區域供熱
區域供熱意味著燃燒、集中鍋爐房和全部所需的運輸都位于一個地點,為一個很大的區域服務。區域供熱廠的選址應使噪音、污染物及運輸對用戶的干擾保持在最小。區域供熱系統可設計為直接連接和間接連接兩種。直接連接的系統建設費用較便宜,但從長遠的觀點來看,整個系統抗干擾性差,安裝中的泄漏甚至就可能導致預制保溫管道和集中鍋爐房中的水漏光,集中鍋爐房的靜壓也影響著居民散熱器的靜壓。間接連接則意味著通過熱交換器將安裝在建筑物中的系統與預制保溫管網完全隔離,同樣,預制保溫管網也通過熱交換器與鍋爐隔離。因此系統每一部分都可以在各自的溫度和靜壓下工作。
建議:區域供熱系統應采用間接連接。
集中鍋爐房
集中鍋爐房的高效運轉需要自動控制和監測。總的來說,自動控制的費用基本相同,與集中鍋爐房的規模無關。自動控制只有在集中鍋爐房的出力超過50MW時才會帶來效益,這種規模的新鍋爐的效率大致在88%-90%,如果電廠采用熱電聯產的方式進行區域供熱,將會對蒸汽透平機的電力生產帶來好處。熱電聯產使用的鍋爐至少要在200MW以上,大約40%用于生產電力,60%用于供熱。熱電廠應全年運行。在冬季,熱電廠將熱傳遞到本地的區域供熱網,將回水用于冷卻蒸汽透平的凝汽,在區域供熱網的回水不足時,使用冷卻塔來冷卻凝汽。在夏季,熱也可以用來驅動制冷循環。熱電廠的效率大約在90%-92%。
建議:本地集中鍋爐房的出力應大于50MW,且最終它們應與不小于200MW的熱電廠聯網。考慮到本地集中鍋爐房具有較長的停工保養期,應對其配備煙氣冷卻裝置以提高效率。
燃料
在現代技術下,由于燃燒排氣總是可以得到凈化,采用何種燃料并不是問題。但含污染物少的燃料將產生較少的污染物,因此凈化處理煙氣也較為簡單。煤炭是一種民用燃料并會在一段可預見的將來被使用。本地的供熱廠甚至在改造或重建之前就應該盡可能使用潔凈煤,在改建成流化床鍋爐之后,也仍應該使用最好品質的煤。低品質的煤可用于熱電廠,那兒有大規模的凈化設備。煤在運抵之前應盡可能改善其品質,通過清洗可以減少其中的灰份,這也會對其燃燒、效率和排放有較大影響。
建議:本地供熱廠使用的煤應具有高品質,其硫份和灰份含量要低。
燃燒
當前,最高效的煤燃燒方法是流化床燃燒。燃燒可以在常壓或高壓下進行。被碾成6mm大小或更小碎片的煤同水或空氣混合,然后噴撒入已形成灼熱煤粉旋流的火中,向鍋爐爐管放熱。通過控制供煤量和爐管中的水流量保持爐火溫度恒定在850-870?C的相對低的水平上。這一較低的燃燒溫度可以使SOX的排放量減少約400mg/nm3,即減少了約75%;NOX的排放量低于500mg/ nm3。
建議:40MW以下的小型集中鍋爐房應淘汰,將其預制保溫管道連接到更大的本地區域供熱網。本地舊供熱廠的鍋爐需要完全更新,應該被帶有流化床的現代鍋爐或燃氣鍋爐取代。新建的供熱廠應采用這種現代鍋爐,最小出力為50MW。
污染物排放控
全年運行的熱電廠應該裝備能對其排放氣體進行徹底凈化的設備,首先是凈化SOX、NOX和粉塵,其次也包括重金屬。硫的凈化設備通常能除去90%的硫化物,氧化氮經它凈化后的排放量也可低于200mg/nm3。本地供熱廠必須精選優質煤以減少污染物排放,同時用布袋除塵器來收集粉塵,一般可以使污染物排放量低于5mg/nm3。當本地供熱廠與熱電廠聯網時,本地供熱廠的運行時間將大大減少,有希望低于20%。在這些前提下,一年的總排放量在目前來講是可以接受的。據此,本地供熱廠應裝備流化床鍋爐且僅當熱電廠出力不足時使用。
建議:本地供熱廠的鍋爐應盡快配備過濾裝置以去除煙氣中的粉塵,并裝備煙氣冷卻裝置以提高效率、減少SOX排放量。
溫度
通過熱交換器將熱量傳遞到預制保溫管網的供水溫度應為130℃,回水溫度約為70℃。這一溫度的確定是為了讓現有系統也能在這種參數下運行。
建議:鍋爐的供水溫度應為130℃,回水溫度為70℃。
靜壓
鍋爐環路的定壓是由當前溫度下的汽化壓力和鍋爐水環路最高點位置決定的,系統最高點位置的壓力也必須能大于當前溫度下的汽化壓力。因此,在鍋爐最高溫度為130℃的情況下,所需靜壓應為200Kpa(2bar)的汽化壓力加上系統最高點高度所轉化來的KPa值。
建議:系統靜壓值不應超過技術上判定的值。
膨脹定壓系統
開式膨脹定壓系統要求膨脹水箱的底部高于鍋爐環路的最高點20米。這一位置要求不采取昂貴措施是很難實現的,而且不管怎樣都會給系統的安裝和維護帶來困難。閉式膨脹定壓系統可以安放在集中鍋爐房的任何位置,它唯一的缺點就是需要對安全閥進行控制和監測,但集中鍋爐房有專業人員,他們有能力對安全閥進行操作。
建議:應該采用閉式膨脹定壓系統,并要由專業技術人員進行監測和維護。
輸送-使用
1.蓄能器
