供热运行调节曲线的计算.doc

绪 论近些年，随着我国经济的快速发展，能源消耗日益加剧。我国北方城镇共有供热采暖建筑65亿m2，其中约70%采用不同类型的集中供热。根据目前初步估计，城镇建筑供热用能折合标准煤1.3亿t/a，占我国城镇建筑总用能的52%，为建筑能源消耗的最大组成部分，是同纬度发达国家单位面积供热能耗的2-3倍。因此，供热节能是我国建筑节能工作中潜力最大、最主要的途径。目前，我国供热系统的热能利用率较低，供热系统效率不高是其中主要原因之一。由此可见，供热运行调节不但能够保证供热质量，更是节能降耗的重要手段。我国目前多数供热企业，特别是非专业化企业，运行调节仍是凭经验，实行所谓的“看天烧火”。由于没有比较科学的数据为依据，经验性的运行调节盲目性、随意性较大，很难使供热系统达到保质、节能的目标。在实际工作中，以理论运行调节公式计算的运行曲线与实际相差太多，并不能指导实际运行，通常的做法是按采暖面积核定总的热负荷，再进一步计算出热源的运行调节曲线。这种算法比较简单易行，但由于采暖建筑物和供热系统的复杂性，为了保证供热质量，往往选取的热负荷余量较大，节能效果并不明显。在政府要求供热企业节能降耗的大背景下，出于实际供热工作的需要，本文探讨了一种更具有实际指导意义的运行调节曲线的计算方法。一、 计算前的准备工作 此计算方法要以大量的实际运行数据为基础，结合计算机编制计算程序进行计算。因此，获取完整、准确的运行数据是一项十分重要的准备工作。包括以下几个方面：1、 供热系统的初调节 初调节分为室外和室内两部分，室外一、二次热网的初调节可以根据热水的温度和流量进行调节，而室内系统的初调节通常只能依靠测量各房间室温来进行调节。初调节的目的，是将各热用户的运行流量调配至比较合理的范围，尽量使供热系统达到水力平衡，为获取准确、合理的运行数据创造条件，打好基础。 2、 供热系统运行工况的要求 计算所采用的数据必须是系统连续稳定运行工况下记录的，这样才能真实反映系统的特性，测算出比较合理的参数值，故障状态下的数据要从记录中剔除。3、 数据记录的要求和内容 数据的记录要在仪器仪表正常、准确的基础上，做到读数尽量准确。供热系统全部运行数据的记录时间要选在每天的相同时段，确保数据能够准确反映整个系统的运行工况。数据的采集量要足够大，至少达到供热季天数的三分之二左右，范围要基本覆盖整个供热季。数据记录的内容应包括：热源一次管网的供回水温度和流量；各热力站一、二次供回水温度；运行数据对应的当日室外日平均温度；由于计算的需要，如果各二次管网没有流量计，则需要对二次循环水量进行一次准确测量，以取得二次循环流量记录。4、 其它相关数据各热力站一次系统的设计参数，包括：供回水设计温度；设计循环流量；设计总热负荷。各热力站二次系统的设计参数，包括：供回水设计温度；当二次系统分为高、低两个环路时，应分别记录高、低区设计循环流量；高、低区设计热负荷。采暖热用户的室内温度（此项数据可采用入室测温工作的记录）。二、 运行调节曲线计算此计算过程是把全部运行数据带入修正后的运行调节公式进行反复试算和筛选，在确定公式中的符合该供热系统特性的相关参数后，再计算运行调节曲线。这一过程的计算量很大，必须通过计算机编制程序进行计算和处理数据，否则这种算法不具有实际的使用意义。这一过程共分为三个步骤：第一步，计算各二次管网的运行调节曲线。第二步，计算各热力站一次供回水的温度。第三步，计算一次管网的运行调节曲线。1、 二次系统运行调节曲线计算二次运行曲线的计算是为了确定在不同室外日均温度下二次系统的供热量，是计算一次管网集中运行调节参数的基础和关键。（1） 质调节理论公式 当二次管网在稳定状态下运行时，如果不考虑管网沿途热损失，则管网的供热量应等于用户系统散热设备的放热量，同时也应等于热用户围护结构的耗热量。