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1、供热调节的类型和特点
对于供热调节的类型主要包括集中调节、局部调节和个体调节这三种。对于集中调节主要是在热源处进行调节;局部的调节在热力站或者用户的入口进行调节;个体调节主要是在扇热的设备处进行调节。这三种调节的方式,一般集中供热调节比较常用,因为运行和管理起来比较方便,是最主要的供热调节的方法。不仅需要对单一的供热系统进行调节,还需要对个别的热力站和用户进行局部的调节。对于供热系统进行调节时,要根据供暖的热负荷进行集中的供暖调节,对于其它的热负荷,由于变化规律的不同,需要对用户或者热力站进行调节,已达到其需要。对于分户计量的供暖的系统,根据用户自己的需要进行个体的调节。
2、供热调节的目的和原理
2.1供热调节的目的
对集中供热系统的供热的调节非常重要,从供热的目的上,主要是为了满足用户对于不同热量的需求,最主要的是避免对热量浪费而导致能源的浪费,以实现更好的经济运行的目的。在热水供暖的调节中,在运行的期间的安装时进行第一次的调节的过程,主要针对的是对采暖系统进行检查,已达到设计的目的。
2.2供热调节的原理
为了实现对于供热调节的目的,当供热的系统处于稳定的环境的时候,对于系统的供热量应该等同于供热用户系统的扇热设备,也等于供暖用户的热负荷。对于供热的方法会根据不同的供暖方式进行决定,是由墙体隔热和室内物体的蓄热等决定的。
3、在供热系统中的供热调节的原理和方式
在供热系统的运行时必须要根据室外气温的变化来进行调节,这种运行调节中主要是在锅炉房来完成的。在机械循坏供热系统中主要采用质调节和间隙调节这两种调节的方式;还会根据变频泵供热系统的原理和调节技术进行研究。
3.1质调节
质调节会随着室外温度的变化而不断调节锅炉的燃烧的状况,已达到能够控制锅炉内水的温度的变化,而不改变热网系统的循环的水量,供热调节如下图;
在图中可以看出,当室外的温度为-20℃时,供水的温度大约为95℃,回水温度为70℃;当室外的温度达到了-10℃时,供水的温度为70℃,回水的温度为53℃,温度越高,供水和回水的温度就会越低。这种调节的方式不会改变循环水流量,对于循环泵的功率会没有变化,当室外的温度升高时,用户的热负荷会降低,为了使循环泵的运行的效率降低,就会增加供热的成本。
3.2间隙调节
对于间隙调节会随着室外温度的变化而不断改变锅炉和循环泵运行时间的长短;当室外的温度比较低时,锅炉和循环泵就会连续的运行,党室外温度升高时,锅炉和循环泵就会间隙的运行。
3.3分阶段量调节
这种调节的方式是通过室外温度的变化而不断改变循环泵的流量,不改变供水和回水的温度。一般循环泵的流量是不容易进行改变的,这就需要采用分阶段改变流量进行调节,一些集中供热的部门和企业在采用这种调节方式的时候,会根据气温的变化将供暖分为各种不同的阶段,在室外的温度比较低时一般保持较大的流量,在室温比较高时,一般保持较小的流量,在每一个阶段的供热的时候,对于网路的流量应当保持在一个固定的值上。
3.4变频泵供热系统的调节技术
采用变频泵供热系统进行调节有利于对供热进行良好的调节还能够降低成本。利用分布变频泵供热系统可以方便的面对用户网的变化,快速的进行完成热网的粗平衡调节。变频泵供热系统是由各个热力站小循环泵确定的供热水系统总功率,主要根据把热能传输到各热力站进行的电能消耗这一工作的原理。二级泵供热系统这一技术不仅节约了电能的消耗,又保证了热源高效率的运行。