蓄能器的主要作用是平衡從鍋爐輸送出來的熱量和建筑物中用戶消耗的熱量之間的差距。建筑物的熱負荷可能有急劇變化,例如整面墻都被太陽直射或在夜幕降臨時整個建筑物的燈都被打開時。當本地系統與蓄能器相連時,蓄能器可以在熱需求較大時短時間地提供熱量而不必啟動其他的鍋爐。此外,在熱電廠運行時,蓄能器可以使得熱電廠在沒有其他鍋爐輔助的情況下處理每天24小時發生的負荷變化。蓄能器是一個大水箱,它處于系統的工作壓力下。考慮到系統膨脹容積的需求,應將蓄能器的體積增大20%,則蓄能器也可承擔閉式膨脹水箱的功能。
建議:蓄能器應該成為每個本地區域供熱網的一部分,而這類本地區域供熱網應與熱電廠或其他地區的區域供熱網聯網。蓄能器通過本地鍋爐或熱電廠的熱交換器儲存能量。蓄能器同時可被用作膨脹系統。
2.溫度
本地區域供熱網的供回水溫度應分別為120℃和70℃,這一溫度是根據現有系統的當前值得出的。供水溫度可以按室外溫度調節,當同時生產生活熱水時最低只能達到70℃,否則可以低到30-40℃,這也可以減少預制保溫管道的熱損失。
建議:供水溫度為120℃,回水溫度為70℃。供水溫度應該按室外溫度進行調節,但至少應必須滿足所有熱力站的熱需求。
3.靜壓
120℃的高溫要求在系統最高點的汽化壓力為100KPa(1bar),系統靜壓由壓力表位置和系統最高點位置的高度差轉化來的KPa值加上汽化壓力100KPa后構成。對本地鍋爐開式膨脹水箱的放置高度可通過類似方法得到。蓄能器則具有閉式膨脹水箱的功能。
建議:系統靜壓值不應超過技術上判定的值。應采用閉式膨脹水箱。
4.預制保溫管道
對工作溫度在100℃以上的系統,當今僅可采用預制保溫管道,它由鋼管、聚氨脂泡沫塑料和高密度聚乙烯外殼構成。這種系統的發展很完善,各種所需尺寸的管道都有,埋設和安裝都安全而又相對簡單,預制保溫管網的熱損失也非常小。
建議:應該采用預制保溫管道。因為它們是壓力容器,應該用X射線檢測管路的所有焊縫。所有系統應該用超過最高工作壓力1.3倍的壓力進行測試。系統應安裝泄漏報警設備。
5.流量
預制保溫管網中的流量是定流量還是變流量運行由與熱交換器連接的方式來決定。運行良好的區域供熱系統意味著較低的回水溫度,而這一點只有通過變流量才能實現。二通閥按實際需要改變流過熱交換器的流量,可以實現較低的回水溫度和變流量。
控制閥
控制閥有二通閥和三通閥,它們依靠錐形閥芯和閥座之間的相對運動來工作。錐形閥芯的形狀隨應用范圍的不同而變化。我們通常將閥芯行程和它所引起的流量變化的關系稱作閥芯特性。為了在散熱器系統中獲得滿意的工作效果,理想情況是一次側控制閥一定的閥芯位置變化將使散熱器散熱量發生相應的變化。為達到這個目標,需要閥芯具有對數特性。其它的閥芯特性還有線性特性,如恒溫閥,和指數特性。
閥權度
閥門的閥權度或壓力權值表明閥門在所處環路中所分擔的壓差份額。在設計合理的環路中,三通閥閥權度為30%,二通閥閥權度為50%或更多。對其他閥門而言,它們所承受的壓差需要計算才能得出,并最好在所能得到的壓力范圍內工作。
二通閥
二通閥只有一個入口和一個出口,閥芯和閥座在二者之間,用于控制流過閥門的流量。
連接
連接的方式決定了其功能。
最簡單的連接方式就是使水泵壓出的水流經閥門,按需要調節閥門改變流量。當水流過用熱設備,如熱交換器后,再返回泵中,這一環路中的流量將是變化的。如果在控制閥之后的供回水管之間連接一個旁通管路使之分為兩個環路,旁通管路之后設置循環泵。當控制閥按照實際需求調節流量時,旁通管路之前的環路將是變流量的,旁通管路之后的環路將保持定流量但變溫度。控制閥設置在供水或回水管上對控制而言都沒有影響,但如果旁通管處在系統的較高位置,則最好將控制閥設置在回水管上,這樣可以減少空氣進入用熱設備的危險。通風設備旁通管路的布置應盡可能靠近散熱器以避免溫度波動。二通閥可以用來在供水環路中保持定流量,但在這種情況下需要在控制閥前裝一旁通管路,而旁通管路的管阻應與控制閥處于設計工況時的阻力一樣大(三通閥閥內已經具有設計合理的旁通)。
設置三通閥或二通閥的旁通管路在主環路上無水泵時將帶來相同的結果。當使用二通時,在需要時可以在旁通路上設置一個預設定閥。當使用二通閥時主環路上不帶水泵且旁通管路上也不設置預設定閥時,旁通管的阻力應與二通閥的阻力相等。
差壓控制
在變流量系統中,控制閥前后的的壓差變化很大,這就意味著按閥門實際可能承擔壓差的最小值選取的控制閥型號在許多時候不得不面臨比設計壓差大得多的壓差。在這種高壓差情況下,閥門顯得過大并容易引起振蕩,振蕩不但會引起不必要的磨損,還會導致過高的回水溫度并對系統的其他閥門產生影響。差壓控制器在變流量系統中也可以用來保持壓力恒定。
構造
差壓控制器包括:
閥體
控制裝置
閥體包括閥芯和閥座。