应有如下的热平衡方程：设计工况下： （2-1） w （2-2） w （2-3） w （2-4） 运行工况下： （2-5） w （2-6） w （2-7） w （2-8）式中： 建筑物的供暖设计热负荷，w； 在供暖室外计算温度下，散热器放出的热量，w； 在供暖室外计算温度下，热水网路输送给供暖热用户的热量，w；q 建筑物的供暖体积热指标，w/m2.； v 建筑物的外围体积，m; 供暖室内计算温度，； 供暖室内计算温度，； 供暖热用户的供水温度，； 供暖热用户的回水温度，；g 供暖热用户的循环水量，/h；f 散热器的散热面积，；a由实验室确定的系数；b散热器的散热指数，由散热器的型式决定。整个供热系统各供暖用户选用散热器的型式可能不同，通常多选用柱型和m-132型铸铁散热器，可取b=0.3。相对热负荷比和相对流量比： ，根据以上热平衡方程，当用户与热网采用无混水装置的直接连接方式时，可导出散热器热水供热系统运行调节的质调节计算公式： （2-9） （2-10）式中：、任意室外日均温度下的网路供、回水温度， ； 、设计供、回水温度， 。 上述调节公式只是理论公式，不能真正用来指导实际运行。究其原因是，目前尚无非常准确的建筑物采暖热负荷计算公式；计算设计热负荷时，出于安全的考虑，计算结果往往比实际需要量大很多。（2） 修正后的质调节公式根据温丽所介绍的1，唐山市房产经营公司锅炉供热技术服务处与唐山市建筑设计院于1986年合作完成并通过鉴定的热水供暖实际热媒运行参数的确定的课题成果，有如下实用的运行调节公式： （2-11） （2-12） 式中：、任意室外日均温度下的网路供、回水温度， ； 、设计供、回水温度， ； 实际运行的任意室内日均温度， ； 室内计算温度， ； 任意室外日均温度， ； 室外计算温度， ； b散热器的散热指数； n热负荷修正系数。为建筑物在设计工况下的实际热负荷与设计热负荷之比。反映了热负荷在设计上的偏差。用下式计算 （2-13） 为运行工况与设计工况下的建筑物热指标之比。代入公式时，现可取=1。 相对流量。为运行中实际流量g与设计流量之比，=g/，g可实测。也可用下式计算： （2-14）修正公式（2-11）、（2-12）与公式（2-9）、（2-10）的不同之处在于：第一，增加了热负荷修正系数n。n值可在稳定运行的条件下，将实测的t、t、t与的日平均值带入公式（2-13）中求得。其中应由当地气象部门提供，亦可概略地取当日最高与最低气温的平均值。n反映了热负荷在设计上的偏差，相同类型的建筑物n值相同，不同类型的建筑物n值不同，这时各热用户可取相同的供水温度与不同的回水温度，这可通过对流量的调节来实现。若因各热用户的n值相差太大，当调流量不能奏效时，就只能调整各热用户内散热器的数量了。第二，增加了热指标比值。它说明日照、风速、风向的变化与室内外温差有关。可据它们的变化来相应的调整t与t。为了便于计算，在应用上述公式时，现取=1。第三，公式中将与相区别，目的是为了采用更舒适的室内温度，这为灵活的调节提供了方便。（3） 计算公式的进一步修正公式（2-11）、（2-12）虽然对理论公式进行了修正，但还有两个因素需要进一步考虑才能更接近实际。一个因素是散热器的问题，以上的计算公式认为实际运行中的散热器与设计的散热器是相同的，因此在公式推导中把a、b、f作为不变的数值处理，但实际上用户在装修时散热器会更换成其他类型或围挡或加大散热器面积，参数a、b、f均会发生变化，直接影响散热量的计算；另一个是管网的热损失问题，以上的公式是在忽略管网热损失的前提下计算的，但目前管网的热损失均在10%以上，甚至达到3040%，在计算中应予考虑。散热器放热量的修正实际散热器放热量公式的修正： w （2-13）式中：kq实际散热器散热面积与系数的乘积相对于设计值的修正系数b1-实际散热器的散热指数用公式（2-13）替换公式（2-7）重新推导质调节计算公式，再应用公式（2-11）、（2-12）的修正方法进行修正，可得出如下计算公式： (2-14) （2-15）式中： 、 - 采暖热用户的供、回水温度，； （2-16） （2-17）管网热损失的修正我厂的各一、二次管网均为直埋保温管，管网热损失的计算比较复杂，受管网实际情况的影响，有些参数的取值很难确定，因此只做近似计算。