在对变频泵供热系统的运用上分为变频泵技术和二级泵系统技术的供热系统。分布变频泵这一机械原理通过在各热力站安装小循环泵的运行来进行取代传统的统一大循环泵的运行方式,这一运行方式能够有效的解决各热力站资用压力造成的大量电能的消耗,大大降低了供热的成本;二级泵系统技术以混水的方式实现了热源向热网传递热量的过程,这一技术很好的解决了在供热系统中热网的流量超过锅炉额定流量引起的电能的消耗,实现了大温差的量调节的供热,不会出现影响安全的问题,能够形成科学化的机械管理体系,支持热网科学化、机械化管理体系的建立和运行。
3.5变频调速技术
变频调速就是利用大功率的电子器件将正常供应的交流电而不断转化为用户所需要的交流电。对于变频器的输出接近于正弧波,这样能够有效克制在电压型逆变器控制中电机低速运行时而造成的转距脉动大的等缺点,发挥最大的调节节能效果。变频调速的技术主要是根据用户负荷的变化动态的调节水泵驱动电机的输入频率,达到调节水泵流量的作用,以减少水泵的输送的动力。
变频调速的技术主要是通过分阶段改变流量的质调节,采用不同的流量来调节系统的循环的水量,通过采用一定的流量和供回水的温度,改变供暖的时速,对热源的供热量进行调节控制;然后根据蓄水池的水位来控制节流阀,以调节水泵的流量,能够大大降低能耗。利用机械化的补给水泵进行连续的定压,再根据供热系统的压力变化,来调节补水泵的转速,实现系统恒压点压力的恒定。
结语
【关键词】热力;调节
【中图分类号】TU182【文献标识码】A【文章编号】1674-3954(2011)02-0141-01
一、调节的意义
冬季供暖问题是关系城市居民切身利益的大事。现在供暖企业自负盈亏,既要使居民供暖温度达到标准又要使企业的运行成本达到最低,这就要求供暖企业挖掘内部潜力,做好供热调节工作。因此,对整个热水供热系统进行合理的供热调节就变得至关重要。热水锅炉及采暖系统运行过程中除应对运行参数、燃烧工况进行控制与调整外,还应根据采暖季节(初冬还是严寒)、采暖时间(白天还是夜间)等情况对供热量进行调节。供热调节的目的,一是使系统中各用户的室内温度比较适宜;二是避免不必要的热量浪费,实现热水采暖的经济运行。热水采暖系统试运行期间,由安装单位进行的第一次调节为安装调节,它的目的是检查采暖系统能否达到设计要求。系统投入运行后还要继续进行调节,此为使用调节。运行调节根据采暖系统情况不同,可采用若干种形式,但无论哪种调节方式最终都要通过司炉人员的运行操作来完成。
二、调节的原理
供热调节的主要任务是维持供暖建筑的室内计算温度。当供暖系统在稳定状态下运行时,如不考虑管网的沿途热损失,则系统的供热量应等于供暖用户系统散热设备的放热量,同时也应等于供暖用户的热负荷。
建筑供暖方式分为连续供暖和间歇供暖两类。对于不同的供暖方式,供热调节的方法也不同,这主要是由墙体和室内物体的蓄热性能所决定的。对于间歇供暖建筑,当停止供暖后,室内温度不会瞬间降至建筑发生冻害的温度,它需要经过一个降温期。当重新开始供暖后,室内温度升高至计算温度也需要一段升温期,升温期所需要的时间取决于围护结构和室内物体的蓄热性能。
三、主要调节技术方式
运行调节中,在热源处进行的温度、流量的调节称为集中运行调节。集中运行调节的方法有以下几种:
1、质调节
在进行质调节时,只改变供暖系统的供水温度,而系统循环水量保持不变。这种调节方式,网路水力工况稳定,运行管理简便,采用这种调节方法,通常可达到预期效果。
集中质调节是目前最为广泛采用的供热调节方式,但由于在整个供暖系统中,网路循环水量总保持不变,消耗电能较多。同时,对于有多种热负荷的热水供热系统,在室外温度较高时,如仍按质量调节供热,往往难以满足其他热负荷的要求。例如,对连接有热水供应用户的网路,供水温度就不应低于70℃。热水网路中连接通风用户系统时,如网路供水温度过低,在实际运行中,通风系统的送风温度也过低,这样会产生吹冷风的不舒适感。在这种条件下,就不能再按质调节方式,而采用其他调节方式进行供热调节了。
2、量调节
