實現(xiàn)自動化提供了良好的基礎條件 2 供熱系統(tǒng)多為動態(tài)的變流量系統(tǒng) 能夠隨著熱負荷的改變而改變 避免了能量 的浪費 3 自動化程度高 多采用中央檢測和控制 末端設備處都安裝溫控閥 用戶可以 根據(jù)需要自行調(diào)節(jié) 4 按熱量收費是集中供熱系統(tǒng)發(fā)展的趨勢 西方發(fā)達國家已采用 東歐及原蘇聯(lián) 地區(qū)正逐步推廣 計量的技術也在不斷的完善 計量裝置逐漸向計算機化和小型化發(fā)展 1 2 o 我國的集中供熱始于 一五一計劃 當時主要是學習前蘇聯(lián)的技術 十一屆三中全 會后 供熱事業(yè)才得到重視并有了一定的發(fā)展 1 3 近年來 我國的集中供熱事業(yè)有了較 大的發(fā)展 十一五一期間的前四年內(nèi) 北方采暖地區(qū)既有建筑總面積從6 2 9 億m 2 增加 到8 0 2 4 億m 集中供熱面積有2 6 6 億m 2 增加到3 5 6 億m 見圖1 2 我國集中供熱 的熱源主要是 熱電聯(lián)產(chǎn) 區(qū)域鍋爐房 2 0 世紀8 0 年代以前鍋爐房所占的比重較大 現(xiàn)階段7 0 的供暖面積采用熱電聯(lián)產(chǎn) 規(guī)模越來越大 熱網(wǎng)結構越來越復雜 有時單一 的熱源已不能滿足供熱需求 需要多熱源的聯(lián)合供熱 隨著集中供熱的不斷普及 現(xiàn)階段 我國集中供熱的主要問題 5 1 1 4 1 有以下幾點 1 非節(jié)能性建筑的保溫效果差 2 冷熱不均現(xiàn)象嚴重 3 靜態(tài)的運行模式 4 部分鍋爐運行效率低 外網(wǎng) 跑 冒 滴 現(xiàn)象嚴重造成熱量損失 3 山東建筑大學碩士學位論文 5 有些地區(qū)設備老化 能效水平低 6 自動化水平低 系統(tǒng)自動檢測和控制效果低 n e 攀 醛 瞎 年份 北方既有建筑北方集中供熱面積 圖1 2 十 五 期間北方采暖地區(qū)既有建筑面積和集中供熱面積 1 2 1 供熱輸配系統(tǒng)的研究與發(fā)展 集中供熟系統(tǒng)由 熟源 熱網(wǎng) 輸配系統(tǒng) 和熱用戶組成 熱源和熱用戶之間依靠 輸配系統(tǒng)連接起來 輸配系統(tǒng)的運行效果直接關系到供暖效果和采暖能耗 輸配系統(tǒng)是連接熱源和熱用戶的紐帶 其運行效果直接關系到供熱效果和供熱能 耗 國外對輸配系統(tǒng)的研究開始的比較早 技術比較完善 上世紀6 0 年代 前蘇聯(lián)就 編制了可用于多環(huán)管網(wǎng)水力計算的軟件 十年后 又編制了c o c h a 計算軟件用于優(yōu) 化供熱參數(shù) 同時 歐洲國家開始對輸配系統(tǒng)進行系統(tǒng)的研究 7 8 9 其中一些比較發(fā) 達的國家已形成了比較成熟的軟件系統(tǒng) 如加拿大的d e s a 能源分析系統(tǒng) 芬蘭的 e l 能源規(guī)劃系統(tǒng) 和瑞典的e n o k 軟件 這些系統(tǒng)都是根據(jù)本國的資源情況和 供熱狀況編制的 隨著集中供熱逐漸有單熱源枝狀管網(wǎng)逐漸向多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的轉(zhuǎn)變 許多學者開始研究系統(tǒng)的優(yōu)化運行 研究的內(nèi)容包括系統(tǒng)熱負荷的動態(tài)預測 供熱管網(wǎng) 的動態(tài)模擬和熱源的動態(tài)仿真與控制等 l i m d 1 5 h a 璐s o nt r 1 6 主要對管網(wǎng)進行了動 態(tài)模擬 芬蘭在以上研究的基礎上 研究開發(fā)了a p r o s 軟件包 用于對整個管網(wǎng)進行 動態(tài)模擬 近年來 變頻技術的發(fā)展迅速 理論和實際應用已相對成熟 變頻器開始在供熱管 網(wǎng)中得到越來越多的應用 變頻水泵是實現(xiàn)供熱系統(tǒng)變流量運行的前提 新的設計思想 和系統(tǒng)模式開始出現(xiàn) 美國的一些學者積極的研究如何將變頻泵應用在集中供熱系統(tǒng)中 例如m s h e l 1 7 提出由于在實際運行中設計工況很少出現(xiàn) 一般實際流量都小于設計流量 4 0 o 0 0 o 0 0 o 9 8 7 6 5 4 3 2 山東建筑大學碩士學位論文 如果在設計時考慮到實際運行工況 管徑可以相應的減小 l 硼提出可以用變頻泵 