单根直埋管道单位长度热损失计算公式： （2-18） 式中t 管道的外表面温度， ； 管道敷设处的土壤温度， ； 管道热损失， w；r总热阻， (m)/w；r1保温层热阻， (m)/w；rso土壤热阻， (m)/w。 管道长度， m。供回水管道热损失近似的按单根直埋管道公式计算时，设二次管网热损失与二次管网供热量的比值为，为供水管道热损失占二次管网热损失的比例系数，则： （2-19）式中：、二次管网的供、回水温度（）；、 采暖热用户的供、回水温度， ； 、 - 二次管网供、回管路单位长度热损失， w/m； - 二次管网供水管路热损失， w； - 二次管网回水管路热损失， w； - 二次管网热损失， w； 二次管网的循环水量， t/h； 二次管网供、回管路长度， m。由于供回水管道的管径、同管径管道长度一致，rg与rh相等，由公式（2-19）可以近似的得出： （2-20） （2-21）根据公式（2-23），则有： （2-22） 将公式（2-20）整理后代入公式（2-21）中，导出： （2-23）由公式（2-22）导出： （2-24）进一步修正后的质调节计算公式在考虑管网热损失的情况下，将公式（2-14）、（2-15）分别代入公式（2-23）、（2-24），导出修正后的质调节计算公式为： (2-25) (2-26)由公式（2-17），可导出： （2-27）（4） 计算过程 计算思路：第一步，选取某热力站某一日运行数据，给定ts 值，取一个设定值带入公式（2-20）、（2-21）、（2-22）算出、的值。第二步，b取0.3， 取一个设定值，查出当期的记录值，可通过实测值得出，再把第一步计算结果和设计参数带入公式（2-27）中，算出b1的值。第三步，将运行数据中当日的、b1和设计参数的值代入公式（2-16）算出n的值。第四步，将b1、n的值代入公式（2-14）、（2-15），算出、的值。第五步，把两次计算出的、值相比较，当两者同时满足差值足够小时，认为、b1、n、的值可取。第六步，将取得的各参数值代回公式（2-25）、（2-26）中，再把该站所有运行记录中每一日的、逐一代入（2-25）、（2-26）中计算，并记录、的计算值与实际值同时满足差值足够小的记录个数。最后，筛选记录个数最多的那一日或几日的参数值作为公式（2-25）、（2-26）中参数的选取值，确定最终的质调节计算公式。 计算方法：利用计算机编写程序：选取参数的计算： 、为变量，做嵌套循环计算，方法如下： 选定某一热力站后，给定设计参数和b、ts的值。 for i=1 to n（n为某热力站运行记录个数） 代入第一条运行数据 公式（2-20）算出的值 for k=0.01 to 0.4 公式（2-21）算出的值 公式（2-22）算出的值 for kq=0.5 to 1.5 公式（2-27）算出b1的值公式（2-16）算出n的值 公式（2-14）、（2-15）算出、的值 判断、两次计算值差的绝对值是否同时满足小于某一值的条件：满足则调用子程序计算；不满足则kq取下一个值重新计算。 子程序： 将主程序的各参数值代入公式（2-25）、（2-26）中，再用一个循环遍历所有运行数据，逐一将每一日的、代入公式（2-25）、（2-26）中计算，记录、计算值与实际值差的绝对值同时满足小于某一值的记录个数，将带入公式的各参数值和记录个数作为一条记录存入数据库。子程序每调用一次，将产生一条新的记录，与已有记录进行比较，记录个数值大的保留，小的删除，相等时新旧记录全保留。 next kq next k k取下一个值再返回重新计算。 next i选取下一条记录再返回重新计算对数据库中的数据进行处理，并保存备用。运行调节曲线的计算：将上一步保存的参数值代入公式（2-25）、（2-26）中，给定要达到的tn值，让tw在5到-9之间变动，即可求出相对应的、值，输出后形成二次运行曲线。 