流量调节就是将采暖期按室外温度的高低分成冬初、寒冬和冬末三个区间,根据水的潜热与流量成正比的概念,对于每个区间,热水的流量即指在室外温度低的寒冬区间中保持大的流量,使用流量大的循环泵;在室外温度高的冬初和冬末区间中保持小的流量,使用流量小一点的循环泵。采用分区间改变流量的调节时,每个区间管网循环流量应保持不变。为降低电耗,在采暖系统中可以设置两台不同规格型号的循环泵。其中一台循环泵的流量和扬程按计算值的100%选择,另一台循环泵的流量和扬程按计算值的75%选择,后者供室外温度高的情况下使用。这样可以大大提高循环泵的运转经济指标,避免了“大马拉小车”的弊端。
3、分阶段变流量的质调节
把整个供暖期按室外温度的高低分成几个阶段:在室外温度较低的阶段中管网保持较大的流量;而在室外温度较高的阶段中管网保持较小的流量。在每一个阶段内,网路均采用一种流量并保持不变,同时采用不断改变网路供水温度的质调节,这种调节方法叫分阶段变流量的质调节。在热水供暖系统中,一般可选用两台不同规格的循环水泵,其中一台循环水泵的流量和扬程按计算值的100%选择;另一台循环水泵的流量按计算值的75%选择。由于水泵扬程与流量的平方成正比,水泵的电功率与流量的立方成正比,所以75%流量的循环水泵相应的扬程可按计算值的56%选用,循环水泵的运行电耗可减小到42%左右。在大型供暖系统中,整个采暖期可分为3个或3个以上的阶段。如果采用3个阶段,各个阶段中循环水泵的流量可分别为计算值的100%,80%和60%,扬程可分别为100%,64%和36%,而循环水泵的耗电量相应为100%,51%和22%。多种容量的循环水泵在一定程度上可以互为备用,采用分阶段变流量的质调节时,热水供暖系统中可以不设备用泵。这种调节方法综合了质调节和量调节的优点,既较好地避免了垂直失调,又显著地节省了电能。所以,它是一种公认的比较经济合理的调节方法,在区域锅炉房热水供暖系统中得到了较多的应用。
4、间歇调节
间歇调节是在供水温度和循环水量不变的情况下,用改变供暖时间的方法来达到与热负荷匹配。在室外温度达到设计值时,热源连续供暖,随着室外温度的升高,逐渐减少运行时间。它的前提是假设热源能在额定出力的情况下制定运行时间。如果热源达不到额定出力,将不能保证用户的供热质量。事实上要想使设备满负荷高效率的运行,没有一套完整的监测和管理办法是绝对办不到的。故本调节方法实际上也很少被采用。
另外,由于设计思路的保守,使得在室外计算温度时,非连续运行也能满足用户的要求。这就是目前广泛实行的间歇供暖。间歇供暖与间歇调节有着本质的区别。间歇供暖热源容量的设计远远大于实际需要值。即使是达到室外设计温度的情况下,热源也不可能连续运行。该方式虽然初投资及运行费用较高。但从操作及保证用户供热质量等方面考虑,也还是有它一定的优点。故能在一些小型系统广泛应用。
关键词:供热系统;节能方法
采暖系统是供热学科中的一个非常重要的部分,主要针对我国北方地区冬季的低温环境给人们的居住带来不便的情况,所谓供热,就是由热源―换热站―用户―热源,利用一定的管道向住户的住宅内以各种方式输送热量的一个循环过程,这一过程消耗能源和资源非常大,因此供热系统的改进成为节约能源的关键。
供热与人们息息相关,而节能也是目前迫在眉睫。节能减排已成为当今热门话题,政府也是空前的重视。如何处理好两者的关系是目前社会关注的焦点问题。优化供热系统,利用最少的资源取得最多的热量是目前我国各级供热部门的所想,应该说我们的供热节能前景是广阔的,但任重道远。为了提高供热系统效率、降低能耗损失,同时为了提高系统稳定性、保证用户室内舒适性,国内集中供热企业引进并自主研发了大量集中供热系统节能技术。
1 热源节能技术
1.1 多种供热能源互为补充
随着城市环保要求的日益提高,能源供应结构逐渐变化,集中供热传统以燃煤为主的热源结构正在被天然气、电厂余热、油等相对清洁能源所替代。除此之外,一些新型能源及供热技术正在蓬勃发展,包括电能、核能、地热能、太阳能、生物质能及热泵技术等,将成为传统集中供热热源清洁、环保、高效节能的良好补充。
