2022年高级技师论文 .pdf

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1、试论集中供热系统的发展趋势目前我国大多数集中供热系统设计观念落后，末端无合理可靠的调节控制手段，供暖系统以“大流量、小温差”的方式运行水力失调现象普遍存在，水泵大部分时间都运行在部分负荷状态，致使系统耗电量高。 减少输送系统能耗最有效的方式是采用变流量水系统， 该系统可使水泵的供水量随负荷的变化而变化，实现供热系统的供需动态平衡。 随着供热体制的改革， 动态的变流量系统将是集中供热系统的发展趋势。供热系统变流量温控方式发展趋势11供热系统改造的意义与途径目前我国北方城镇共有供暖建筑65亿平方米，其中约 70采用不同类型的集中供暖。根据目前初步统计，城镇建筑供暖用能折合标准煤13亿t a，占我国

2、总城镇建筑用能的 52，是建筑用能的最主要部分。 与发达国家相比， 我国城镇建筑单位面积供暖能耗是同纬度国家的23倍，而建筑除供暖外的其他用能(照明、空调、家电、建筑设备等) 按照单位面积比较，却仅为发达国家的15和12因此供暖节能应是我国建筑节能工作中潜力最大、最主要的途径，应该作为当前开展建筑节能工作的重点。供暖系统的能耗主要包括：供给处理设备热量的热源能耗，如锅炉房耗煤、燃油、燃气或电等；另一方面是输送系统如循环水泵、补水泵的能耗。目前我国大多数供热系统采用恒流量系统，由于设计观念的落后， 又无合理可靠的调节控制手段，供暖系统常常以“大流量、小温差”的方式运行，水泵大部分时间都运行在部分

3、负荷状态， 致使系统漏损大， 耗电量高。 减少输送系统能耗最有效的方式是采用变流量水系统， 该系统可使水泵的供水量随负荷的变化而变化，实现供热系统供需的动态平衡。 近年来，由于电脑技术、 控制计算、网络技术和通讯技术的不断进步，楼宇自动化系统(BAS)在商业建筑中大量普及，形成功能齐全的智能化建筑，不仅极大改善了建筑的环境效率，而且也使建筑的能源消耗在量化控制之下，确保建筑的能源成本降低成为可能，但不可否认的是， 在这些智能化建筑中，大多数 BAS 仅能完成设备的运行参数检测、 设备的启停控制等基本功能，能真正实现系统经济运行的很少，离节能的目标更是相去甚远。12国内外变流量供热系统发展及现状

4、1国外热网情况：国外许多发达国家集中供热发展很快，从设备、技术、管理等诸方面都是比较先进成熟的。 从高效、可靠和降低运行成本的目标出发，国外发达国家采用中央监测和控制，包括热源厂、热网控制点、热力站的流量、温度、压力、热量和报警等。在采暖用户入口安装温控阀， 自主调节室内温度， 中央控制室监测热网和热力站运行参数，通过不利用户压差控制和调节变速泵，实施变流量运行。由于国外一直是市场经济体制， 热网的设计和调节都是以单户计量为目的的，所以他们对于用户自主调节的控制理论已经非常成熟了，主要表现在：(1) 电脑管理水平普遍较高， 软件功能齐全， 具有热用户及热源厂结算的计量管理、故障分析与报警、热网

5、的控制与调度、热力站的无人值守、热源的控制与调度等功能，热网管理人员较少，(2) 电脑控制系统广泛采用集散式控制系统，主要特点是分散控制为主， 集中控制为辅，在灵活性、可靠性、可扩展性上有很强的优势。(3) 供热系统采用先进的新技术、 新设备和新材料， 硬件质量好， 基本不存精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页在漏水现象， 计量设备准确， 执行机构动作可靠， 为电脑管理和调节提供可靠的信息来源，普遍采用自力式流量控制器等来解决水力失调问题，效果很好a (4) 用户的暖气设备进出口都安装温控阀，用户可以自行调节， 基本可

