试论供热系统适量供热调节技术

作者：姜永成，高惠娜，顾冬明，郑瑞芸，王昭俊，方修睦，赵华

摘要：供热终端热量可调，供热用户按照热量收费以后，室内供热系统已经成为一个自调节系统。因此必须采用相对应的供热调节方案，按照用户所需热量进行供热才能实现整个供热系统的节能。实现系统的节能技术体现在三个方面，一是热用户实现按需购热；二是输送系统以最小能耗方式向用户输送能量；三是热源在保证用户所需热量的前提下始终处于最佳的燃烧状态。在这三个方面都实现最佳，才是供热适量调节技术的关键。

   1、概述

   供热用户实行供热计量收费[1]以后，必须要有相应的热量可调节的手段，否则不能实现真正的节能。目前实现用户热量可调节的技术主要是在用户室内的各散热器支管上安装自力式温度电动调节阀，用户可以根据个人生活习惯及经济条件在电动调节阀上设定所需温度。电动调节阀的安装与调节方式主要有双通阀和三通阀两种方式，针对这两种方式供热系统也要采取相应的调节方案。

   2、热力运行分析

   2.1  用户分析

   2.1.1  安装双通阀的室内系统

   每一台散热器都装有一只自力式双通温控阀，如图1（a）所示，此系统适用于分户供热的室内水平式系统。采用双通温控阀后，室内供热系统就成为了变流量系统。根据流体因磨擦阻力所造成的能量损失可得（1）式中：、供、回水压力；流体密度；摩擦系数；管路直径；供、回水平均流速。变换（1）式则可得：（2）。式中：是供、回水压差；是局部阻力系数；是供回水流量。根据室内供热系统的运行情况结合（2）式进行分析，可以看出供回水流量的变化是用户系统的主动调节作用，而且是在主动调节局部阻力系数后变化的。供回水压差的变化则取决于热网循环泵的运行状态，循环泵恒速运行时的变化较小，循环泵变速运行时的变化则会较大。

   2.1.2  安装三通阀的室内系统

   每一台散热器都装有一只自力式三通温控阀，如图1（b）所示，此系统适用于室内垂直系统，也适用于分户供热的室内水平式系统。采用三通温控阀后，室内供热系统的流量变化很小，可以认为是恒流量系统。但是要有部分高温供水直接流入热网回水管，造成一定的能量浪费。

   下面针对以上两种室内系统的热量调节方案对热网的运行工况进行分析。

   2.2  热网分析

   输送热力的热网循环泵按两种运行方案进行讨论，一种是恒转速运行，另一种是变转速运行。热网循环泵的运行方案与室内系统的运行方案进行组合就会产生四种运行方案。

   2.2.1  室内系统变流量热网循环泵恒转速

   室内系统变流量运行、热网循环泵恒转速运行。由于室内散热器温控阀阻力的变化，使得管网的基金项目：国家“十一五”重点科技攻关项目。

   阻力特性发生变化，从而使得热网的流量发生变化，量为时，热网阻力系数会变化为，循环泵出口扬程也会增加到。显然系统的工作点是沿着水泵的工作特性曲线变化的，在最低供热负荷时热网的流量可能会变得很小，流量太小热源是否能够承受需进行综合分析研究。

   另外从节能的角度研究，恒转速水泵在循环泵流量减小后，电动机的负载变小，其消耗的电能量也会减小。参考文献中给出了节流方式调节离心式泵类负载时的电机输入功率计算公式，如下式所示

   （3）式中：是流量为时循环泵电动机消耗的功率，是循环泵的额定流量，是循环泵电动机的额定功率。由（3）式可以推出其节能率公式（4）式

   （4）式中：是流量为时循环泵电动机节电的功率。根据（4）式可计算出几种流量下水泵电机的节能率，当时，节电率为；当时，节电率为。

   此种方案也是节能的，但是流量越小其节能效果越不明显，理论上计算零流量时的节能率为0.55。

   2.2.2  室内系统变流量热网循环泵变转速

   室内系统变流量运行、热网循环泵变转速运行。室内散热器温控阀调节后其阻力发生变化，使得管网的阻力特性发生变化，从而使得热网的流量发生变化，如图2所示。此时热网循环泵应该改变转速，使得循环泵的工作特性平行下移，下移的最佳工作点应该使得管网阻力特性恢复至点，如图3所示。此种调节方案同样存在系统最小流量限制的问题。