1.2 烟气余热回收技术
锅炉的排烟温度一般在90~130℃,是潜力很大的余热源。烟气余热回收技术的应用能使热源的供热能力提高2%以上。目前,国内外烟气余热回收装置大多采用金属换热材料,主要结构形式有回旋式换热器、焊接板(管)式换热器、热管换热器、热媒式换热器等,可将烟气降低至 80℃左右,使一次回水温度提高 10℃以上。此外,一些科研院所相继研发出了深度烟气余热回收的技术,可使烟气温度得到更大幅度的降低。
1.3 蓄热罐技术的应用
蓄热罐是一种储蓄热能的设备,在低热负荷时将多余的热能吸收贮存,热负荷上升时再释放出来使用。蓄热罐技术的使用可使热源负荷平稳,保持在较高的效率下运行,提高经济性及供热系统的备用能力;同时,还可在集中供热管网发生泄漏时起到及时补水的作用。
1.4 红外线高温纳米节能涂料的应用
红外线高温纳米节能涂料具有耐高温、抗氧化腐蚀等特性,通过在锅炉水冷壁上涂红外线高温纳米节能涂料,可显著延长锅炉水冷壁使用寿命。锅炉在涂刷红外线高温纳节能涂料前、后的热平衡测试结果表明:燃气锅炉涂刷后节能接近1%;燃煤锅炉涂刷后大约能节能 2%左右。
2 管网节能技术
2.1 管网水力平衡调节技术
在供热系统中,水力失调现象极为普遍,从而造成各热用户之间室内温度偏差较大、冷热不均等问题。为缓解供热系统水力失调问题,使用户满意,传统的做法是增大热网管径、增大循环泵的流量,采用“大流量、小温差”供暖运行方式,因而以造成能源极大浪费。近此年来,国内在解决管网水力平衡调节问题方面取得了一些成果,主要调节方法有:温差法、比例法、CCR法以及综合调节法。
2.2 地沟型聚氨酯预制保温管的应用
地沟型聚氨酯预制保温管道系统是由钢管/件、聚氨酯保温层和高密度聚乙烯外壳组成的整体式结构。该产品能够在一定程度上承受地沟中异常进水浸泡的恶劣工况环境,并基本保持原有性能,且接缝数量远少于传统保温方式,实际应用中有效地减少了管网热损失。该产品现场施工简便、施工量少、能大幅度缩短保温施工周期;同时还可减少运行维护的工作量,提高安全性。
2.3 直埋管全线预警系统的应用
管网泄漏监控预警系统是对运行中的直埋管道进行实时监控,判断其是否有泄漏发生的技术。该系统由预设在直埋管保温层中的特殊导线、辅助备件及联网设备组成。通过中央监控系统实时监测管道的运行情况,能够尽早发现问题并采取措施,避免突发事件及重大事故的发生,同时还可以减少人工运行管理的费用,保证管网系统稳定、安全地运行。
3 热力站节能技术
3.1 气候补偿控制技术
由于用户的室内散热器、换热站的换热设备等供热设备是按照设计工况进行选型设置的,而在实际应用中,室外空气温度往往高于设计温度,如果不及时根据室外空气温度变化情况调节换热站的供热能力,必然会造成换热站的供热量大于用户的热负荷需求而造成能源浪费。气候补偿控制技术是根据室外空气温度的变化和气候补偿器内部设有的不同条件下的调节曲线求出恰当的供水温度,自动调节一次网的流量来控制二次网的供水温度,以满足用户侧热负荷的变化要求,从而实现供热系统供水温度的气候补偿,达到节能的目的。
3.2 二次系统混水技术
二次混水技术是指在二次网建筑入口处的供水分支处加装混水泵及相应的控制系统。通过使用该项目技术,建筑物内可实现“大流量、小温差”运行,可有效解决建筑物内垂直水力失调的问题,提高热力利用率;同时,该项技术的使用,可大幅度降低热力站的运行电量,在满足室内温度全部达标的前提,可实现热力站节电率达 10%以上。
3.3 热计量收费技术的推广