控制裝置由一個膜盒、一套包括一個彈簧組件和膜片兩側連接脈沖管的接口裝置的組件及脈沖管組成。脈沖管可以內置在閥體中。
功能
差壓控制器可以安裝在系統中需要控制的部分-被控環路的前面或后面。一個脈沖管連接到被控環路的前面并被引入膜片的高壓側,另一個脈沖管連接到被控環路的后面并被引入膜片的低壓側。具有內置脈沖管的差壓控制器可以安裝在被控環路的前面或后面。
流量限制
以大型系統中,可能需要限制相連設備的流量,目的是避免設備之間發生爭流現象。
原理
流量限制的原理是:在某個阻力元件上保持恒壓以控制流量。
解決方案
通過差壓控制器保持阻力元件上壓差恒定。這一阻力元件可以是節流孔板,完全開啟的控制閥或調節閥。也有一種稱之為流量控制器的設備,它實際上是將差壓控制器和調節閥集成在了一起。
建議:預制保溫管網中的流量應該是變化的。二通閥應該用來控制供向熱交換器的熱量。差壓控制器應該安裝在控制閥處,并應同控制閥一起用于控制流量,以使其不超過最大限值。
6.熱交換器
要求回水溫度較低的現代區域供熱系統采用水容量較小的熱交換
器可以取得滿意的工作效果。
板式熱交換器
盤管式熱交換器
盡管熱交換器內水流速度較高,但兩類熱交換器的阻力都相對較小。較高的水流速度是適宜的,因為它可以沖刷掉熱交換器中的污垢。
建議:應采用板式或盤管式熱交換器。
7.水泵
用于區域供熱系統中的循環水泵在系統流量減小時揚程會增大。同時,當管阻隨流量減小以平方關系降低時,克服阻力所需的壓頭大大下降。過高的壓頭不僅導致控制閥產生噪音、控制性能變差和振蕩等問題,同時對水泵的運行也帶來了不必要的電力消耗。當管阻隨流量變化以平方關系變化時,水泵耗電量隨流量變化呈立方關系變化。因此,對水泵進行控制可以節省費用。
水泵揚程控制方式
控制水泵揚程的方式有以下幾種:
末端用戶壓差恒定
水泵揚程恒定
水泵揚程與流量呈比例變化
水泵揚程與管道系統阻力同步變化
末端用戶壓差恒定可以保證所有的熱力站都獲得所需壓力,這樣用熱量(流量)減少時水泵揚程也可隨之減少。此外,在流量趨近于零的時修,整個系統都會處于低壓差下。閥門的資用壓差是在最小流量下確定的,而靠近水泵的閥門將處于最大流量下,它們所承受的壓差也遠遠高于它們的設計值。
電機控制方法
本文所涉及的電機控制方法只有一種:使用變頻器
變頻器首先將交流電變為直流電,然后再將直流電變為此刻所需頻率的交流電。變頻器同標準感應電機一起使用,現有產品的軸功率可以覆蓋1.1KW-200KW。變頻器的效率很高,大約為96%,其安裝和使用也很簡便。
建議:一次側的水泵應該配備變頻器以控制揚程。水泵應該布置在供水管上以保證處在較高位置上的熱力站獲得所需的壓頭。末端用戶上系統最低資用壓差應該保持恒定,控制閥應該按這個最低壓差選取。就控制閥而言,資用壓差變化較大引起的噪音等問題雖然有所減弱,但仍然存在。為使系統良好和安全運行,差壓控制器仍然是需要的。
8、熱計量
熱量表用來在區域供熱網中按用戶的熱量消耗分攤費用,這是一種有效的節能措施。
也可以對整個建筑的耗熱量進行計量,然后按房間面積分攤費用。
原理
熱量表由以下部分組成:
流量計
溫度傳感器
積算器
流量計主要有以下幾種類型:
*機械式流量計(包括旋翼式和螺翼式)
*超聲波流量計
機械式流量計是最老的一種流量計,它包含一個由水流驅動的葉輪裝置。在小流量下,機械式流量計的誤差很大,但在高于設計流量的情況下它卻很靈敏。葉輪的軸和支座都會受到水中雜質的嚴重磨損,因此需要進行常規檢修,對區域供熱網來講,檢修標準為每兩年進行一次。
超聲波流量計沒有任何移動部件,它通過聲波信號在發射器和接收器之間來回傳遞工作。通過分析來回信號的頻率差異可以得出流速大小,再乘以管道截面積就可得到流量。超聲波流量計對水中雜質不敏感并在整個測量范圍內都能得到很好的精度,且其測量范圍也遠遠大于相應機械式流量計的測量范圍。
溫度傳感器應分別安裝在供回水管道上以測量通過設備后水流的溫度降。
在積算器中,溫度降和流量在一個計算器中相乘,其乘積即為所消耗熱量的數值。這一數值可以通過調制解調器或通訊線路從設置在預制保溫管道上的熱量表中讀出。
建議:對集中鍋爐房輸出的供熱量和向不同建筑物傳輸熱量的計量是為了檢查生產和傳輸效率。熱計量使得研究采取不同措施時的效果成為可能,而且,如果有什么地方出錯,它也可以給出一個信號來。
用于以上目的時,超聲波流量計是目前的唯一選擇。
供暖系統
供暖系統是一個綜合概念,它指建筑物中所有與供暖有關的設備,例如熱媒生產設備、熱媒輸送設備和熱媒使用設備。
單管或雙管系統