或三速泵代替用戶閥門調(diào)節(jié) 一些學者提出解耦的思想來提高系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性 比如 在熱網(wǎng)和熱用戶之間設置旁通管回路 然后在用戶側設置變頻水泵 這樣做的目的是試 圖解除熱網(wǎng)和熱用戶的有害耦合進而消除用戶間的相互影響 6 我國集中供熱輸配系統(tǒng)的研究主要參考前蘇聯(lián)的研究成果 但是每個國家有自己獨 特的特點 要采用適合本國供熱狀況的技術 我國的集中供熱輸配系統(tǒng)的研究方面起步 較晚 近十幾年來有了較大的進步 我國供熱研究人員在供熱優(yōu)化 系統(tǒng)模擬分析方面 也有突出的研究成果 石兆玉教授f 9 側應用圖論知識對供熱輸配系統(tǒng)的水力工況和熱 力工況進行模擬仿真研究 還應用遺傳算法對供熱管網(wǎng)進行布局優(yōu)化和設計優(yōu)化 研究 成果已應用在實際工程中 蔡啟林教授 2 0 在供熱系統(tǒng)的優(yōu)化方面做了大量的研究工作 研究成果在實際中得到了很好的應用 李定凱教授冽成功地將反向跟蹤分支定界應用在 供熱系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃中 賀平教授 2 5 提出了供熱系統(tǒng)運行水平的評價指標 北方城鎮(zhèn)集中供熱能耗占我國建筑能耗5 6 哆缸5 8 近年來 我國暖通設計人員以節(jié) 能減排為目標主要對管網(wǎng)的系統(tǒng)形式以及熱網(wǎng)和熱用戶的連接方式進行研究 江億腳 提 出在供熱空調(diào)系統(tǒng)中盡量不使用風閥和水閥 改變成使用變速風機和變速泵 清華大學 的狄洪發(fā) 陳亞芹口7 勰 將傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)形式和分布式變頻系統(tǒng)進行技術經(jīng)濟對比分析 得 出后者在熱網(wǎng)中的應用是非常有益的 總結了分布式系統(tǒng)設計時幾個重要的問題 并利 用h a c l 愀軟件對其進行模擬分析得出最優(yōu)的布置方案 定量的分析了該系統(tǒng)的水力穩(wěn) 定性 指出該系統(tǒng)具有更優(yōu)越的穩(wěn)定性和可靠性 北京建筑工程學院的李德英 王紅霞 網(wǎng)阱 3 1 進一步研究了分布式變頻系統(tǒng)的節(jié)能性 設計思路和方法 提出最優(yōu)的設計方案 并應用經(jīng)濟學中的年費用法對其進行技術經(jīng)濟分析 一直以來 無混合裝置的單純直接連接方式是主要的連接方式 隨著熱網(wǎng)規(guī)模的不 斷擴大 單純的直接連接已不能適應 間接連接的方式逐漸應用起來 近年來 供熱系 統(tǒng)的節(jié)能性要求逐漸提高 混水直供的經(jīng)濟性優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來 混水直供方式成為供 暖行業(yè)關注的熱點 對其的研究內(nèi)容主要是從節(jié)能性 經(jīng)濟性 水力穩(wěn)定性和混水方案 這幾個方面來研究 石兆玉教授在文獻 3 2 1 中指出采用變頻泵代替調(diào)節(jié)閥的供熱系統(tǒng) 水 泵的裝機容量節(jié)省l 3 若和混水連接相結合 又節(jié)省l 3 總節(jié)省裝機電量為奶 本文提出的基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)形式是根據(jù)國內(nèi)外的供熱現(xiàn)狀以及我國的 實際情況提出的 是一種新型的供熱系統(tǒng) 山東的招遠和肥城已采用這種形式并取得了 良好的效果 s 山東建筑大學碩士學位論文 1 3 課題的提出及研究意義 我國目前的集中供暖熱網(wǎng)普遍存在著供熱效果不理想 供熱能耗高的問題 能耗高 的原因主要有三個方面造成的 5 圍護結構保溫效果不良 冷熱不均現(xiàn)象嚴重 部分鍋 爐的運行效果低 冷熱不均現(xiàn)象和靜態(tài)的運行模式都與輸配系統(tǒng)有著密切的關系 要改 善這兩個方面就要改善熱網(wǎng)布置和運行方式 傳統(tǒng)的集中供暖系統(tǒng)只在熱源處設置一級主循環(huán)泵 在設計工況下 根據(jù)最不利環(huán) 路所需的壓頭和管網(wǎng)總流量選擇該水泵 通常在選擇時會有定的富余量 