供热计量收费技术的推广目的,从节能意义上讲,最主要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。目前,公建建筑多用热力站内利用超声波或机械式热量表分用户、分系统的方式进行热计量;居住建筑则采用以楼栋为对象设置热量表进行计量、各用户通过技术手段进行热量分摊。目前居住建筑热量分摊方式包括户用热量表法、通断时间面积法、流温法、散热器热分配法四种。
3.4 大温差换热技术
热电厂循环冷却水带走的这部分热量完全是废热,一般通过冷却塔直接排放到环境中。如果能将循环水中的热量回收利用,无疑将会使热电厂的供热能力得到显著提高,同时可以减少冷却水蒸发量、节省宝贵的水资源、并减少环境的热污染。通过热泵技术将循环水余热利用起来,即以热电厂循环水作为热泵的低位热源,利用热泵将热电厂循环水余热升温后供热,在不增加热电厂容量、不增加当地排放的情况下,扩大了热源的供热能力。
3.5 循环水泵变频技术
水泵运行的效率高低、选型是否合理,将直接影响供热质量和运行成本。通过对循环水泵安装变频器,可大大提高水泵的效率,同时将多台小泵并联运行改为单台大泵、可变频的运行方式,改造后节电效果显著。
4 结束语
能源是人类赖以生存的基础,无论是大到工业运转,还是小到人们的日常生活,能源都与之密切相关。进入工业社会以来,能源对人类的意义更为重大。供热系统是保证我国城市供暖的基础设施,因此,优化供热系统,实现供热节能是尤为重要的。随着我国城市化进程的不断加快,城市人口逐渐增加,城市供暖的压力也逐渐加大,因此,如何正确的运用好各项技术实现节能减排成为各部门最关心的事情。除了采取先进的节能技术方案,还必须行之有效的从热源、供热管网和热用户等方面来着手细致的工作才有可能在保证供热效果的前提下更好地做好节能工作。
参考文献:
[1]赵钦新,王善武.我国工业锅炉未来发展分析[J].工业锅炉,2012,(15).
[关键词]供热系统 热用户 冷热不均 控制策略
中图分类号:TG333.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)22-0295-01
1、概述
很多供热公司的供热系统都采用分布式供热系统。在分布式供热系统中,将供热系统中热媒热水的驱动力由不同层次的循环泵承担,共同完成输送热媒传输热量的任务。分布式二级混水泵系统在热源处设置热源循环泵,提供热源内部驱动热媒的循环动力。在热用户处设置混水泵,提供热用户内的资用压力,驱动热媒的循环,实现混水功能。通过混水技术和变频调速技术,每个热用户可以按需要从热网中取用热能,而热网可以实现大温差、小流量的经济运行供热模式。这样一来,不仅可以提高热网资源利用效果,降低输送能耗,还能满足不同用户的舒适性要求。但是分布式混水系统的调节控制比较复杂,热网越大,热负荷调节的滞后性影响越明显。如果优化不了供热系统的热源、首站、分站之间的运行调节策略,各分站之间或热用户之间将会出现供热不平衡问题,冷热不均问题也比较严重。本文就某热网在实际供热中,分析建立热用户冷热不均问题的理论模型,探讨现有问题产生的一些原因,为进一步研究分布式混水系统的调节控制工作奠定基础。
2、调节供热不平衡的重要性
冬季供暖是关系城镇居民群众切身利益的大事。供热公司自筹资金,同时要使居民的供暖温度达到标准,还要兼顾企业的运行成本,因此满足最低要求的情况下来挖掘供热企业内部潜力,势必要做好良好的供热调节。热水锅炉和供热系统的运行参数,以及控制燃烧条件,均应根据取暖季节(冬初或冷)和加热时间(白天或晚上)进行调节。热调节的目的,既要保证系统用户的室内温度合适,又要避免不必要的浪费热量,实现经济运行。热水采暖系统在试运行期间,根据安装规范进行调整,其主要目的是检查系统是否平衡,以满足设计的要求。该系统投入运行应继续进行调节,最终达到使用规定。
3、我国热网管理的特点