單管和雙管系統的最大不同是環路不同位置散熱器的供水溫度不同,從而回水溫度也不同。在單管系統中,連接的散熱器的供水溫度較低;而在雙管系統中,如果忽略各散熱器環路的管路熱損失,所有散熱器的供水溫度都是一樣的。單管系統中一個環路的溫降為20-25℃,與雙管系統中一臺散熱器的溫降相同。在有自由熱時,恒溫閥關小,雙管系統中散熱器的回水溫度變低,而單管系統中散熱器的回水溫度將升高。單管系統為定流量而雙管系統為變流量。雙管系統中水泵的揚程控制可以節省水泵運行費用70%-80%,這種費用在單管系統中是無法節省的。
1、單管系統
單管系統中供水溫度的逐漸降低是通過增大散熱器面積來補償的。增大散熱器面積后供水溫度將變得更低。如果供水溫度減小到要求值以下,即用戶所得熱量過小時,就不能通過增加流量來補償了。
單管系統的管路散熱是無法控制的,尤其是未保溫管路的散熱量是相當大的。如果在有跨越管的單管環路中的一個或數個恒溫閥將通往各自散熱器的流量關小,環路中的水流溫度將會升高,管路的散熱量也會增加。由于重力的作用。尤其在高層建筑中,會大大促進環路中的水流循環。單管系統是定流量運行的,因而要對每個環路進行水力平衡調試。
現有單管系統
現有單管系統通常存在如下問題,即每個單管環路之間及同一環路不同房間之間的熱量分配問題。
單管環路之間的熱量分配
如果資用壓力恒定,單管環路間的熱量分配可以通過調節閥門來實現。在高層建筑中,重力作用將導致資用壓力的變化,這與供水溫度有關,因此每個立管環路上都需要流量自動控制器以恰當分配流量。
散熱器散熱量
供給散熱器的熱量是由供水溫度、供回水溫差和流量決定的。
散熱器的散熱量是由房間空氣溫度和散熱器表面溫度的溫差決定的。
如果我們將散熱器的流量從開始增加,在恒定的供水溫度下,散熱器散熱量將急劇增加,在通過散熱器的水溫降達到某個值后,流量即使進一步增加散熱量的增加也很小。
引起以上現象的原因是,當散熱器整個表面溫度大致相同時,散熱量就不能繼續變大了,因為散熱器的散熱量是由散熱器表面溫度和房間空氣溫度之間的溫差決定的,如果這一溫差不再變化,散熱器的散熱量也不會變化。
散熱器流量較小時進出口溫差較大,大流量時則相反。進出口溫差為15-20℃時流量變化才會真正影響到散熱量。
如果希望能控制單管系統散熱器的散熱量的話,其進出口溫差應該要大于15℃。
散熱器的流量分配
應該設置散熱器跨越管,以實現散熱器的流量分配。
散熱器之間水流阻力的不同決定了流量的分配。如果跨越管的阻力大,則流經相應散熱器的流量就大。在單管系統中散熱器和跨越管為并聯連接,各級散熱器和跨越管的阻力相加構成了單管環路的阻力。散熱器環路和跨越管的資用壓差是一樣的,因此二者阻力的不同決定了二者之間流量的比值。這就意味著在散熱器環路流量為30%時,跨越管的阻力應該為散熱器環路阻力的0.3/0.7=0.45。
在流經散熱器的流量為10%時,跨越管的阻力應該為散熱器環路阻力的0.11。
散熱器進出口溫差是如何影響環路供回水溫差的呢?
散熱器進出口溫差對環路供回水溫差沒有影響,但散熱量對環路的供回水溫差有影響。
如果恒溫閥減少了通過散熱器的流量以減少散熱量,將導致散熱器進出口溫差變大,但由于從水中取走的熱量減少,該散熱器后的散熱器環路的供水溫度將有一定程度的提高。
二通或三通閥
單管環路中散熱器的散熱量可以通過改變供向散熱器的流量來控制。在設計室外溫度下的最大熱負荷可以通過調節單管環路供水溫度、調節總流量以及按設計值在各臺散熱器間進行流量分配得到。運行時則通過調節供水溫度以適應當前的室外溫度。而散熱器上的控制閥僅只能調節減少供給散熱器的熱量。
單管系統中的二通閥阻力同跨越管阻力一樣低,可以使相關的恒溫閥和散熱器得到理想的流量分配。一個特制的阻流管件被設置于跨越管中為不同尺寸的閥門提供合適的流量分配。因此散熱器的散熱量是由供水溫度決定的,沒有理由再去改變流量分配。
二通閥價格便宜,安裝方便且不需要任何特殊的設置來保證其正常的工作。
單管系統的三通閥需要對通向各散熱器的流量分配進行調節,環路中全部散熱器的流量分配要相同。在三通閥進行調節后,其功能與二通閥加跨越管的功能是一樣的。三通閥相對較貴,不僅較難找到一種恰當的方法來調節,且在調節后總存在狀態被改變的可能。
建議:在所有的散熱器上安裝高流通能力的與散熱器環路管徑相同的二通恒溫閥。安裝與環路管徑相同的跨越管,在跨越管中設置特制阻流管件以提供對應于恒溫閥的相關阻力。在所有的單管環路上配備流量限制器。
2、雙管系統
雙管系統的所有散熱器都可以采用公稱尺寸和相同的進出口溫差。恒溫閥按流量選用,供水溫度決定了恒溫閥比例帶大小。雙管系統閥門和散熱器的管阻通常比較高,可能高達5kpa,因此重力作用顯得并
不重要。
在雙管系統中供水溫度增高意味著恒溫閥要減少通過散熱器的流量,整個系統和供回水溫差將變大。同時,恒溫閥的比例帶變小,從而導致恒溫閥更有效地工作,換句話說就是導致了節能。