所以水泵在運 行時不是在最佳工況點 運行能耗增加 而且這種設計方法使得近端用戶必須依靠調(diào)節(jié) 閥消耗掉多余的資用壓頭 據(jù)測算 水泵的能耗約占供熱系統(tǒng)總能耗的4 0 而這些能 耗中的l 3 左右被各種調(diào)節(jié)閥門消耗 2 6 j 這種單級循環(huán)定流量的布置方式使得供暖管網(wǎng)存在著先天性的水力工況失調(diào) 表現(xiàn) 為冷熱不均現(xiàn)象 為了消除冷熱不均 又采用 大流量 小溫差一的運行方式 形成了 不良循環(huán) 在調(diào)節(jié)手段應用不合理的情況下 實際上 由于管網(wǎng)中各系統(tǒng)流量變化的互相 影響 無法實現(xiàn)真正的水力工況平衡 會出現(xiàn)系統(tǒng)末端供回水沒有壓差的現(xiàn)象 影響供 暖質(zhì)量 這種傳統(tǒng)的設計方案 是人為地加大系統(tǒng)的熱媒輸送電量 又人為地用各種調(diào)節(jié)手 段把多余的電能損耗掉了 這是它的主要弊端 供暖系統(tǒng)設計負荷是按冬季最低室外溫度參數(shù)設計的 而實際上 在供暖期的大部 分時間里 系統(tǒng)的負荷率只有6 0 7 0 3 3 1 由于受室外溫度變化的影響 供暖負荷也 在不斷地變化 理想的供暖熱網(wǎng)應隨負荷的變化及時調(diào)節(jié)供暖參數(shù) 向用戶提供所需的 熱量 但是現(xiàn)有的熱網(wǎng)多為靜態(tài)的運行模式 供暖參數(shù)不能隨負荷及時調(diào)節(jié) 造成了熱 能的損失 同時 熱網(wǎng)中的各用戶采取的散熱方式可能不同 采暖時間也不同 供暖熱 網(wǎng)應采用變流量運行方式 提供各用戶不同的供暖需求 最大限度地提高能源 熱能 電能 的利用率 而傳統(tǒng)的一級泵定流量系統(tǒng)形式 無法實現(xiàn)隨負荷調(diào)節(jié)的變流量運行 方式 本課題研究的基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)能夠有效的解決現(xiàn)階段我國集中供熱系 統(tǒng)存在的問題 提高熱源系統(tǒng)的熱效率和輸配管網(wǎng)輸運效率 減少采暖的運行能耗 1 4 本課題的研究內(nèi)容 由于基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效益 所 以對基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)研究具有重要的意義 本文的主要研究內(nèi)容如下 6 山東建筑大學碩士學位論文 1 研究基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)形式 2 研究水力分壓器的運行特點 應用f i j 甩n t 軟件模擬其內(nèi)部的流動狀況 3 理論分析和模擬研究基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性 調(diào)節(jié)性和節(jié)能性 4 分析出基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的設計思路和設計方法 初步確定該系統(tǒng)熱源 循環(huán)泵 熱網(wǎng)循環(huán)泵和熱用戶循環(huán)泵選擇設置原則 以及分析設計中應注意的問題 5 以實際工程為例 進行基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的設計和應用效果分析 6 綜合以上研究 總結基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的設計指導原則和設計方法 并 總結基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的特性 1 5 本章小結 集中供熱現(xiàn)已成為我國主要的供暖形式 目前 采暖能耗逐年增加 但是供熱質(zhì)量 確沒有提高 傳統(tǒng)的供暖形式是造成能耗過高 供熱質(zhì)量不好的主要原因之一 總結歸納了國內(nèi)外集中供熱和管網(wǎng)輸配系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 結合我國的實際情況提出 