我国的采暖收费主要还是根据采暖供应的面积来进行具体的暖费计算和收取,而国外的一些国家,采暖收费主要是根据所使用的热量来进行收费。?西方发达国家在供暖散热器上,都会设置相应的温控阀,而我国的供暖散热器上却没有设置相应的温控阀。?我国的热发电厂主要采用两种管理方法,供热网络的峰值热源也不够充足。?西方国家的供暖主要是为人们提供生活用热水,而我国的供暖不仅为用户提供热水,而且还为用户提供暖气。
4、供热系统基本供热能力分析
在某热力公司分布式热网供热系统中,热网主要由锅炉房、首站、热用户混水供热分站等部分组成。采用枝状管网分布式二级混水泵系统供热,热用户大多数为厂房以及办公楼散热器采暖用热,热用户与锅炉房之间的地势比较平坦。首站为水-水换热站变频泵循环供热,分站采用混水供热机组供热。
锅炉房设计安装了一台70MW的高温热水锅炉,额定出水温度为130℃,额定进水温度为70℃。锅炉在额定工况运行时,使用2台循环热水泵变频运行,为热源部分的热水热媒提供循环动力。 一般工业厂房建筑热用户的建筑面积热指标取140W/m2,如果这台锅炉在额定工况下运行时,可以为50万m2的工业厂房建筑热用户提供热量。现有供热面积约为24万m2,锅炉在供暖期间内采用间歇式供热,间歇供热时段为05:00~7:30,10:00~11:30,13:00~16:00,20:30~23:30。
首站是热网的第一个换热站,采用一台固定管板换热器,设计温度管程为100℃。二次网采用两台(一用一备)变频热水循环泵为供热管网提供循环动力。循环泵的功率为250kW,流量为1500m3/h,转速为1485r/min。
首站与热用户之间的二次热网若按110/70℃的供热曲线运行供热,三条主干线传输热量的额定能力完全可以满足系统供热能力的需求。
5、分站冷热不均现象分析
在本文的供热系统中,所有的分站均采用混水泵变频系统调节供热。但在实际运行中,有的分站采用变频运行,有的分站采用定频运行。根据热用户反映,厂房冷热不均问题严重。
根据供热理论,供热量Q1和用热量Q2计算式为
Q1=G×Cp×t/3600(1)
Q2= q?A(2)
式中,Q1DD供热量(kW);
GDD热水的循环流量(kg/h);
CpDD水的比热容(kJ/ kg?℃);
tDD供回水温差(℃);
Q2DD采暖用热量(kW);
qDD采暖用热指标(W/m2)。
本文中的采暖用热指标是根据首站的供热量和供热面积,考虑热网损耗实时换算得出,取46.6 W/m2。
根据供热与用热平衡理论,首站供出的总热量由各分站取用后分配给1~7号热用户,并由此确定出各个热用户的用热量。
由现场采集分站运行时的流量、供回水温度等参数,经测算出供热量,并与用热量比较,热用户冷热不均现象严重,与实际情况基本吻合。
6、探讨供热系统现有问题产生的原因
首站的供热量是根据室外气温变化,按110/70℃供热曲线运行间歇供热。针对7个热用户冷热不均问题,通过实际走访调研,探讨分析供热系统现有问题产生的原因,可能存在以下几个方面:
①各个供热分站的控制策略不明确。通过采集供回水温差参数显示,各分站供回水温差过小,在1. 4~6.6℃之间,各分站取用热能的效果并不理想。现有分站与热用户之间的二次热网的调节控制中,出现调节流量和调节温度同时存在的现象,这无疑增加了调节控制难度,造成各个分站的质调节目标无法有效实现。
②若首站和分站之间的热网温差过小,并得不到有效控制,管网的供热能力将会受到严重限制,系统投资及资源将会浪费严重。
③供热分站混水机组为典型的一次侧量调转换为二次侧质调的供热系统。但目前分站混水机组前加装流量平衡阀并参与调控,与一次侧需要量调控的原理相抵触,将会严重干扰混水供热调控机组的运行及控制。