在雙管系統中恒溫閥只要有良好的熱權度就能保持水力平衡,每臺散熱器得到的熱量至少對保持設定溫度是足夠的。如果在24小時或更長的時間內逐漸降低供水溫度,這會使恒溫閥的熱權度小于1.0,在一定時間之后房間溫度將降低,恒溫閥將完全打開。散熱器的流量調節是在保持水力平衡的條件下進行的。
雙管系統優于單管系統,其優點主要在于:
所有散熱器都為同一公稱尺寸
能更好利用自由熱
比例帶按供水溫度設定
回水溫度由供水溫度決定
在有自由熱時回水溫度更低
預設定每臺散熱器的流量
在運行環境變化后更易于調節
帶有揚程控制的循環泵的運行費用大大降低
垂直或水平系統
垂直散熱器系統意味著立管被布置在外墻內側,每層與立管相連的散熱器為一臺或最多為兩臺。這種系統有兩大缺點:一是在各戶間傳播噪音的立管會有許多根,二是在使用單管系統時,每個單管環路上串聯的散熱器臺數有限。垂直系統可以采用單管或雙管系統形式。此外,要對房間中外露的立管保溫比較困難。
水平散熱器系統意味著同一層的幾戶共享一根立管,共享戶數由設計決定。在這種情況下,立管可布置在建筑物中央并保溫以便所有的樓層都可以得到相同的供水溫度。通向散熱器的管道靠墻水平布置或埋入地板中,可以每戶一個系統或幾戶一個系統。
當采用雙管系統時,計量各個住戶散熱器的水流量成為可能,且使每一樓層的所供壓差保持恒定。雙管系統的缺點在于通往散熱器的管路敷設上,沿墻靠天花板或地板水平布置管路都既不美觀又不衛生,沿地板布置在通過門時還會帶來一些問題。將管路布置在地板中要求建造地板分兩步完成,首先鋪設一層承力部門,然后將管路鋪在上面,在管路進行的壓力試驗后再在上面鋪設一層砂漿并抹平。
埋入的管路應該保溫并具有建筑同樣的壽命而無須更換。單管和雙管系統都可以采用這種敷設方法。
中央布置立管和水平布置散熱器管路在新建建筑時有很多優點,當然也可在現有建筑物中使用。其優點有:
立管數量較少
各住戶間無噪音傳遞
各住戶的流量計量成為可能
每個樓層都可差壓控制
小型化的散熱器環路減少了調節量
重力
重力產生的原因是不同溫度下的水具有不同密度,重力作用在高層建筑中和高溫系統中更為明顯。當供水溫度按室外溫度進行控制時,重力作用也會隨供水溫度劇烈變化。
在一個18層的建筑中,供水溫度為95℃供回水溫差為25℃時重力作用為8.4kpa;在50%熱負荷下,供回水溫差為12.5℃,供水溫度為55℃時重力作用為3.1kpa(大概值)。
無論單管或雙管系統、水平或垂直系統重力作用壓頭的影響都是相同的。
對帶恒溫閥的單管系統而言,重力作用將導致單管環路的流量增加,此時恒溫閥會略為關小以保持房間設定溫度,但環路的流量增加了,回水溫度也升高了。解決這個問題的方法就是在每個單管環路上安裝一個流量限制器,然后流量就可以保持不變,不再受供水溫度和溫差變化引起的重力使用的影響。要注意的是由于資用壓差是變化的,靜態調節并不能解決問題。
安裝了散熱器恒溫閥的雙管系統也將自我調節來適應重力作用的影響以維持熱供應,流量大小和回水溫度都保持不變,但恒溫閥所承受的總壓差太高,如超過25kpa的話可能帶來噪音干擾。雙管系統的恒溫閥就其控制功能而言,可以在高達80kpa的壓差下工作。如果在高達建筑物六層的立管下部或每層的每個住戶處安裝靜壓值為10kpa的差壓控制器,則不管重力作用大小都可以保證恒溫閥正常的工作條件。
建議:中央布置立管、采用差壓控制、散熱器環路水平雙管布置不僅能為系統良好運行提供最好的條件,而且為計量和節能提供了最大可能,還能減少采用差壓控制循環泵的運行費用。這一方案還能解決巨大的重力作用和其他壓差變化帶來的問題。
3、恒溫閥或手動閥
散熱器閥門是用來控制散熱器散熱量的。它主要有兩種類型:
手動控制閥
恒溫控制閥
手動控制閥在需要調節冷熱時是通過手動來調節的,而供水溫度必須按室外溫度和相關建筑物條件進行較高精度的調節,供暖系統以外和自由熱將引起過熱和浪費。
手動閥的特性非常陡峭,很難將其調節到需要值,它要不就關閉,要不就全開。
恒溫控制閥稱為恒溫閥
恒溫閥能保持設定溫度,即它能在探測到當前房間的溫度后按目前需求調節供向散熱器的熱量。在系統正確設定后(供水溫度和恒定的壓差值),恒溫閥可以利用自由熱從而避免房間過熱。
恒溫閥由兩部分組成:
閥體
控制裝置(一個內置有溫控制器且可以安裝在閥體上的恒溫元件)
閥體
閥體可分為好幾種,有直形和角形并適配不同管徑。對閥芯產生作用的小軸周圍的密封材料已被制作成了一個整體,在運行過程中很容易更換。
控制裝置
控制裝置的類型也分為幾種,常用的有以下兩種:
內置了恒溫元件和傳感器的控制裝置(內裝式傳感器)
傳感器與控制裝置分離,通過毛細管相互連接
恒溫元件原理
恒溫元件的原理很簡單。一種物質,如液體、蠟或氣體被封閉在一個筒中,當其溫度變化時,體積也會相應改變。這個筒,通常是一個膜盒,將隨之膨脹或收縮,其形狀的變化被傳遞到閥芯上,從而使通向散熱器的流量增加或減小。經驗證明,由氣液兩相物質填充的膜盒在運行中能達到最好的效果和安全性。
