现行供热系统的调节模式及其研究的看法

摘要：供热系统合理的运行调节调节模式是在保证供暖质量的前提下落实供热系统增效、降耗的节能工作最直接有效的方式。本文通过对调节模式的介绍，阐述了供热运行调节在国内外运用的情况，并对不同调节模式下供热系统能耗进行简要分析。

关键词：供热系统；调节模式；研究

中图分类号：TU833 文献标识码：A

一、供热系统的运行与调节模式

在城市集中供热系统中，根据调节地点的不同，供热系统运行调节可分为集中调节、局部调节和个体调节三种。集中调节在热源处进行，其调节方法主要有：质调节、分阶段改变流量的质调节、间歇调节。其中分阶段改变流量质调节需要在供暖期中按室外温度高低分成几个阶段，在室外温度较低的阶段中保持较大的流量，而在室外温度较高的阶段中保持较小的流量，在每一阶段内管网的循环水量总保持不变，供热调节采用改变管网供水温度的质调节。这种调节方法，综合了质调节和量调节的优点，既较好地避免了水力失调，又显著地节省了电能，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。近年来，人们从节能的角度出发，开始研究和使用变频调速水泵，调速水泵的出现，使供热系统实现无级的变流量运行成为可能，“变频”几乎成为节能的代名词，广泛用于供热系统节能改造工程中。

二、国内外现行供热运行调节情况

目前，西方国家的集中供热技术己比较成熟，基本实现了温度的自动调控。如在用户的散热器入口安装用以实现室温自主调节的温控阀；热网及换热站运行参数的监测在中央控制室进行；系统的变流量运行是通过最不利用户的压差控制和流量的变频调节来实现的。二次回路热水是在热力站内与一次回路的热量交换而成，且二次回路中设有变频水泵、电动调节阀和气候补偿器等运行调节装置，压差控制器、回水温度限制器等控制装置，形成了较为完整的、先进的供热系统运行及调节模式。

目前我国的集中供热系统调节主要在热源处采取质调节的方式。由于末端建筑千差万别，这种调节方式除难以确定合适的控制策略、给定合适的供水温度外，对于一些只能依靠运行管理人员的经验“看天烧火”的供热系统，很难仅凭经验就能做到热量供需平衡，为保险起见，运行人员往往会加大供热量，从而造成系统整体过热。目前我国北方建筑采暖近60%都采用了不同的规模的集中供热系统来进行冬季供热，但因运行调节不当而导致部分建筑过热，由于开窗散热而造成的热量浪费平均占总供热量的30%以上。我国的供热系统运行基本还没有建立起监控系统，无法完成根据用热量或室外空气温度的变化对系统供给的流量和热量进行实时的调节和控制；同时热力工况调节设备和调控模式也相对比较落后，大流量小温差的现象是普遍存在的，因此热力管网的水力失调、供热系统输送效率低以及供热系统能量浪费的问题也比较严重。

三、供热系统的运行及调节模式研究的意义

当集中供热系统的规模过大以后，供热系统的热惯性也随之增大，但目前的供热条件下很难根据天气的突然变化实现及时有效的调整。集中供热系统总供热参数随气候变化的调整不及时，供暖季初寒期和末寒期过度供热，造成系统热损失，这部分热损失与供热系统规模及其运行调节模式有关，一般占到了系统总供热量的3%- 5%。图1所示为相同的两栋建筑，一栋建筑采取末端调控手段，另一栋建筑没有调控手段，二者相比较每日减少的耗热量随室外温度的变化曲线，可以看到节约的热量随室外温度变化的正相关性，即室外空气温度越高，则节约的热量越多，这也间接说明了初、末寒期负荷较低时，热源调节很难与负荷变化同步，很容易过量供热。

经过十几年的努力，我国学者在集中供热运行调节的不同模式、动态优化、最佳工况及系统经济性等方面做了深入的研究。如根据调节地点的不同，通过不同的质、量调节模式来满足热用户的自主调节性；针对不同调节模式的现状，采用变频调节的供热系统的节能优势理论分析；水泵变频调节节能潜力最大时的实际流量与设计工况流量之比；对采用变频调节与分阶段变流量调节的供热系统的能耗分析。

