热负荷分析

i. 热负荷分析
建筑物采暖热负荷同室外气温、湿度、风向、风速、太阳辐照等因素有关,而其中室外气温起着决定性作用,因此在理论上,把热负荷只看作是室外温度的函数即:
半索动物门Q=ftw=K*Ftn-tW)。
供热过程就是维持建筑物室内气温适宜人们工作、生活,维持建筑物得热与失热始终处于一个动态的平衡这样一个过程,即有热平衡方程式:
Q=KFtn-tw=G*Ctg-th*ρ/3600      式(1
Q-热负荷W
K-建筑物传热系数W/m2岐山县中医医院℃;
F-建筑物外表面积㎡;
tn-室内气温℃;
tW-室外气温℃;
C-水的比热J/kg℃;
G-采暖循环水流量m3/h
tg-供水温度℃;
th-回水温度℃;
ρ-水的密度kg/m3
ii. 按面积收费的控制策略
热网总能耗包括两部分:一是供热量;二是输送热量所消耗的电能。在按供热面积收费的体制下,热网调控按下面的策略进行,以达到节能的目的:
热量分配应均衡
在热量分配上,力求热网上各用户室温均衡,避免因热网的水平失衡,用户垂直失衡,而
造成用户冷热不均现象。也就避免了为使冷的用户达标,而致使热的用户超温,造成热能浪费问题。热网的平衡是热网节能的前提基础,是进行供热调节的前提条件。
尽可能减少总供热量
热网总热负荷随着室外气温变化而变化,每一时刻为满足采暖建筑的基本采暖要求(设计室温18℃)所供总热量,为最小值,即总供热恰好等于基本的总需求。供小于需则供热不达标,供大于需,则用户过热室温过高,用户散热加大,造成热能浪费。因此在供热运行中,需适时地对热网进行调节,以便使供求热量保持平衡,且始终维持在最小值。
热量输送电耗尽可能节省
热量的输送是一个消耗电能的过程,所耗有效功率:
Ne=V*P*ρ*g/3600                    式(2
可见热量输送所消耗有效功率Ne同流量V成正比,同系统阻力△p成正比。式中:
Ne-有效功率W
V-循环水流量m3/h
p-系统阻力m
ρ-水密度kg/m3
g-常数N/Kg
另由热水网路的水力特性可知:
P=S*V2                                  式(3
将(3)式代入(2)式可得:
N=S*V3*ρ*g/3600                          式(4
由(4)式可见有效功率Ne只同流量V的立方成正比,其它为常数(S值在热网阀门不操作时也为常数),减少热网流量V将极大降低电耗。
当热网采用水泵调速改变流量运行时(4)式也可从水泵相似理论获得。
热网循环水流量是否可以降低呢?由热平衡方程Q=KFtn-tW=G*C*tg-th*ρ/3600可知,当室外温度tw一定时,建筑物耗热Q为一定值,即供热量G*C*tg-th*ρ/3600为一定值,此时可以通过增大(tg-th),以此来降低热网循环流量G,从而降低输热电耗。G变化应遵循供热调节理论中关于流量G的变化规律。上海电力学院易班
供热调节分析
散热器供暖系统供热调节的基本公式:
Q=Q/Qj=K*F*tn-tw/K*F*tn-twj
=Ks*Fs*tp-tn/Ksj*Fs*tpj-tn
=G*C*tg-th*ρ/3600/Gj*C*tgj-thj*ρ/3600
Q=Q/Qj
  =tn-tw/tn-twj
  =tgth2tn1+B/tgjthj2tn1+B
  =G*tg-th*/Gj*tgj-thj
式中 Q-相对热量比;
Fs-用户系统内散热器的散热面积,m2
KsKsj-散热器的供热系数,W/m2℃;
tptpj-散热器内载热介质的平均温度,℃;
B-为常数,与散热器构造有关。
其它同前(上面符号中有角标“j”者表示在室外计算温度下的数值,没有角标“j”者则表示在任意室外温度下的数值)。
由此方程可知:
1)当室外温度tw变化时,热网上各用户楼需求热量及热网总需求热量都按同一比例变化。
2)用户的耗热量Q随着用户室内温度tn波特率发生器的升高而增加,当室内温度tn等于设计的18℃时的耗热量,应为建筑物的基本耗热量,即为保证建筑物供热质量下的最少耗热量。
从热网与热用户整体关系角度来讨论热量的供求调节关系,供热调节共有质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节和间歇调节共四种。把上述供热调节方法作为补充条件,代入供热调节的基本方程式就可得到各调节方法的调节公式。
目前常用的调节模式:
    质调节
循环水流量保持不变而只改变供水温度。适用于一、二级热网,为目前国内普遍采用的调节方法。缺点只节热,不节电;热网远、近端用户温度有时间差。优点,水力工程稳定,热网易实现自动化调节。
    量调节
保持供水温度不变,而只改变循环水流量。只适用于一级热网,且因目前热网平衡控制方
面存在很大困难,所以国内应用实例鲜见。二级热网采用量调节在技术上更难实现,其一是因为二级热网也存在平衡控制方面的困难;其二是随着室外气温升高,网路水流量迅速地减少,常常会使室内供暖系统产生严重的竖向热力失调。量调节的优点,既节热,又节电;另因流量在管道中变化是以压力变化来实现的,水又是不可压缩的,传递速度非常快,因而此种调节可消除热网远近两端在调节上的时间差,达到调节上的同步。
    分阶段改变流量的质调节