了基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng) 并以山東省為例說明了采用該系統(tǒng)以后的節(jié)能潛力 提出了本課題主要的研究內(nèi)容和研究思路 7 山東建筑大學碩士學位論文 第2 章基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的原理 目前 我國的集中供暖系統(tǒng)大部分是單級泵定流量系統(tǒng) 這種形式存在著先天性的 水力失調(diào)和不能有效的進行負荷調(diào)節(jié)問題 這是供暖效果不好 能耗過高的主要原因 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)把整個供暖熱網(wǎng)分為一級 二級 三級循環(huán)系統(tǒng) 一級 循環(huán)系統(tǒng)是熱源循環(huán)系統(tǒng) 二級循環(huán)系統(tǒng)是熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng) 三級循環(huán)系統(tǒng)是熱用戶循環(huán) 系統(tǒng) 各級循環(huán)系統(tǒng)之間基本互不影響 能夠很好的解決水力失調(diào)問題 也能夠?qū)崿F(xiàn)變 流量運行 本章主要討論基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)的原理和特點 2 1 一次 二次系統(tǒng) 2 1 1 一次 二次系統(tǒng)形式 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)是以一次 二次系統(tǒng)為基礎的 2 0 世紀5 0 年代 美國 人b e u g o s s e t l 3 4 1 首先提出了一次 二次系統(tǒng)的概念 此項技術最早被應用在大型商業(yè) 建筑的供暖或制冷系統(tǒng)上 8 0 年代 人們住宅檔次開始提高 人們對供暖的方式不再局 限于傳統(tǒng)的單一的供暖形式 而且更注重舒適性和節(jié)能性 為了滿足人們的需要 暖通 行業(yè)研究人員開始重新認識一次 二次系統(tǒng) 并對其的應用進行了調(diào)整 使該系統(tǒng)運用更 加靈活 功能范圍更加廣泛 把這個系統(tǒng)應用在小型商用建筑和新型住宅的供暖系統(tǒng)上 加上必要的控制元件 就能夠形成一種多個負荷 多種溫度系統(tǒng) 大大的滿足了不同用戶 的需求 一次 二次系統(tǒng)示意圖如圖2 1 所示 刪 掣i 囝 基 一 襄恿 一 環(huán)三 一 繇 一 次 一 一 山東建銃大學碩士學位論文 圖2 1 一次 二次系統(tǒng)示意圖 圖2 1 中下半部分是一次環(huán)路系統(tǒng) 圖2 1 中上半部分的二次系統(tǒng)根據(jù)自己的熱需求 從一級環(huán)路中取得相應的能量 各個二次環(huán)路之間以及二次環(huán)路和一次環(huán)路之間都是獨 立運行的 任何二次系統(tǒng)的流量變化不會影響到其他二次系統(tǒng)的流量 以及一次系統(tǒng)的 流量 這樣不同的循環(huán)泵之間不會產(chǎn)生相互影響 各個環(huán)路都能夠穩(wěn)定運行 可以看出 在一次 二次系統(tǒng)中雖然有很多泵并聯(lián)或者串聯(lián) 但是他們是獨立和諧運行的 這是傳統(tǒng) 的單管 雙管 異程和同程系統(tǒng)所不能完全實現(xiàn)的 如前所述 一次 二次系統(tǒng)使得各個環(huán)路能夠獨立的運行 消除了環(huán)路之間水動力的 連接 或稱去耦 那么這到底是什么原理呢 其實一次 二次系統(tǒng)在原理和操作上都是 很簡單的 它是基于一個簡單的事實 當連接兩個環(huán)路的共用管之間的壓降為零時 其 中一個環(huán)路的水力變化不會引起另一個環(huán)路水力的變化 為了更好的說明 以圖2 2 為 例進行介紹 圖2 2a 點到b 點的壓差導致水的流動圖2 3 在緊湊型三通壓損極小情況下二次環(huán)路不 會流動 如圖2 2 所示 a 和b 之間會產(chǎn)生一定的壓力損失 上部分環(huán)路由于壓力差產(chǎn)生了流 動 a 和b 之間的長度 管徑以及它們之間的流量確定了它們之間的壓力損失大小 如果 長度在1 米以內(nèi) 兩點間的壓力損失就很小 