国内外学者对供热系统的不同运行调节方式进行了较全面的分析和研究，而变频泵因其变速节能受到更多学者的青睐。也曾有学者提出过相比于分阶段变流量质调节，采用循环水泵变频调节的供热系统更加节能，但从经济角度分析却未必可行。变频调速水泵是根据供热系统运行的不同负荷率，通过改变交流电频率来调节电机转速，实现水泵在部分负荷运行的节能，以提高供热系统效率。在节能的光环下，诸多工程及研究略显盲目。变频调节方法在节能方面存在优势，但研究分析尤其是对比中应选择二者存在可比性情况下，即系统在这两种调节模式下的最佳运行工况进行对比，并考虑到各自的优、劣势，进而更好地指导工程实践。另外，选择性能良好的单体设备，同时也要保证各种设备的组合运行，上述分析均基于供热系统不同运行调节模式下循环水泵能耗对比，实际运行还要考虑整个系统中各设备的性能优化组合，即进行供热系统整体能耗分析。

四、不同调节模式下供热系统能耗的分析

1、供热调节的基本公式

令在运行调节时，相应tw下的热负荷与设计热负荷之比成为相对供热系统热负荷比，而称其流量之比为相对流量比，则

（1）

式中为相对供暖热负荷比，即相应室外温度tW下的供暖热负荷与供暖设计热负荷之比；tn为供暖热用户的室内设计温度，℃ ； tw , t′w 分别为任意室外温度和供暖的室外计算温度，℃ ；为相应tW下的供暖流量G与设计工况下的流量G′之比；tg 、 th分别为热网的设计供、回水温度，℃； t′g, t′h、分别为非设计工况下热网的供、回水温度，℃；.

在某一室外温度tw的运行下，采用分阶段改变流量的质调节，即令，代入供热调节的基本公式，可得分阶段处的供、回水温度为：

式中b为散热器的特性参数。

根据供热负荷延续时间的数学表达式：

式中β0一系数，与地区有关，；NZh--采暖期天数，d；

N--采暖期内室外温度小于tW的延续天数，d.

则供暖期内，室外温度为tw的积累天数可表示为：

2、分阶段变流量质调节的耗电量

分阶段改变流量的质调节，是在热水供暖系统的整个运行期间，按室外温度高低分成几个阶段，不同时间段采用不同的流量，同时改变系统的供水温度。在同一阶段内系统循环流量保持不变，供暖负荷变化时实行集中质调节。一般认为，分阶段变流量的调节阶段是根据供热系统规模大小而划分的。规模较大的系统分为三阶段：100% , 80% ,60%；规模较小的系统分为两阶段：100% , 75%.

3、变频调节的运行能耗

水泵最佳流量调节范围是指其在调速前后均在高效段内工作时所允许的流量最大变化范围。

变频调速水泵实际上是参照给定的输入参数进行水泵的运转设计的，水泵根据控制器传递的信号而降低转速时，其流量呈线性减小。系统负荷较小时，其末端二通阀关断数量增加，系统阻抗将增大，为了满足系统的流量需要，此时水泵的实际运转就会沿着其性能曲线的向左侧偏移。水泵的实际运转在系统的流量过小的时候不仅容易发生热能的堆积现象，也会产生其径向、轴向推力增加，涡流和净吸水扬程不足等现象，导致的压力和振动会对泵的轴承、轴封、转轴等造成损害。另外，水泵实际运转过程中通过的流体温度的增加也可对其正常运转产生不良影响，从而降低水泵的工作寿命。

结语：

供热系统合理的运行调节调节模式是在保证供暖质量的前提下最大限度实现供热系统的节能，我国的电力电子元器件和装置的技术尚在发展，但不可否认，变频技术是有发展前途的技术。

参考文献：

[1]吴金星.供热系统的运行及调节模式研究[D].北京建筑大学,2013.

[2]安晓英.新型通断调节模式计量供热系统性能实验研究[D].河北工业大学,2006.

[3]蔺鹏飞.某集中供热系统管网节能改造研究[D].重庆大学,2012.