在供热系统中,热源、首站、分站和用户之间的调控策略不协调,系统资源的能力将无法有效发挥,会造成资源利用不合理,供热不协调,系统资源浪费严重等问题,对目前供热和未来的发展及扩容等方面都会产生不利的影响。供热分站缺少完整的协调的供热优化控制平台和模型,导致供热资源浪费,供热目标实现不了。
7、小结
热水采暖系统,集中质调和量调的意义是显著节省燃料,实现经济运行。特别是北方寒冷地区采暖期长,实际供热的初期和严寒期室内外温差变化较大,更应引起供热主管部门和锅炉运行管理人员的充分重视,以期达到良好的供热性能和经济效果。
参考文献:
关健词 膨胀水箱;定压;恒压;补水泵;变频调速
中图分类号TK1 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)54-0146-02
1 补水定压的作用
在集中供热中,定压的作用在于供暖系统能在稳压状态下运行,保证系统内不倒空、不汽化,保证供热系统充满水,否则系统缺水不仅产生水流噪声,而且影响局部供热效果,产生夏季不冷、冬季不热的情况。系统在运行过程中,不可避免地存在着漏水现象,必须随时进行补水定压,排除水系统中的空气。《全国民用建筑工程设计技术措施》明确指出:系统的小时泄漏为系统水容量的1%,系统补水量为水容量的2%。
因此,供热空调水系统为了排除空气,达到运行最佳效果,必须随时补水定压。为此,在不同条件下,如何确立定压方式,进行定压设备选型,应从经济、安全、合理、适用等方面考虑,设计选型时,值得探讨与分析。
2 定压方式分类与设备选型及特点
2.1 膨胀水箱定压
因水有受热膨胀和遇冷收缩的性质,系统中的水受热时,体积要发生膨胀,为了收贮这部分水量,需在系统中设置膨胀水箱。这是一种最原始的方法,可解决因水加热膨胀空间问题,并有自动补水作用,分段供热效果最佳。
高位开式膨胀水箱;高位开式膨胀水箱定压,这是一种最早使用的定压方式。高位开式膨胀水箱定压补水方式是将高位膨胀水箱及补水箱设在小区中最高供暖建筑物处,膨胀管及信号管沿管沟拉回供热锅炉房,膨胀管接到循环水泵的进口端。信号管接入锅炉房排水系统,作用为检测高位膨胀水箱是否充满水,当高位膨胀水箱充满水时,信号管有水流出,未充满时则无水流出。高位膨胀水箱水位由补水箱的浮球阀控制,此时浮球阀起到调节水位的作用,又起到测量水位的作用。当高位膨胀水箱水位下降时,浮球阀打开,补水箱对高位膨胀水箱补水,从而达到维持高位水箱水位恒定的目的。
优点:定压补水装置简单,并具有一定可靠性,定压点稳定、波动不大,并有自动补水控制装置。缺点:1)安装要受高度限制,必须安装在建筑物的最高点,因此,加重了建筑物承重负荷;2)管理不便,尤其是当最高建筑物远离供热锅炉房时;3)当小区住宅分阶段建造时,最高供暖建筑物的位置会发生变化,高位膨胀水箱也要随之改变位置,既增加了工程造价,又降低了供热系统的可靠性;4)随着小区供暖半径增加及供热管道直埋敷设技术在供热工程中的广泛采用,将膨胀管及信号管等拉回供热锅炉房已不现实。
高位开式膨胀水箱定压适应于建筑面积1万O、建筑高度30m以下,建筑面积超过4万O以上,水箱需要很大的容积,否则水受热膨胀易出现水箱溢水现象。因管路系统复杂,在运行操作、管理维修等方面较为复杂。
低位开式膨胀水箱:低位开式膨胀水箱定压目前用的较少,适用于有地下室的建筑。特点:系统中的回水集中进入建筑物底层或地下室的水箱,再由水泵输送至整个系统。缺点:因是开式系统水质易脏,容易对管路产生污垢和腐蚀,并因克服系统静压压头,水泵耗电量大。
2.2落地闭式膨胀罐定压
落地闭式膨胀罐定压方式是80年代替代膨胀水箱定压的一种定压方式。是利用密闭贮罐中的充入的氮气或压缩空气的压力变化,进行贮存、调节和压送水量的气压补水定压设备,其作用相当于高位水箱。