恒溫閥是比例控制器,根據恒溫閥的設定溫度和恒溫閥所探測到的實際溫度之差來調節供熱量。如果恒溫閥探測到一個比設定溫度低的溫度,恒溫閥將根據二者之差動作,溫差越大,開啟度越大。
應該將恒溫閥設定在所希望的房間溫度上,此時的供水溫度應至少可使房間達到其設定溫度。
建設:要達到良好的熱舒適及節約用熱,應做到:正確選用恒溫閥型號及控制裝置,使其具有對系統最高溫度和系統正確參數(包括壓力、流量和供水溫度)進行設定的能力。不管是單管系統還是雙管系統,一個精心建造的系統都可節能20%以上。
4、氣候補償
在帶手動控制閥的供暖系統中,顯然供水溫度必須按室外溫度調節以達到近似所需求的房間溫度。
功能
氣候補償器由以下部分組成:
控制裝置
控制電機,控制閥
室外溫度傳感器
供水溫度傳感器
回水溫度傳感器(可選項)
計時裝置(可選項)
中央控制站按室外溫度調節供水溫度,布置在室外建筑物北側的傳感器探測室外溫度并將信息傳回控制站中,控制站已設定有符合當地情況下不同室外溫度下需要供水溫度的曲線,控制站通過供水管中的傳感器將真實值和曲線進行比較,如果二者不相對應,控制電機將改變控制閥中閥芯的位置。
通過一個安裝在回水管中的特殊傳感器,控制站還可防止回水溫度過高。
計時裝置是用來在某一確定時間增加或降低供水溫度的。
為什么氣候補償器是必要的?
由于在單管系統中整個環路的水流在流經管路時都要向房間放熱,即使在熱負荷為零或非常小時也不例外,因此保持供水溫度不致太高很重要。要保持需要的房間溫度,首要的和最主要的是將供水溫度控制在所需的最低溫度上。
同樣的情況也適用于雙管系統,即要保持需要的房間溫度,所有散熱器的供水溫度總是保持在所要求的最低水平上。太高的供水溫度將一方面使得通過房間管路的熱損失增加,這部分熱量在設計時沒有考慮;另一方面盡管恒溫閥已關閉,但仍會使房間溫度過高。
合理供水溫度的設定
能保證最不利位置的房間獲得需要室內溫度的供水溫度是合理的供水溫度,控制站中設定的曲線給出了在不同室外溫度下的所需供水溫度。我們可根據具體(氣候、建筑)情況,改變曲線的截距和斜率,以符合調節要求。
雖然從理論上完全可以計算得到控制站中的設定曲線,但最好是在零下若干度時根據實際需求校正和整理出該曲線。
測量最不利散熱器處的供水溫度、進出口溫差和其所在的房間溫度,看看是否達到了需要的房間溫度和足夠大的進出口溫差。
定時設低供水溫度
短期或長時間內設低供水溫度是為了減少熱消耗。房間溫度降低可以節能,房間溫度設低后重新恢復到正常水平時的耗熱量也不會比有設低溫度而正常運行的系統的耗熱量高。
建筑物蓄積了相當多的熱能,重型建筑的蓄熱能力要高于輕型建筑。蓄熱量的存在意味著當熱供應完全或部分關閉時房間溫度下降到設低值仍需要持續一段時間。如果房間溫度已經下降,這同樣意味著建筑物墻體的溫度下降了,房間溫度要恢復到正常水平之前必須首先補足墻體的蓄熱量。
簡單計算表明,夜間的設低溫度可以節能。我們可以以一個假設沒有熱惰性的建筑物為例,它的房間溫度可以在瞬時由20℃下降到16℃或由16℃上升到20℃。如果該建筑的溫度設低周期為一夜,即8小時,則24平均溫度為:(20×16+16×8%÷24)=18.7℃;24小時的溫度平均下降1.3℃,每下降1℃計算可得節能5%,則共節能5×1.3=6.5%。
在單管系統中,供水溫度的控制和在雙管系統中同樣重要,供水溫度應控制在最低的必需的水準上。控制供水溫度并定期設低將使定流量系統受益。除了散熱器恒溫控制閥在總能量消耗方面的節省,由于供水溫度設低,立管及其它連接管件的熱損失減少,將帶來額外的節能。
建議:氣修補償器在帶恒溫閥的供暖系統中可以使最不利位置的散熱器的熱權度總是保持在1.0以上。
定期設低溫度可以節能,設低時間如果長達數日,將帶來更多的節能效果。在房間溫度已經下降后,應注意在恰當的時間開始回熱過程,在回熱過程中供水溫度應高于根據設定曲線室外溫度應對應的供水溫度。
5、流量
恒溫閥在具有熱權度的情況下使雙管系統變流量運行。氣候補償器的確能根據需求調節供水溫度,但是從人體、電器、烹飪和太陽輻射得到的自由熱是一個不小的量。此外,盡管管道保溫良好,供水溫度從相連接的最近一臺散熱器到最遠一臺散熱器也有一定程度的降低。由于最遠一臺散熱器能得到所需的熱量,這就意味著最近一臺散熱器能得到熱量超過所需熱量。這些熱量都要通過恒溫閥的節流來調節,但不管設定供水溫度怎樣,雖然自由熱會帶來流量變化,恒溫閥都保持房間設定溫度。
差壓控制。
