葉 蕾 許世璋

（1.機械工業(yè)第九設(shè)計研究院有限公司 長春 130000；2.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510000）

引言

隨著能源緊缺和環(huán)境污染問題日益嚴重，集中供熱在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注，解決集中供熱系統(tǒng)存在的問題對于節(jié)約一次能源、改善環(huán)境和提高人們生活舒適性都有著重要的社會意義。數(shù)據(jù)顯示，截止至2011年，我國北方采暖建筑面積為88億平方米，采暖能耗為1.53億噸標準煤，是建筑總能耗的23 %[1]。由此可見，對集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能研究勢在必行，集中供熱系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)對系統(tǒng)降低供熱成本、提高能源利用率都有著很強的現(xiàn)實意義。本文主要針對集中供熱系統(tǒng)傳統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)方式提出了利用混水泵進行量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)混合調(diào)節(jié)，達到根據(jù)建筑負荷的變化調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行工況，從而減低系統(tǒng)能耗的目的。

1 集中供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)方式概述

對于集中供熱系統(tǒng)，其運行調(diào)節(jié)方式按調(diào)節(jié)參數(shù)的不同主要分為以下幾種：

1）質(zhì)調(diào)節(jié)：改變管網(wǎng)的供水溫度；

2）量調(diào)節(jié)：改變管網(wǎng)的循環(huán)水量；

3）分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)：把供暖期按室外溫度分成若干階段，在每個階段流量不變，并改變管網(wǎng)的供水溫度；

4）間歇調(diào)節(jié)：改變每天的供暖小時數(shù)；

5）熱量調(diào)節(jié)：熱量計量調(diào)節(jié)[2]。

以上五種傳統(tǒng)的集中供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)方式，前三種在實際工程中應(yīng)用較多，但均存在一定的局限性和問題。本文提出的利用混水泵進行量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)混合調(diào)節(jié)法是將量調(diào)節(jié)和質(zhì)調(diào)節(jié)根據(jù)水泵變頻節(jié)能原理綜合應(yīng)用的調(diào)節(jié)方式，屬于局部調(diào)節(jié)，主要應(yīng)用于熱力站或熱力入口處。

2 利用混水泵進行運行調(diào)節(jié)的原理概述

如圖1所示，在集中供熱系統(tǒng)的熱力站或熱力入口處裝有混水泵，使得從熱用戶出來的回水一部分通過回水管回到一次熱網(wǎng)中，另一部分通過混水泵根據(jù)一定比例進入供水管與來自一次熱網(wǎng)的供水混合，共同經(jīng)過循環(huán)水泵進入熱用戶。這一過程實現(xiàn)了在熱力入口對二次網(wǎng)系統(tǒng)進行供水溫度的調(diào)節(jié)，即質(zhì)調(diào)節(jié)的過程。在質(zhì)調(diào)節(jié)過程中，實際的供水溫度tg'由系統(tǒng)混水量Qh、一次熱網(wǎng)供水溫度tg、一次熱網(wǎng)供水量Q1以及用戶回水溫度th共同決定，即：

該系統(tǒng)中，混水泵和循環(huán)水泵均為變頻泵，故系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)原理為：當建筑熱負荷改變時，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)水量，通過調(diào)節(jié)混水泵的轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)速系統(tǒng)的供水溫度，即實現(xiàn)了在熱力入口處的量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)混合調(diào)節(jié)。

3 利用混水泵進行運行調(diào)節(jié)的應(yīng)用分析

對于帶混水泵的供熱系統(tǒng)，其節(jié)能性主要在于對循環(huán)水泵和混水泵的轉(zhuǎn)速控制，依據(jù)為水泵相似定律：

式中Q1、H1、N1——轉(zhuǎn)速為n1時，泵或風機的流量、壓頭及功率；

Q2、H2、N2——轉(zhuǎn)速為n2時，泵或風機的流量、壓頭及功率。

由以上水泵相似定律可知，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，消耗的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比[3]。故合理的對循環(huán)水泵和混水泵的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)是本調(diào)節(jié)方法的關(guān)鍵。

3.1 混水泵和循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)原則

在系統(tǒng)中由于循環(huán)水泵的流量和功率大于混水泵，所以對循環(huán)水泵進行調(diào)節(jié)的節(jié)能空間更大，故在運行調(diào)節(jié)過程中，優(yōu)先調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，即優(yōu)先進行量調(diào)節(jié)，量調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)供水溫度不變。當系統(tǒng)的循環(huán)水量降低到量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)分界流量時，停止對循環(huán)水泵的調(diào)節(jié)，此時需對混水泵進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，即質(zhì)調(diào)節(jié)，質(zhì)調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)循環(huán)水量不變。設(shè)量調(diào)節(jié)和質(zhì)調(diào)節(jié)的分界流量為Q0，以上調(diào)節(jié)過程為：當循環(huán)水量Q＞Q0時，啟動量調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速；當循環(huán)水量Q＜Q0時，啟動質(zhì)調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)混水泵的轉(zhuǎn)速。

3.2 量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)分界流量的確定

量調(diào)節(jié)和質(zhì)調(diào)節(jié)的分界流量Q0的選取需滿足以下要求：

1）保證系統(tǒng)在運行期間不會因為流量過小引起水力失調(diào)、熱力失調(diào)現(xiàn)象；

2）從節(jié)能的角度，保證系統(tǒng)在運行時消耗的功率最?。?/p>

圖1 帶混水泵的管網(wǎng)系統(tǒng)圖

表1 系統(tǒng)若干工況下的運行數(shù)據(jù)分析

3）保證在Q0的作用下，可以通過質(zhì)調(diào)節(jié)基本滿足室內(nèi)溫度要求。

由于循環(huán)水泵的節(jié)能空間大于混水泵，所以從理論上講系統(tǒng)的循環(huán)水量越小，消耗的軸功率就越小，所以Q0的取值越小對節(jié)能越有利，即系統(tǒng)采用“小流量大溫差”的運行方式節(jié)能效果最好。但是綜合上述三點要求，Q0的取值不能任意減小，通常初步選定在系統(tǒng)設(shè)計工況循環(huán)水量的60 %[4]。

4 系統(tǒng)節(jié)能效果分析

設(shè)循環(huán)水泵的額定流量為Q，額定功率為P，混水泵的額定流量為0.3 Q，額定功率為0.3 P，現(xiàn)選取運行調(diào)節(jié)過程中的幾種工況分析其節(jié)能效果，見表1。

由表1中數(shù)據(jù)可知，根據(jù)建筑熱負荷的變化，在集中供熱系統(tǒng)的熱力入口處采用量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)混合調(diào)節(jié)的方式，能夠起到較好的節(jié)能效果。

5 結(jié)論

在集中供熱系統(tǒng)的熱力站或熱力入口處增加混水泵對系統(tǒng)進行量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)混合調(diào)節(jié)的方式能夠使供熱系統(tǒng)根據(jù)建筑熱負荷的變化調(diào)節(jié)運行工況，從而達到節(jié)能的目的。在應(yīng)用該調(diào)節(jié)方法時，首先需要對量調(diào)節(jié)-質(zhì)調(diào)節(jié)的分界流量Q0進行確定，當循環(huán)水量Q＞Q0時，啟動量調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速；當循環(huán)水量Q＜Q0時，啟動質(zhì)調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)混水泵的轉(zhuǎn)速。該運行調(diào)節(jié)方式綜合運用了量調(diào)節(jié)和質(zhì)調(diào)節(jié)，其節(jié)能效果顯著。