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分享 | 供热系统混水装置的经济型及优化节能控制

作者:admin 发布日期:2019/3/7 关注次数: 二维码分享

在目前比较新的供暖方式中,分布式冷热输配尤为惹眼,在实现水力平衡的同时,还能够节电,与之相关的还有一个分布式混水系统的概念,这两个概念大家往往对于他们的区别不是特别明确,甚至认为分布式冷热输配就是分布式混水系统,在这里将重点讲述分布式混水系统的特点,以及分布式混水系统能给未来供暖的节能带来哪些可能性。

众所周知:当管网比摩阻相同时,分布式循环水泵的设计方案与传统设计方案相比,水泵扬程基本相等。水泵电机装机电量的节省,主要体现在流量的选择上。对于传统设计方法,由于循环水泵设置在热源处,其循环流量必然是系统的总设计流量,这就造成系统循环水泵的电功率,远大于实际需要的数值,其结果是在系统的近端热用户形成过量的资用压头,以至于不得不加装流量调节阀进行节流,造成大量电能的无谓浪费。

中国暖通界大师石兆玉教授在《供热系统分布式变频循环水泵的设计》一文中,就分布式变频混水泵的节电优势,做过详细的分析论证:一般分布式变频循环水泵的供热系统, 其水泵装机容量与传统设计方案相比,节电1/3;而分布式混水泵供热系统,其装机节电量为2/3。若在运行期间, 采用变频变流量调节, 则全系统节电85%左右,优势更为显著。




分布式混水泵节电的原因,主要是能更多的消除管网在热媒输送过程中的无效电耗,进而提高了管网的输送效率。采用分布式混水泵系统,显著的特点是减少了一次网的设计循环流量(增大了供、回水温差,对于高温水供热更是如此)。采用分布式混水泵系统,不但避免了上述电能的浪费,而且大大降低系统一次网总的循环流量,从而实现在较小的耗电功率下达到较大供热量的输送,这是分布式混水泵节电的根本原因。分布式混水泵连接方式的另一优势,是能灵活适应热用户的各种不同采暖方式的需求。近年来,除散热器采暖方式外,空调热风。采暖,地板辐射采暖等形式大量涌现。散热器采暖需要较高的二次网设计供水温度(一般应在85℃以上, 供、回水设计温差为20~25℃);空调热风采暖,二次网供、回水设计温度为60/50℃;地板辐射采暖,二次网供、回水温度以45~50/35~40℃为宜。对于分布式混水泵系统,只要改变不同的混合比(二次网混水量与一次网供水量之比),就能很方便地实现上述各种不同采暖形式的参数要求。

分布式混水泵系统的上述优点, 对于分布式循环水泵的间接连接系统(通过板换实现)也同样能够实现,但后者的初投资比前者大,这是分布式混水泵系统的又一重要优势图1-a 为喷射泵连接图1-b,混水泵置于旁通管上;图1-c,混水泵置于二次网供水管上;图1-d,混水泵置于二次网回水管上;图1-e,一次网供水管上(或回水管上)置热网循环泵,二次网供水管上置混水泵。在分布式混水连接中,为适应自动控制的需要,常在上述喷射泵、混水泵前后的相关位置设置电动调节阀,而且数量不止一个。

混水连接系统有如下特性存在:

(1)当旁通混水泵运行时,混水系统的混合比为变量,混水泵转速愈高,混合比u 值愈大。这是因为当混水泵起混水作用时,二次网(含混水旁通管)回路S总增加,导致一次网循环流量G1g减少; 混水泵转速愈高,S总增加愈多,G1g减少愈多,Gh增加愈多,亦即混合比u增加愈多。

(2)当混水泵单独设置在二次网上(含二次网供水管或回水管)时,混合比u 值始终保持恒定,与混水泵的转速快慢无关。这是因为不论混水泵转速如何变化,此时一次网或混水旁通管的阻力系数始终不变(假定管段上的调节阀未加调节),据了解到进而导致一次网循环流量G1g与混水旁通管流量Gh始终成一致等比失调。这一结论,对于喷射泵系统亦完全适用。

当供热系统采用分布式变频循环混水泵的方案设计时,热力站(含热入口)更优方案是采用双泵系统:一次网循环泵安装在回水管上,二次网循环混水泵安装在供水管上。

该方案的优点除节能(电)外,循环水泵都置于低水温下运行,有利于提高水泵的运行寿命。该方案与双泵分别置于一、二次网的回水管上的方案相比较,都有节电和低温运行的优势,但从水力工况上分析(见图2所示),后者的一、二次网的水压偏差较大,工况复杂,不如前者,水力工况平稳,易于控制。图2 供热系统能源损耗

当供热系统的水压图,供水压力线大于回水压力线时,各热力站(含热入口)的变频混水泵应置于混水旁通管上。混水泵的设计流量为符合该热用户的设计混合比下的设计混水量;扬程数值为该混水旁通管的设计压降和该热力站一次网供、回水压差之和。当该压差小于二次网所需循环压头时, 还需在二次网上增设循环混水泵(供、回水管上皆可),其扬程宜补足二次网循环压头的不足。这种设计方案,通常是在供热的改造工程中应用。

因为此时的系统循环水泵往往是按照传统方法设计的。对于采用分布式变频循环水泵设计的供热系统,其供、回水压力线的交汇点,尽量不要设计在有热用户的区段内, 因为这种设计不是节能(电)的至优方案。

在混水系统中,一次网循环泵,二次网循环混水泵,都应随室外气温的变化,进行变频变流量调节。在整个运行期间, 循环流量(含一、二次网) 应在设计循环流量的50~100%之间调节,与定流量运行相比,可节电50%左右。从二次网混水泵的调节特性可知:混水泵进行变频调节,只能改变二次网的循环流量大小,但不能改变系统的混合比数值。