在變流量系統中,不同環路實際壓差的變化很大,這就意味著按最小資用壓差選用的恒溫閥在工作中要被迫面對比其設計壓差大許多倍的壓差。在這些高壓差下,閥門顯得過大,并很容易產生振蕩。振蕩除引起不必要的磨損外,還導致回水溫度升高,并影響系統的其它閥門。差壓控制即使在變流量情況下也可保持壓力為常值。
構造
專門為供暖系統設計的差壓控制器有兩種型號,一種控制壓差為10KPa的常值,一種能在5-25KPa之間調節壓差。
差壓控制器由以下部分構成:
閥體
控制裝置
閥體包括閥芯和閥座。
控制裝置包括一個膜盒,一個帶彈簧部件的設定裝置和一個連接脈沖管的接口,另一個脈沖管內置在閥體中。
功能
差壓控制器可以裝在立管或支管的供水或回水管上以控制立管或支管,即被控環路的的壓差。通常差壓控制器被裝在回水管上。然后一個脈沖管被用來連接供水管和膜片的高壓側,第二根脈沖管集成在了閥體中。
流量限制
雙管系統中的恒溫閥在有熱權度時可以擔負流量控制的工作。如果系統所得到的熱量變得過小時,在差壓控制器保持系統壓差為定值的情況下,可以通過初步的預設定來達到滿意的流量分配。
在常規下,單管系統是定流量的,且各個環路的流量必須分別設置,這些流量在理論上可以通過預設定的調節閥設置。正如前面所說過的,高層建筑中的重力作用很強,并隨供水溫度和供回水溫差而變化。因此手動調節閥在這種情況下無法工作,需要自動流量限制器。
原理
流量限制器的工作原理為:通過保持阻力元件上的壓差為定值來實現流量限制。
供暖系統的流量限制器包括以下部分:
閥體
控制-設置裝置
閥體包括閥芯、閥座和排污閥。
控制-設置裝置包括一個膜盒、一個彈簧部件和一個設置旋紐。
功能
流量限制器裝在回水管上,其內置的膜片將閥芯和閥座間的壓差保持在15KPa的定值上,流量的設定通過改變閥芯和閥座間的阻力來實現,流量限制器還具有關斷功能。
建議:在帶恒溫閥的雙管系統中流量將會變化。在恒溫閥沒有熱權度時預設定的調節是它的唯一功能,如果長時間設低供水溫度時,初步的預設定可以進行流量分配。
對于最高為六層的建筑,應該在立管底部安裝一個具備10KPa預設定壓差的差壓控制器;在更高的建筑中差壓控制器應該安裝在每層的支管上。安裝差壓控制器后每一層立管或每一層散熱器環路的資用壓差不管重力作用如何將總是不變的。
從理論上講,單管系統的流量是不變的,但在高層建筑中,重力作用將使流量隨供水溫度和供回水溫差而變化。因此每個單管環路,不管是垂直的還是水平的,都必須安裝自動流量限制器。
6.靜壓
在最高溫度小于100℃的情況下,不需要考慮汽化壓力的要求,靜壓僅受建筑物/系統的高度影響。
膨脹定壓系統
配備安全閥的閉式膨脹定壓系統需要常規的監測和控制,由于不可能在所有建筑和任何時間都有專業的人員值班,因此它并不適用。
如果開式膨脹定壓系統的制作材料適宜,它所需的監測要少得多,且不需要任何的維護。所有的開式膨脹系統必須與系統中的熱生產設備相連。
循環泵裝在供水管還是回水管上
帶開式膨脹水箱的供熱系統相當于是一個連通管路,循環泵的位置,是裝在供水管上還是回水管上,是非常重要的。
開式膨脹水箱有兩個功能:
補償由于溫度變化引起的系統水容積變化
不管泵運行與否,保證系統所有部分都充滿水
如果循環泵設置在回水管上,全壓,即靜壓與動壓之和(該壓力可以從水壓表上讀出),將在膨脹管與系統的連接處升高。膨脹水箱目前所提供的總壓力pE劃可以計算得出。從泵壓出口水壓表讀出的壓力值p1減去管道阻力、設備阻力以及連接處與水泵間的高差后,即為pE。pE換算為水柱將等于連接處與膨脹管最高點,即膨脹水箱底部間的高度差。經驗證明,靜壓應該等于系統的最高點高度加水泵揚程轉化為水柱高度的65%,膨脹水箱底部應處于這一高度。
如果水泵設置在供水管上,則當水泵運行時在膨脹管起始端的全壓,即膨脹管中的水位高度將降低。
但是,即使在水泵停止運行時整個系統也應充水以防腐蝕,所以膨脹水箱底部應該放在比系統最高點高大約0.5-1米的位置。
建議:水泵應該設置在供水管上,開式膨脹水箱應該放在暖和的地方,其底部應比系統最高點高0.5-1米。
7.水泵
水泵的揚程控制
供熱系統當流量減少時,其循環泵揚程將增高,而另一方面,由于管阻與流量的平方成比例變化,流量越小所需壓力越小。過高的壓差不僅使恒溫閥產生噪音、控制特性惡化和振蕩等問題,同時會導致運行泵的不必要的電力消耗。當管阻隨流量平方變化時,耗電量與流量的三次方成比例變化。因此,應采取措施節省費用。
揚程控制方法
控制水泵揚程的方法有以下幾種:
水泵定揚程控制
末端用戶定差壓控制
水泵揚程與流量比例變化
水泵揚程與管路系統管阻同步變化
水泵定揚程控制在流量減小時會使系統出現過高的壓差,在系統流量接近于零時整個系統的壓差將相同。閥門和支路的設計壓差是按最大流量確定的,在流量減小時,系統壓差的增幅遠遠超過預期值,閥門和支路也承受了比設計值高得多的壓差。