但是如此小的壓差所引起的二次環(huán)路流動就 能夠?qū)е略摱苇h(huán)路在停暖時或室外氣溫較高時被動過熱 這種現(xiàn)象稱為導流 要減少 導流現(xiàn)象的發(fā)生 兩個三通之間的距離要盡可能的小 如圖2 3 所示 兩個三通被緊湊的 安裝在一起 幾乎沒有壓差 二次系統(tǒng)不會被動產(chǎn)生流動 當二次系統(tǒng)有熱量需求時 二次泵 如圖2 4 所示 提供其所需的壓力損失 這就是一次 二次系統(tǒng) 緊湊型三通的應 用在一定的程度上能夠解決導流問題 9 山東建筑大學碩士學位論文 圖2 4 二次環(huán)路循環(huán)泵設置圖 兩個三通之間的管道稱為共用管 緊湊型三通之所以能夠減小導流現(xiàn)象 是因為它 們之聞共用管的壓降小 共用管的長度不應太長 否則共用管之間的壓降太大 一次環(huán) 路的水在遇到圖2 4 中第一個三通時會有兩種選擇 一種是流入二次環(huán)路 一種是直接流 過連接兩個環(huán)路的共用管 如果共用管的長度合理 兩端的壓降就會很小 水就會直接 流過共用管 因為那是阻力最小的路徑 如果共用管的長度太長 一次環(huán)路中的水會把 二次環(huán)路當作阻力最小的通道 即使二次環(huán)路不需要水流通過時 仍然有水流過二次環(huán) 路 當一次 二次系統(tǒng)應用在管網(wǎng)系統(tǒng)中時 每個環(huán)路需要循環(huán)泵提供循環(huán)動力 每個環(huán) 路的循環(huán)泵只需滿足該環(huán)路流量和動力需要 如圖2 4 所示 二次環(huán)路的循環(huán)泵是克服 a b b c c d d 巳 e f f g g h 之間的阻力 因為共用管 a i 之間的阻力極小 對于 二次環(huán)路循環(huán)泵基本沒有影響 而且可以隔絕二次環(huán)路與一次環(huán)路水動力的連接 無論 一次環(huán)路與二次環(huán)路的循環(huán)是大或小 它們之間沒有水動力的連接 相互之間是獨立的 各個環(huán)路根據(jù)各自所需的流量和壓降選擇設備 這就是為什么使用該系統(tǒng)通常會需要很 多小型的循環(huán)泵 總之 一次 二次系統(tǒng)由于水力上的隔絕引起了能量上的隔絕 進而引 起了控制上的隔絕 此系統(tǒng)與以往常規(guī)系統(tǒng)不同的是它把一個大的系統(tǒng)分成許多的小系統(tǒng) 一次環(huán)路循 環(huán)泵只提供一次環(huán)路的動力 每個二次環(huán)路都有各自的循環(huán)泵 2 1 2 一次 二次系統(tǒng)特點 一次 二次系統(tǒng)最主要的特點就是泵與泵之間互不影響 一次系統(tǒng)的水泵只提供一次 環(huán)路的循環(huán)動力 不會影響二次環(huán)路 反之亦然 一次環(huán)路的水只是被二次系統(tǒng) 抽 走而已 一次系統(tǒng)的流量也不完全等于二次系統(tǒng)的總流量 一次系統(tǒng)水泵流量計算公式 g o 8 6q t 2 1 l o 山東建筑大學碩士學位論文 其中 g 一次系統(tǒng)設計流量m g 1 1 q 熱源輸出熱量 w t 一次環(huán)路設計溫 差 范例 一次系統(tǒng)上的鍋爐設計輸出熱量為3 k w 設計溫差為1 5 計算一次環(huán)路的 設計流量 g 1 7 2 m 3 l l 水的密度取l k g m 3 一旦一次系統(tǒng)的流量計算出來 就可以選擇一次環(huán)路的管徑 將一次環(huán)路的控制元 件的阻力及管道的阻力相加就得出了一次系統(tǒng)的阻力總和 在已知流量和阻力的情況下 則可以根據(jù)流量曲線圖選擇適合的水泵 在一次 二次系統(tǒng)里 二次環(huán)路的流量可能等于或者大于一次系統(tǒng)的流量 當一次流 量等于二次流量時 在緊湊型三通之間沒有水流動 當二次流量大于一次流量時 緊湊 型三通之間的水反向流動 如圖2 5 所示 r 1 睦a 固 趔鼉 圖2 5 二次流量大于一次流量的反向水流示意圖 當三通之間的反向流動產(chǎn)生時 進入二次系統(tǒng)的水溫取決于三通前面熱水和二次系 統(tǒng)回水的比例 它的溫度可以通過公式2 2 計算 t 3 t l g l t 2 g 2 g 1 傷 2 2 其中 t 3 二次系統(tǒng)供水溫度 t l 一次系統(tǒng)供水溫度 t 2 二次系統(tǒng) 回水溫度 g l 一次系統(tǒng)流量 