优点:过量补水不会出现溢水现象,膨胀的水流回软水箱,可以重复利用。灵活性大,可安装在任何高度,对不宜设置高位水箱、有隐蔽要求、地震等高发地区和临时性等建筑物均可适用,施工安装简便、周期短、占地小、便于新建或扩建拆迁,操作简便,无需专人管理。当供热系统的膨胀水量大于漏失水量时,定压水罐通过胶囊变形可及时容纳膨胀水,从而起到消除水击的作用。缺点:因气压膨胀罐调节容积较小,补水泵启动频繁,水泵在变压情况下运行,平均效率低,所以能量消耗大,二次运行费用高。而因断电或控制系统发生故障,断水率高,所以供水安全性差。选用落地闭式膨胀罐定压设备,应装安全阀、压力表、泄水阀、补水泵装有自动开关装置,在水罐出水管上要设止气阀,以免压缩空气进入水系统。
2.2.1 定压式定压
定压式气压膨胀罐补水定压特点:是在向水系统补水的过程中水压维持恒定。因此设备结构复杂、造价高,对无特殊要求的用户,应不予考虑选用此种设备。
2.2.2 变压式定压
变压式气压膨胀罐补水定压特点:是在向水系统补水的过程中水压处于变化状态。因此设备结构简单、造价低,所以目前国内中小型定压补水系统中,常选用变压式设备。
2.3变频调速定压
此设备是90年代开始使用的。基本原理是根据供热系统的压力变化,改变电源频率,平滑无级地调整补水泵转速,并与在旁通管上增设电磁阀,进而及时调节补水量,实现系统恒压点压力的恒定。
该定压方式的关键设备是变频器,其工作原理是把50HZ的交流电转为直流电,再经过变频器把直流电变换为另一种频率的交流电。由于电流频率的改变,从而达到补水泵调速的目的。频率与转速的关系为:
n=60f(1-Sn)/P
式中n一异步电动机即水泵转速;
f 一电源频率,Hz;
Sn一电机额定转数,即电机定子旋转磁场转速之差,一般为5%左右;
P 一电机的极对数。
由上式可看出,当P、Sn一定时,电机即水泵转速与输入电流的频率成正比。频率愈高,转速愈快,频率愈低,转速愈慢。由水泵特性可知,水泵流量与频率也成正比,调节频率即调节转速,则可直接调节补水泵。一般变频器的频率,调节范围为0.5Hz~400Hz之间,因此转速的变化为14r/min~11200r/min之间。
优点:一点控制、系统恒压。变频控制柜依据设定的压力,自动调控水泵电机转速,降低电机输出功率,以保证供水压力恒定,从而达到节能目的,变频调速补水定压是连续补水、功能齐全,可实现手动或自动操作,运行中水压稳定、安全可靠。在建筑面积大、水系统失水量大的情况下,使用效果最佳。缺点:在供热面积1万m2以下,在运行过程中,水受热膨胀,无膨胀空间,要从安全阀排出,形成软水流失,造成水资源的浪费。变频在补水量较小时,频率在20Hz左右,有效功率最低,待机无功耗电,此时最不节电,相应水泵机械磨损较快。
2.4 数字式自控定压
它是一种研制开发的新产品,是采用数显仪表加单片机控制,具有数字监视、控制点精确(精确度:0.1m),压力波动范围与高位水箱相同,波动范围在1m~1.5m。当分段供热时,系统中热膨胀压力传给数显仪表打开水泵进、出口联通电磁阀将膨胀水退回软水箱,比变频定压耗电少50%~70%,机械磨损少,而且价格低,占地只有定压罐的1/3。50m以上、2万m2以下高层,效果最好。
3 结论
系统的补水定压是供热水系统中重要的组成部分,不可缺少的环节。定压的方法有很多,因根据经济情况和具体条件采用不同的方法,其基本原则应尽可能具有远程监视、设备先进、稳定可靠、自动定压、无须人员管理等功能。在大力提倡低碳生活及节能的今天,供热系统定压方式的确定及设备的选择应综合考虑,根据实际工程的不同情况选用相应的定压方式。通过对定压方式的分析,为广大工程设计人员提供参考。
参考文献
[1]李善化,康慧.集中供热设计手册.中国电力出版社.
[2]陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.中国建筑工业出版社.
[3]贺平,孙刚.供热工程.中国建筑工业出版社.