6、以做到按需供热。随着对外开放与经济改革的不断深化，我国北方城镇大力普及集中供热事业，实行供暖行业集中管理， 并向较大规模发展。 现在的管网普遍采用间供式。近几年来，计量供热方式也正逐步推广实施热化率在逐步提高。但由于受经济条件的限制， 供热系统的调控设备及调控手段的相对落后，供热质量并不令人满意，为了满足热用户的需求，提高供热效果，克服热力工况的失调，常常采用“大流量，小温差” 的运行方式，这种运行方式在一定程度上能够缓解热力工况的失调，但没有从根本消除系统的水力失调，仍存在着很大的缺点， 如需要大水泵，大热源这种运行方式也带来大能耗，增加了设备投资，降低系统的可调性。改善热网的热力工况，必须

7、研究好热网的热力特性，配备相应的设备仪表，对热网进行调节。 发展我国的集中供热事业。 我国常规室外供热系统多采用集中式热力站，热力站的规模从 540万小2不等。是否采用国外的运行控制方法要从投资、运行的经济性与其功能两方面综合考虑，选择最优方案。国内的情况：集中供热系统是一个十分复杂的多变量控制系统，供热面积大，影响因素多，内部关联性强， 滞后时间长，非线性严重，随着供热技术水平的提高，我国也采用了许多新技术， 新设备，运行管理的水平也有所提高，但从整体上来说，热网运行管理水平还是不完善， 常常采用大流量、 小温差的运行模式， 水力失调现象普遍存在，过热用户室温严重超标， 过冷用户室温不达标，

8、 这种现象恶化了热网运行指标，影响了供热质量，增加了运行费用，从而浪费了能源。我国针对于建筑物的温控方式毛要有以下几种： (1)温控阀：温控阀装在散热器的支管处，可以设定一定的温度设定值， 温控阀的实际开度随负荷的变化而变化， 散热器的流量也随着室内负荷的变化而被动变化，继而整个热网的流量也都在变化，目前对这一方面的研究较多。(2) 混水回路装置： 在建筑物入口引入混水回路， 在混水回路上安装电动调节阀及温度控制器， 这样建筑物内部是定流量系统外网改为变流量系统。既实现了热水输送系统的变流量降低了水泵的功率消耗，又不会引起建筑物内部的水力失调。河北工业大学的齐成英教授提出的末端设嚣通断阀的变流

9、量控制方式：根据室内温度的变化， 电磁阀通过通断控制流过散热器的水量，当室内温度低于某一设定值时， 控制器发出信号关闭二通阀；高于某一设定值时开启二通阀，虽然成本较低，通断式电动调节阀由于反复动作，极易造成水力工况紊乱， 造成控制失效。 江南大学的冯小平博士开发了集中供热空调系统水力工况的动态模拟分析和优化设计软件， 该软件具有设计优化、工况模拟、动态调节等功能，利用该软件可以确定系统水力工况调节控审值， 可以对实际投入运行的供热系统在不同气候条件及不同用户特点条件下的运行控制策略进行模拟分析，提出了系统的控制方案，目前还没有做成产品，只是做科研时使用。3、对于变流量系统的运行调节当系统变流量

10、运行时： “当流量在设计流量 20一30范围内变动时， 散热量变动只有 10左右；而当流量减少到设计流量的20-30 时，散热量的波动将为设计值的 50一80，室温只能维持在 514。在变流量系统中，建议不使用手动调节装置 通过研究发现： 根据实际情况选择合理的平衡阀和压力调精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页节器，能消除手动调节对变流量水系统的干扰。对于安装温控阀的单管跨越式系统、双管系统的热力入口的使用设备进行的分析，认为安装温控阀的双管系统的是变流量系统， 应该加装压差控制阀； 带跨越管的垂直单管系统， 由于温控

11、阀的作用，使通过散热器的流量随室内负荷变化而变化，但跨越管的分流作用使得立管的总流量却保持基本不变。 因此，此时热网基本上是以定流量运行，使用自力式流量控制阀是最合适的。 文中认为传统单管系统改造为计量供热之后，仍应为定流量运行。而对于双管系统，无论传统垂直双管系统、还是新双管系统，均为变流量运行，且采用定压差控制方式。13供热系统变流量实现的新方法变流量系统的基本原理：变流量系统是指输送环路的总水量发生变化，其运行的基本原理可以根据热力学第一定律来表达：Q ：为设计工况下的负荷；Af：为按标准确定的温差，因此流量也同时被确定。当系统设计完成并投入运行时，Q 成了独立参数，它与室外的气象条件和