当系统的供热规模发生变化,引起一次网设计供水温度的变化,或热用户采暖方式的改变,都可能要求混合比做适当调整,此时二次网上的变频混水泵将无能为力。实现混合比的变化,必须调整管网的阻力系数,为此,有二种处理方法:一是设置一定的电动调节阀;二是依靠一次网上的循环泵进行变频调速。

因此,当混水热力站采用双泵系统时,二次网的循环混水泵,通过变频调速,可以进行二次网的变流量调节。一次网循环泵的变频调速,既可进行一次网的变流量调节,又可实现混合比的调节。通过以上分析,对于双泵系统,原则上可不安装电动调节阀,混合比调节功能由一次网循环泵完成。据了解到但在实际工程中,为了安全、可靠起见,在一次网上安装一个电动调节阀作为备用也是可以的。对于单一混水泵的混水系统,为了调节混合比,必须装置一个电动调节阀。该阀可以安装在一次管网上,因为一次管网的循环流量至小,节流损失也至小,符合节电原则。

图3给出了二种优选混水系统电动调节阀的安装位置,以及运行中的水压图。从水压图上可以很清晰地看出电动调节阀的节流作用。

与图3系统相比较,目前不少现行的混水系统,常常同时在一次网、二次网和混水旁通上都安装电动调节阀,把本来有用的电能, 通过电动调节阀的反复节流,白白浪费掉了,这是一种思维方式很落后的工艺设计。图3 优选混水系统的结构示意图和水压图

传统的循环水泵设计方法(在热源处设置大循环泵),由于过多的资用压头的节流,消耗了大量的无效电能,致使系统的电的输送效率低下。创新的分布式混水系统的设计理念,按照“自助餐”的思维,用户通过自行取热,彻底消除了无效电耗的发生。理论上,节电可在60-80%左右。这种新型的设计理念,已经愈来愈被国内外行业人员关注。我国已有不少工程示范采用,都有较好的效果。

在清华大学教授、中国著名供热专家石兆玉的《供热系统分布式变频循环水泵的设计》和《供热系统分布式混水连接方式的优选》二篇文章中,对分布式变频水泵的设计原则、系统结构、设备选型、运行调节等诸多问题,都进行了详细介绍,一般在工程设计、运行中遇到的问题都有所涉及。

通过分布式混水系统,可以更加有效、快捷地实现分时变室温调节,同时不影响整个热网的运行工况,不但节能效益可观,还可以提高人的舒适度,有利于人的健康。长期实践证明,人在恒温下生活,并不舒适,还容易得“空调病”。因此分时变室温调节,是提高人的生活质量的一项重要举措,而利用分布式混水系统,使得这一功能能够轻松实现。

分布式混水系统也为供热计量收费运营模式的推广带来更多可能性。供热计量收费技术的推行目的,从节能的意义上讲,更主要的是能消除冷热不均带来的热损失,其次是提高行为节能,进而充分利用自由热,降低热源能量的消耗。供热计量技术,已在全国许多城市示范多年,国家建设部发布的《供热计量技术规程》(JGJ173-2009),在技术规程中除明确规定:在热量结算点(热力站或楼栋热入口)处安装热量表外,还应在散热器和建筑热入口处安装恒温控制阀和流量调节阀。安装热量表,是用来计量耗热量,进行贸易结算。安装各种调节阀,是用来提高系统的可调性,实现水力平衡,消除冷热不均。

多年的实践证明:只要按规定安装调节阀,并进行有效调节,系统的水力平衡完全能够实现,冷热不均现象完全能够消除。20-30%因冷热不均而浪费的热量,一定能够遏制。衡量系统是否真正实现了水力平衡?当然更直观的是考察各建筑物室温是否均匀达标。除此之外,还有一个重要的考查指标,就是每1t/h蒸吨能带的供热面积,如果能带到1.9万m2(哈尔滨)和2.8万m2(北京),那么这个供热系统一定实现了很好的水力平衡。

目前在热计量技术的推广过程中,出现了许多不同的看法,也遇到不少的阻力。一个重要原因是对热计量技术缺乏全面的理解。有相当数量的业内人员,把热计量技术只理解为装热表,因此,误以为热计量技术本身不节能。或者在热计量推广中,没有把提高系统的可调性放到重要地位,因此在新建、既有建筑的改建中,大量存在只装锁闭阀,不装恒温阀的现象,结果导致更为严重的垂直失调,不但浪费了大量的人力、财力,而且严重影响居民的正常生活。这些年来,在推广热计量技术的过程中,积累了不少经验,也存在许多失败的教训,我们应该很好的进行这方面的总结,做到统一认识,统一步调,把这项推广工作做得更好。

热力工况调节主要有质调节(即定流量调节)、质量并调(变流量调节)等方法。质调节只调节一、二次网的供、回水温度。质量并调则既调节一、二次网的供回水温度,又调节一、二次网的循环流量。质调节简单易操作,但不节电。质量并调不但节电,而且从室内系统消除垂直失调而言,是非常好的调节方法。实施计量收费的供热系统,应该优先采用质量并调。特别在变频调速技术相当成熟的现在,更应如此。

热用户室内系统的形式(单、双管系统)不同,质量并调的调节曲线也不同,但参数的计算值差别不是很大,在热源和热力站,可只按其中一种系统形式(如按双管系统)的调节曲线进行调节,调节偏差可由室内的恒温阀的调节作用提供补偿。

对于多热源联网,各热源应采用同一种调节方法,即采用相同的温度流量调节曲线,保证在同一室外温度下,各热源都有相同的供水温度。为实现这一点,除锅炉实行燃烧自动控制外,在热源处通过分布式混水系统进行供回水的混合也不失为一种适用的供水温度调节方法。

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