m 3 l l g 2 二次系統(tǒng)流量 m 3 i l 見圖2 6 計算二次系統(tǒng)的供水溫度 一次系統(tǒng)的輸出熱量及輻射采暖二次系統(tǒng)的熱 量 計算 t 3 t 1 g l t 2 g 2 一g 1 i g 2 8 0 1 0 0 4 0 4 0 0 一1 0 0 4 0 0 5 0 q l 4 6 4 4 w q 2 1 1 6 1w 山東建筑大學碩士學位論文 墨 瞄謄落 i l k lk 翌里豎墨量i 圖2 6 輻射地板采暖二次系統(tǒng)的計算圖 從以上計算可以看出 二次輻射地板采暖系統(tǒng)的熱量等于一次系統(tǒng)輸出的熱量 這 完全符合熱力學的第一定律 即能量在其轉(zhuǎn)換過程中不會被創(chuàng)造也不會消失 這個定 律同樣適合于進入第一個三通的流量等于流出第二個三通的流量 這些基本的概念對于 水暖系統(tǒng)溫度及流量的轉(zhuǎn)換至關重要 同樣值得注意的是 當二次流量大于一次流量時 二次系統(tǒng)的回水溫度等于一次系 統(tǒng)回水溫度 而范例中4 0 的回水溫度對傳統(tǒng)的鍋爐顯然會造成冷凝 在這種情況下需 要增加防冷凝管等相應措旋提高回水溫度 2 1 3 一次 二次系統(tǒng)分類 一次 二次系統(tǒng)具有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種系統(tǒng) 串聯(lián)式一次系統(tǒng)如圖2 7 所示 一次環(huán)路的前端安裝高溫水的二次環(huán)路 比如翼翅式散熱器系統(tǒng) 中間安裝中溫水 二次環(huán)路 比如板式散熱器系統(tǒng) 后端安裝低溫水二次環(huán)路 比如低溫輻射地板采暖系 統(tǒng) 需要混合裝置 所以串聯(lián)式一次環(huán)路是比較理想的 各個二次環(huán)路的水溫相差很 大 并聯(lián)式系統(tǒng)如圖2 8 所示 一次環(huán)路的供 回水管之間安裝跨越管 在跨越管上通過 緊湊型三通連接二次環(huán)路 這樣到達每個二次環(huán)路的水溫是相同的 每個跨越管上應該 安裝 個平衡閥用于平衡跨越管之間的流量 當各個二次系統(tǒng)的方式差別不大 需要的水溫也基本一致時 使用并聯(lián)式一次環(huán)路 是一個合理的選擇 由于制冷系統(tǒng)中空氣處理器的工作水溫基本一致 該系統(tǒng)最早用于 制冷系統(tǒng) 后來發(fā)現(xiàn) 該系統(tǒng)用在供熱系統(tǒng)中也能起到很好的作用 1 2 山東建筑大學碩士學位論文 專 奢l 中丑水 次環(huán)磚 o p 圖2 7 串聯(lián)式一次環(huán)路系統(tǒng) 扣 葉 一 h 竹 嘲 二次環(huán)路 垮總管 譬凄型三通 圖2 8 并聯(lián)式一次環(huán)路 2 2 水力分壓器 2 2 1 水力分壓器的產(chǎn)生 緊湊型三通在安裝時有一些原則 其一是兩個三通的中心距不能超過一次系統(tǒng)管徑 的4 倍 同時為了避免緊湊型三通的上下游形成湍流 還需要將緊湊型三通安裝在距上 一個緊湊型三通4 倍于管徑的直線距離以上的下游部分 下一個緊湊型三通8 倍于管徑 的直線距離以上的上游部分 在一次 二次系統(tǒng)中需要防止熱水被動遷移并流過沒有運行的二次系統(tǒng) 即二次系統(tǒng) 的循環(huán)泵沒有開啟時 有兩個導致熱水被動遷移并流過二次系統(tǒng)的因素 習甜 吾 一舊葡幽 一 山東建筑大學碩士學位論文 1 當二次系統(tǒng)在一次系統(tǒng)的上面時 密度更輕的熱水從供水端上升 密度更大的冷 水從回水端下降形成環(huán)路流動 2 盡管兩個緊湊安裝的三通之間幾乎沒有壓力損失 但事實上并非為零 緊湊型三 通設有流動緊湊型三通可垂直 水平 或反向安裝 因此 一次 二次系統(tǒng)里二次環(huán)路上的供水及回水部分必須采取措旄防止熱水在水泵 關閉時的遷移 一種方法是在二次系統(tǒng)的供回水部分均安裝止回閥 止回閥的開啟壓力 約為2 l p a 這就足以防止二次系統(tǒng)由于水的密度差異造成的流動 彈簧式閥芯的止回閥 很適合于這種情況 其它兩種方法只涉及到二次系統(tǒng)的回水部分 一是在回水端安裝至 少5 米長的下懸式熱力曲頸管 因為熱水 想 上升而不是下降 這種方式 打消 了 熱水向二次系統(tǒng)回水管遷移的 念頭 另外一個辦法是在回水管上安裝旋啟式止回閥 