2、 热力站一次供回水温度的计算 （1） 计算公式 换热器相对传热系数计算公式根据换热器两侧的吸放热的平衡方程，得出 （3-1）根据换热器放热的热平衡方程式。可得 （3-2）式中 换热器的热负荷，w； 、 一次网路的供、回水温度， ； 、 二次网路的供、回水温度， ； 、 一次网路的设计供、回水温度， ；g1 一次网路的循环水量，/h；g2 二次网路的循环水量，/h； 一次网路的设计循环水量，/h； c 水的比热，c=4.187kj/()。相对供热负荷比；水-水换热器的相对传热系数比，亦即在运行工况时水-水换热器传热系数值与设计工况时的比值；在设计工况下，水-水换热器的对数平均温差， ； 在运行工况时，水-水换热器的对数平均温差， 。 （3-3）由公式（3-1）、（3-2），得出 （3-4） 热力站一次运行参数计算公式由公式（3-1）、（3-3），得出 （3-5）由公式（3-1）、（3-4）、（3-5），可得出热力站一次运行参数的计算公式 （3-6） （3-7）式中 （3-8）（2） 计算过程利用计算机编程，选取某一热力站后，给定的值，将设计参数和全部运行数据代入公式（3-4）中，计算出每日的值后求平均值，作为的取值。当二次流量不变、一次流量变化不大时，可以近似的认为不变。将计算出的二次运行曲线的运行参数、的给定值代入公式(3-6)、(3-7)、(3-8)，可以计算出与二次运行曲线的室外日平均温度相对应的各热力站一次运行参数。3、 热源运行调节曲线计算（1） 计算公式一次管网热损失比例系数的计算公式根据一次管网的热平衡方程 （4-1） （4-2） （4-3）式中 一次管网供热量， w； 各换热站耗热量之和， w； 一次管网热损失， w；、 一次管网进出口温度， ；、 各换热站一次管路供回水温度， ； 一次管网循环流量， t/h； 各换热站一次管路循环流量， t/h。 设为一次管网热损失与一次管网供热量的比值，则 （4-4） 一次管网供水管道平均单位温降热损失的计算公式对于相同管径和材质的单管直埋管道的热损失计算，由公式（2-18）得出： w （4-5） 式中 管道热损失， w； 管道单位温降热损失，w/； 管道入口热媒温度， ； w/。 （4-6） 根据一次管道热损失的平衡方程，近似用公式（4-5）计算，从热源到某个热力站，把热力站一次供水流量作为研究对象时，供水管道热损失的计算公式： w 设，则有： w/ （4-7）式中 热力站一次管路循环流量， t/h； 热源到热力站不同管径的供水管道中热水流量， t/h； 热源到热力站一次供水管道平均单位温降热损失，w/。 对于一次管网，从热源到热力站的管道在管径和同管径的管道长度上都会发生变化。由公式（4-6）可知，在管路的不同分段上，的值将产生变化。如果根据管道参数进行计算，困难比较大。因此，用公式（4-7）计算，这时的意义是从热源到热力站一次管网供水管道单位温降热损失的平均值。一次管网进出口温度的计算公式由公式（4-7）可得出 （4-8）由公式（4-4）可得出 （4-9）（2） 计算过程 计算一次管网热损失比例系数利用计算机编程，各热力站二次流量已知，计算时将热力站运行数据带入公式（3-1），可计算出各热力站一次流量，将、热源一次管网和各热力站运行数据按日期逐一代入公式（4-4）中，计算出每日的值后求算术平均值，作为的取值。 计算热源到各热力站供水管道单位温降的热损失利用计算机编程，值给定，计算出各热力站一次流量后，将、热源一次管网和各热力站运行数据按热力站逐一代入公式（4-7）中，计算出热源到各热力站每日的值后求各热力站的算术平均值，作为各热力站的取值。 计算热源运行调节曲线 利用计算机编程，值给定，将、和各热力站与二次运行曲线相对应的一次运行参数按室外日平均温度值逐一代入公式（4-8）、（4-9）中，计算出不同室外日平均温度下，热源一次管网供水