就是把整个供热期按室外温度的高低分几个阶段,在热负荷较大时采用较大流量,在热负荷较小时采用较小流量,一般流量变化不超过3-4个阶段,而在每一个阶段内是采用保持流量不变的质调节。适用于一、二级热网,应用状况在数量上仅次于质调节,其优缺点介于质调节和量调节之间。
即在每一个阶段内,水力工况稳定,热网远近端用户温度存在时间差。在热网平衡控制上较量调节稍易实现,比质调节稍难。流量变化不连续,只分几段,故节热同时只部分节电。
系统拟采用的最佳调节工况-质和量的综合调节:
    质和量综合调节
上述三种调节方法,都是从热网与热用户整体关系的角度来讨论热量的供求调节关系。它只能保证用户整体在某一室外温度下的耗热量,因而也只能保证用户整体的平均室内温度等于设计值,却不能保证用户内各个房间的室内温度都符合设计值。从单个用户楼室内采暖系统角度来考虑,供热调节不仅应满足用户整体在某一室外温度下的耗热量,保证用户整体的平均室内温度等设计值,而且应保证用户每个房间的室内温度都等于设计值,即随着室外温度tw的变化,不但热网总热负荷与各用户楼的热负荷按相同的比例进行变化,而且应使用户每个房间的散热设备的放热量也按相同的比例变化。由此可得出热水供暖系统的最佳调节工况,公式如下:
双管系统:      G=G/Gj=Q1/3=tn-tw/tn-twj1/3
tg=tn+1/2*tgj+thj-2tn*tn-tw/tn-twj1/1+B+1/2*          tgj-thjtn-tw/tn-twj2/3
th=tn+1/2*tgj+thj-2tn*tn-tw/tn-twj1/1+B-1/2*tgj-thj*tn-tw/tn-twj2/3
单管系统:    G=G/Gj=QB/1+B=tn-tw/tn-twjB/1+B
          tg=tn+tgj-tn*手术器械包tn-tw/tn-twj1/1+B
          th=tn+thj-tn*tn-tw/tn-twj1/1+B
由公式可见,不论是单管还是双管热水供暖系统,其最佳调节工况均是质和量的综合调节。随着室外气温tw的升高,不但应降低供水温度tg,而且还应该逐步减少网路的循环水流量G。同一供热系统中,热网循环水总流量与各用户楼及用户各房间的循环水流量的变化比例是一致的。(假定同一供热系统中,各用户楼室内采暖系统的型式完全相同)。对于二级热水网来讲,此法供热质量最好,同时既节电又节热,也是最节能的调节方法。
    质和量综合调节时水力特性
热网上各用户之间总体上来讲都是并联的。由并联网路的热网:
P=S1V12=S2V22=S3V32=
式中V1V2V3分别表示并联段管123的流量,m3/h
式中S1S2S3分别表示并联段管123阻力系数,Pa/m3/h)。
由上式可知:
1)、并联管段中各分支管的阻力状况(即阻力系数S值)不变时,网路总流量增加多少倍或减少多少倍,并联管段中各分支管段的流量也相应增加多少倍或减少多少倍。
2)、当并联管段中任一分支管段的阻力状况(即阻力系数S值)发生变化时,网路总阻力系数必然随着变化,而且网路总流量在各分支管段中的分配比例也相应地发生变化。
热网的这一水力特性,恰好满足了热网量调节及质和量的综合调节时水流量变化及水流量分配的需要--同一热网上,当室外温度tw变化时,热网总流量及网上各用户流量都按同一比例变化,且总流量在各用户中的流量分配比例不变。
也就是当热网平衡后,网上各用户阀门不再操作,其开度固定不变(阻力系数不变),随着室外温度tw变化,热网总流量再增减变化多少,网上各用户流量也按相同的比例增减变化多少,只要热网总流量满足了总热负荷变化的需要,那么热网上各用户流量也都能满足其各自的需要(假定同一热网上各用户楼室内采暖系统型式相同),而不需要再重新对热
网平衡调节、对水流量分配比例重新进行调整。热网始终是平衡的,热网总流量地各用户中的流量分配比例始终保持不变。
2014年南京青年奥林匹克运动会开幕式5)    热网调节功能的软件实现
利用热网调节软件实现热网上各热力站采用均匀性调节,对各个热力站供水阀门的调节是以各个热力站彼此间供热效果相同为目标,实行中央控制,即通过计算机网络将各热力站的现场控制机连在一起,测量出各热力站二次网侧供回水温度,计算全网调均匀后的供回水平均温度值,将此值送到各热力站作为设定值进行具体的调节。这种均匀调节一般不会导致系统振荡。随着室外气温的变化,各换热站热负荷同步升高或降低,各换热站之间热负荷分配比例及水流量分配比例基本不变。因此系统一旦调匀,就基本能够保持。不需随温度变化进行调节,阀门动作不频繁。
如果只根据室外温度对热网上各热力站单独控制,容易引起热网震荡,达不到稳定的管路状态。根据测出的室外温度tw,调整一次侧的电动调节阀门,以改变流过水一水热交换器的一次侧水流量。从而使二次侧热交换器出口水温tg,达到设定值tgset。从原理上讲,只要给出合理的室外温度tw与二次网供水温度tg之间的关系式,设计好电动调节阀门的调节
算法,是能够使用户侧采暖建筑达到要求的。但从整个热网看,由于各换热站与热网皆为并联联接,换热站之间存在相互的耦合作用,某一个站阀门有动作,其余的换热站的电动阀门都将随之动作,总热网及各站将产生较长时间振荡现象,尤其是当外温tw变化较大,热负荷变化较大,而热源调整又不及时的时候,这种振荡会非常严重甚至系统不能工作。

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