需要注意的是這兩種方法只能避免熱水進入二次系統(tǒng)的回水部分 而不能防止熱水上升 到二次系統(tǒng)的供水部分 在安裝一次 二次系統(tǒng)的設備間里 盡量將一次環(huán)路的位置安裝 高于二次環(huán)路 這是非常有意義的 盡管二次環(huán)路的管道從設備間出來后會高于一次環(huán) 路 但自然形成的u 型熱力曲頸管則能有效防止熱水被動的遷移 嗇酞 齜4 薹喜塞 主 i 由協(xié)力 圖2 9 防止熱水被動遷移到非工作狀態(tài)的二次系統(tǒng)的各種措施 由以上可知緊湊型三通實現(xiàn)一次 二次系統(tǒng) 但是在實際安裝中有諸多困難 既要考 慮到兩個三通之間的距離 又要兼顧到實際的安裝空間 9 0 年代末 意大利一些公司研 究開發(fā)出了與緊湊型三通原理相同的組裝完好的成熟產(chǎn)品 見圖2 1 0 2 1 1 它實際上是 1 4 山東建筑大學碩士學位論文 從緊湊型三通演變而來 將一次環(huán)路的供回水做9 0 旋轉(zhuǎn) 其水流方向從以前的一次 二次垂直方向變成了水平方向 這種產(chǎn)品被稱作水力分壓器 水力分壓器主體由一個封閉的短管構成 兩端分別留有兩個接口 內(nèi)部設有導流葉 片 上部設有排氣閥 下部設有排污閥 圖2 1 0 水力分壓器剖面圖 水力分壓器 圖2 1 l 水力分壓器實物圖 1 5 山東建筑大學碩士學位論文 2 2 2 運行特點及適用場合 n t t 2 圖2 1 2 一次流量等于二次流量圖2 1 3 一次流量小于 卜 丹n n i剛 億廿扎 二次流量二次流量 以下是水力分壓器在一次 二次系統(tǒng)各種情況下流量及溫度的情況 第一種情況 圖2 1 2 一次流量等于二次流量 一次供水溫度等于二次供水溫度 一次回水溫度等于二次回水溫度 即時 水力分壓器中間部分的水沒有任何混合或流動 一次系統(tǒng)的流量完全經(jīng)過二次系統(tǒng)回到一次系統(tǒng)中 水力分壓器不會改變供回水的溫度 這是傳統(tǒng)的典型的情況 第二種情況 圖2 1 3 一次流量小于二次流量 水力分壓器中間一部分一次供水 與二次回水相混合流到二次系統(tǒng) 這時 一次回水溫度等于二次回水溫度t 2 t 4 一次 供水溫度大于二次供水溫度t l t 3 如果計算二次環(huán)路最高供水溫度t 3 需要知道以下 參數(shù) t l 一次環(huán)路供水溫度 g l 一次環(huán)路流量 m 3 l l g 2 二次環(huán)路流量 升 l l q 系統(tǒng)熱量 k w 先計算一次 二次系統(tǒng)的循環(huán)水溫差 t 一次 q g l 一次 2 3 t 二次 邶2 二次 2 4 然后計算一次系統(tǒng)回水溫度 t 2 t l 一 t 一次 2 5 由于t 2 t 4 所以 t 3 t 4 t 二次 t 2 t 次 2 6 這種情況通常用于一個或多個自帶水泵的鍋爐系統(tǒng)中 因為這些鍋爐自配的水泵經(jīng) 常流量過低 還有就是用在集中供熱系統(tǒng)中 可以減小一次網(wǎng)的循環(huán)流量 減少水泵的 成本和能耗 第三種情況 圖2 1 4 一次流量大于二次流量 水力分壓器中間一部分一次供水與 1 6 奇 山東建筑大學碩士學位論文 二次回水相混合回到一次系統(tǒng) 這時 一次供水溫度等于二次供水溫度t l t 3 一次回水 溫度大于二次回水溫度t 2 t 4 如果計算一次環(huán)路回水溫度t 2 可根據(jù)下列公式計算 t 2 t l t 覆 2 7 如果熱源是鍋爐 為了防止鍋爐回水溫度過低造成鍋爐冷凝 可以按設定的回水溫 度 t 卜次 計算一次環(huán)路的流量 g f 次 q t 次 2 8 這種情況用在鍋爐和低溫供暖系統(tǒng)中 特別是地板輻射系統(tǒng) 可以提高鍋爐回水 溫度 避免鍋爐煙霧冷凝問題 2 3 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng) 2 3 1 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)形式 圖2 1 5 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)網(wǎng)路示意圖 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)主要是水力分壓器在熱網(wǎng)中的使用 