12、室内散热量等诸多因素有关。 当Q 变化时可以根据热负荷调节管路流量G ，也可以调节系统的供回水温差 Df。如果改变供回水温差，而保持流量不变则成为恒流量系统：如果保持系统供回水温差不变而改变系统流量则形成变流量系统。理想的变流量系统，其供回水温差不变而流量与负荷成线性关系。由于目国内绝大多数大型集中供热系统均为恒流量系统， 并且系统末端无计量和调节手段，此情况对我国将来的供热发展情况即为不利。 本文针对此情况在建筑群入口处安装流量调节装置，以建筑单体为研究对象，根据建筑单体的回水温度控制阀门开度，使进入建筑用户群的流量根据用户负荷发生变化。其流程如( 图11) 所示。4、随着热量计量收费体制的

13、改革，用户将可以根据采暖需求对供热状态进行调节，无论是建筑入口电动调节阀的调节还是通断式调节，本质上都是调节户内的供热流量，这样热网成为变流量运行。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页14变流量水系统方法研究的可行性分析变流量供热系统自身的特点决定了系统要有量调节的功能，但这种量调节有别于传统意义上的集中量调节。 传统的集中量调节随室外温度的变化在热源处主动改变循环水量从而调节供热量以维持所有用户的室内温度恒定，在某一室外温度下，管网中的循环水量基本是一个定值。而对于新的交流量供热系统， 由于局部改变水量的调节， 热源

14、处循环水泵对于这神局部调节进行适用性跟踪调节，是一种被动的调节： 并且这种被动调节不仅与室外温度有关，还与建筑单体的局部调节有关，即在某固定的室外温度时，循环水量也不是定值。变流量供热系统只采用这种跟踪量调节不能完全适应热负荷的变化，如当室外温度较高、热负荷变小时，假设供热温度仍然较高，电动调节阀的开度会很小，有可能在最小开度时室温仍高于要求值，失去调节功能， 所以还应在热源处进行集中质调节。由于各建筑用户的负荷不同， 即便在同一供水温度下， 各用户的回水温度也不同，系统的回水温度和供回水平均温度是变化的，不易确定某个值作为控制的参数， 以满足所有用户的需要。 而供水温度却是各个用户所共享的，

15、可作为质调节的控制参数。当热水网络在稳定状态下运行时，如不考虑管网的沿途热损失， 则网路的供热量应等于供暖用户系统散热设备的散热量，同时也应等于供暖热用户的热负荷。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页式中：q一建筑物的供暖设计热负荷，w；Q2 一散热器的散热量， w；g一热水网路输送给供暖热用户的热量，W ；卜建筑物的体积供暖热指标， 即建筑物每 1耐的体积在室内外温差为l 时的耗热量，W m3 ：V一建筑物的外部体积， m3 ：fw一供暖室外计算温度，；0一供暖室内计算温度，；t29 一二次供暖热用户的供水温度，；拍

16、一二次供暖热用户的回水温度，；At，一散热器的外表计算温差， ，为了计算的准确性采用对数平均温差，其中定义西为相对热量比， 即实际工况与设计工况下的散热量之比，定义石为相对流量比，即实际工况与设计工况下的散热量之比。则由以上可以得到如下公式：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页通过上面的计算结果可以看到： 随着室外温度的升高， 建筑单体的实际流量和回水温度都降低， 建筑单体供回水温差升高。 但是过低的系统回水

17、温度对供热锅炉安全运行十分不利， 回水温度过低意味着管网循环流量过小，会加重系统的水力失调状况。传统的供热系统由于没有调节功能，随着用户负荷的变化，回水温度往往很高，鉴于此，采取局部回水温度控制， 使进入建筑单体的热媒流量随负衙的变化而变化，到达按需供热的目的。以上是针对单个建筑单体的回水温度和相对流量的变化趋势，在实际运行中由于电动调节阀的随机性， 系统总的水流量变化肯定与调节的建筑单体在整个系统中的比例有关。15研究的方法、目的和内容由于供热系统是个庞大的系统， 无法通过实际检测和实验的方法获得系统的运行工况，因而只能采用数值模拟计算的方法来获得系统的运行工况。对供热管网水力工况的模拟计算