圖2 1 5 所示水力 分壓器設置在分配站中 熱網(wǎng)與熱用戶通過水力分壓器連接起來 水力分壓器的兩側分 別連接熱網(wǎng)和熱用戶 熱網(wǎng)和熱用戶的供水管均接在水力分壓器的上接口 熱網(wǎng)和熱用 戶的回水管接在水力分壓器的下接口 在歐洲 這種連接方式的使用率很高 3 5 當熱網(wǎng)的供水溫度可以向熱用戶直接供水時 水力分壓器的運行情況如圖2 1 2 所示 當熱網(wǎng)的供水溫度較高不能直接向熱用戶供水時 熱源產(chǎn)生的熱水經(jīng)過熱網(wǎng)輸送到水力 分壓器并在其內(nèi)部與來自熱用戶的低溫回水混合 混合降溫后的水經(jīng)熱用戶系統(tǒng)輸送到 熱用戶 水力分壓器的運行情況如圖2 1 3 所示 無論哪種情況 熱網(wǎng)和熱用戶之間的水 力工況互不影響 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)原理是一次 二次系統(tǒng) 熱源循環(huán)系統(tǒng)稱為一級管網(wǎng) 熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)稱為二級管網(wǎng) 熱用戶循環(huán)系統(tǒng)稱為三級管網(wǎng) 有的熱用戶系統(tǒng)比較大還 1 7 山東建筑大學碩士學位論文 可分為 一級 二級 管網(wǎng) 所以對于整個系統(tǒng)來說還可能有四級管網(wǎng) 但是各級管網(wǎng)的 水力工況幾乎互不影響 每個循環(huán)環(huán)路需要分別配置循環(huán)水泵 如圖2 1 5 所示 除了熱 源循環(huán)泵還有熱網(wǎng)循環(huán)泵和熱用戶循環(huán)泵 2 3 2 基于環(huán)路拓展的集中供熱系統(tǒng)特點 2 3 2 1 水力分壓器兩側流量和溫度關系 由于水力分壓器在熱網(wǎng)中應用時運行情況是2 2 2 節(jié)中的第二種情況 即熱網(wǎng)循環(huán)流 量小于熱用戶循環(huán)流量 如圖2 1 6 所示 當管路g l 中的流量小于管路9 2 中的流量時 水力分壓器內(nèi)的水流 方向是至下而上 在水力分壓器內(nèi) 來自熱網(wǎng)的供水與部分二級熱網(wǎng)的回水混合 成為 二級熱網(wǎng)循環(huán)的供水 這時二級熱網(wǎng)循環(huán)的供水溫度低于一級熱網(wǎng)循環(huán)的供水溫度 一 級熱網(wǎng)循環(huán)的回水溫度與二級熱網(wǎng)循環(huán)的回水溫度相同 在供熱系統(tǒng)中 熱網(wǎng)系統(tǒng)和熱用戶系統(tǒng)的關系主要表現(xiàn)在與水力分壓器相連的四根 管道內(nèi)的流量和溫度的關系 6 8 1 一 t g l j r 7 一 啦j j 一 2 熬 啜 月 1 i 廠 一 l t h 2 一 閥門 圖2 1 6 水力分壓器兩側的溫度和流量美系 圖中 g g 一級熱網(wǎng)供水管內(nèi)的水流量 蜒海 g 一級熱網(wǎng)回水管內(nèi)的水流量 k g s g 暑 二級熱網(wǎng)供水管內(nèi)的水流量 k g s q 二級熱網(wǎng)回水管內(nèi)的水流量 k s g i 通過水力分壓器內(nèi)的流量 k g 紐t 一級熱網(wǎng)供水管內(nèi)的溫度 焉 一級熱 網(wǎng)回水管內(nèi)的溫度 名 二級熱網(wǎng)供水管內(nèi)的溫度 五 二級熱網(wǎng)回水管內(nèi) 的溫度 由熱源處 熱用戶處的質(zhì)量守恒定律得 g l 甌 g i 2 9 1 8 山東建筑大學碩士學位論文 9 2 q 2 g 2 2 1 0 由水力分壓器兩側能量守恒定律得 g l c 互 g 2 c 瓦 2 1 1 g 1 疋 茅5 君 2 1 2 g 2 五 j 糾 由上式可以看出 兩個系統(tǒng)的溫差與流量成反比 當熱網(wǎng)的水流量大于熱用戶系統(tǒng) 的水流量時 也同樣符合這種關系 2 3 2 2 模擬分析水力分壓器的流動工況 以招遠市金城熱力管網(wǎng)中一實際的水力分壓器為例應用f l u e n t 軟件 3 6 卜 3 9 1 模擬其內(nèi) 部的流動狀況 該管網(wǎng)中熱網(wǎng)循環(huán)流量小于熱用戶循環(huán)流量 也就是水力分壓器按照圖 2 1 3 的方式運行 水力分壓器的尺寸如下圖所示 左側