18、是根据管网流动的规律和己知条件，采用适当的计算方精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页法，在电脑上进行网络解算，得出管网的流量分配、压力分布、各管段流动方向等计算结果。对管网水力工况的模拟计算将应用流体力学、网络图论和电脑编程技术来完成。 根据供热理论、 水力管网平衡技术和系统控制理论，并借鉴现有供热系统的经验，提出适合系统的控制策略。变流量供热系统是一个动态的系统， 通过对大型供热管刚的水力工况及水力稳定性的理论分析，为集中供热热水管网的方案设计及运行管理提供理论依据，对其调节特性进行动态研究， 透析供热管网的调节特性

19、和自控环节的相应调节过程，优化控制，确定相应的调节手段和控制算法，到达最大可能节能的目的，并希望系统能够有较好的“可调行”和“稳定性”。为研究探讨管网流量变化后水力工况变化的规律，提出适合新系统调节方式的控制策略，最终实现系统节能的目的，将进行以下几方面的工作：(1) 分析供热系统调节设备的特性，随着供热技术的提高，越来越多的动态调节设备被广阔的设计人员及运行管理人员所重视。(2) 应用图论知识以及流体流动的基本规律分析供热管网变流量运行时的水力工况，以一个实际的物理模型用HACnet 软件模拟了新系统调节的水力稳定性，在此基础之上对新系统提出合适的控制策略，提高系统的稳定性。(3) 单纯的末

20、端调节是不节能的，因此循环水泵应该迸行变流量的设计，从减少系统能耗和提高系统稳定性的角度， 分析系统循环水泵应采用的控制方式以及相应控制方式的节能效果。(4) 结合泰安实际的供热系统，进行了实际的调节工作，在分析调节原理的基础上指出现有调节方法以及设计方法的弊端，进行了动态调节与静态调节的经济性分析。(5) 给出了变流量末端控制系统的设计，探索设计和运行调节方法，为将来指导实际工程的设计和应用奠定理论基础。展望：1变流量供热系统是一个动态的系统，这种动态性源于室外温度和室内温度变化引起的热负荷的变化， 本文只考虑了室外管网的部分， 并且在考虑负荷变化时仅仅考虑起主导作用的室外温度的变化，下一步

21、工作应该把室外和室内结合起来，使整个系统实现供热负荷的动态平衡。2， 变流量供热系统应采取质一量并调的方式，在集中质调节基础上嵌套量调节，在本文所述调节方式下， 系统的流量变化很大程度上取决于调节建筑单体所占的比例，变流量间接供热系统的二次网侧流量变化的不确定性，后续工作如果能预测二次网流量变化的规律，对以后系统循环水泵的控制会有很大的改进。3本文选取的研究对象为住宅小区，利用控制器控制建筑物热力入口处的阀门进行流量分配， 由于不同建筑用途的建筑物其供暖时间要求也不同，例如办公楼的供暖就有明显的周期性， 只有工作日白天需要供暖， 周末和晚问就可以以保温工况运行；而居民区就必须整天运行以保证不同

22、居民的不同需要，可以通过一个时间控制程序来控制建筑物热力入口处的阀门对其进行有效控制，这也是将来本文思路的延续工作。参考文献【1】江亿我国供热节能中的问题和解决途径【J1暖通空调 2006，03(3) ：37-38 【2】卿晓霞建筑设备自动化【 M 】四川：重庆大学出版社， 2003，8：1，铂【3】许鹏城市集中供热网的建模及仿真研究【D】大连；大连理工大学， 2006 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页【4】曾享麒蔡启林欧洲集中供热的发展【J】区域供热 2002，1：18 【5】王浩供热系统调控模式研究及其模拟分析【D 】吉林：吉林大学， 2006 【61房家声分户供暖系统对邻户墙及楼板的热工要求【J】暖通空调， 2002，32(1) 【7】石兆玉关于供热系统计量收费的几个技术问题【J】区域供热 1998，6：28-37 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页