末端用戶定差壓控制在流量變小時為系統提供較小的壓差,在流量接近為零時,整個系統都處于低壓差下。閥門和支路的設計壓差是按其最大流量確定的,在最大流量下,靠近水泵的閥門和支路將承受比設計值高得多的壓差。
水泵揚程與流量比例變化意味著水泵出口的揚程在最小流量(零)時將減小到最大流量時的一半。閥門和支路的設計壓差是按其最小流量確定的。在最大流量下,靠近水泵的閥門和支路將承受比設計壓差高得多的壓差。
水泵揚程與管路系統管阻同步變化意味著水泵的性能曲線將隨系統曲線同步變化,但水泵揚程最多下降到最大流量時的一半。閥門和支路的設計壓差是按最小流量確定的。在最大流量下,靠近水泵的閥門和支路將承受比設計壓差高得多的壓差。
電機控制方法
循環泵電機的控制有不同方法:
變頻控制器是最靈活的控制方法
變頻控制器同標準感應電機配合使用,其軸功率可以覆蓋1.1-200KW。變頻控制器的效率較高,可達95%,安裝和使用也很簡單。
建議:在大型系統中應該使用水泵的揚程控制,末端支路的定差壓控制為最大限度節省水泵運行費用提供了最好機會。壓力傳感器布置在末端支路,并設定在所需壓力的最小值上。立管的阻力等于恒溫閥與散熱器的阻力、立管管路阻力及差壓控制器的阻力之和,對Danfoss的ASV-P或PV型差壓控制器來說,其阻力為8KPa。旁通管處的最低所需壓差值等于控制閥、差壓控制閥及壓力傳感器和旁通管間的管路(如果有的話)的阻力之和。變頻控制器控制標準感應電機。考慮到立管和支管的資用壓差變動較大引起的問題雖然有所減弱但仍然存在,要使系統良好并安全地運行,差壓控制仍然是需要的。
8.熱計量
對每個住戶進行熱計量意味著個人對熱費用負有更大的責任,但計量并不能太精確。居住在建筑物中央的住戶可以在完全關掉供熱設備的情況下房間溫度并不比鄰居低多少;而居住在有山墻的房間或建筑物最頂層的住戶在相同居住面積的情況下將要付出高得多的費用。
當然可以從理論熱負荷的基礎上方便地計算出具有山墻和/或屋頂表面的住戶與沒有這些維護結構的住戶間的折算系數。
戶式流量計量
如果建筑物有良好保溫、立管中央布置、每一住戶采用雙管散熱器環路,可以采用流量計來計量每個住戶的熱消耗量,考慮到維護和精度最好采用超聲波流量計。流量計可放在樓梯井中,很容易抄表。流量計還可以配備遠程控制來計量,計量時應該對有山墻的住戶或屋頂住戶的耗熱量進行修正。
每臺散熱器的散熱量計量
安裝在每臺散熱器上并通過蒸發量來計量熱量消耗的熱量表看起來是一種簡單的方案,即使對現有建筑也是如此。但對垂直單管系統而言,管路的散熱量很大,因此不能用這種方法計量。
建議:每戶安裝一臺流量計是計量熱消費最有效和最安全的方法。這種方法的實施需要應用雙管系統、每戶一個獨立環路和每戶供水溫度相同。
同樣,生活熱水的消耗也應該逐戶計量,安裝在樓梯井中的流量計仍然是最好的解決方案。
區域供熱意味著燃燒、集中鍋爐房和全部所需的運輸都位于一個地點,為一個很大的區域服務。區域供熱廠的選址應使噪音、污染物及運輸對用戶的干擾保持在最小。區域供熱系統可設計為直接連接和間接連接兩種。直接連接的系統建設費用較便宜,但從長遠的觀點來看,整個系統抗干擾性差,安裝中的泄漏甚至就可能導致預制保溫管道和集中鍋爐房中的水漏光,集中鍋爐房的靜壓也影響著居民散熱器的靜壓。間接連接則意味著通過熱交換器將安裝在建筑物中的系統與預制保溫管網完全隔離,同樣,預制保溫管網也通過熱交換器與鍋爐隔離。因此系統每一部分都可以在各自的溫度和靜壓下工作。
建議:區域供熱系統應采用間接連接。
集中鍋爐房
集中鍋爐房的高效運轉需要自動控制和監測。總的來說,自動控制的費用基本相同,與集中鍋爐房的規模無關。自動控制只有在集中鍋爐房的出力超過50MW時才會帶來效益,這種規模的新鍋爐的效率大致在88%-90%,如果電廠采用熱電聯產的方式進行區域供熱,將會對蒸汽透平機的電力生產帶來好處。熱電聯產使用的鍋爐至少要在200MW以上,大約40%用于生產電力,60%用于供熱。熱電廠應全年運行。在冬季,熱電廠將熱傳遞到本地的區域供熱網,將回水用于冷卻蒸汽透平的凝汽,在區域供熱網的回水不足時,使用冷卻塔來冷卻凝汽。在夏季,熱也可以用來驅動制冷循環。熱電廠的效率大約在90%-92%。
建議:本地集中鍋爐房的出力應大于50MW,且最終它們應與不小于200MW的熱電廠聯網。考慮到本地集中鍋爐房具有較長的停工保養期,應對其配備煙氣冷卻裝置以提高效率。
燃料
在現代技術下,由于燃燒排氣總是可以得到凈化,采用何種燃料并不是問題。但含污染物少的燃料將產生較少的污染物,因此凈化處理煙氣也較為簡單。煤炭是一種民用燃料并會在一段可預見的將來被使用。本地的供熱廠甚至在改造或重建之前就應該盡可能使用潔凈煤,在改建成流化床鍋爐之后,也仍應該使用最好品質的煤。低品質的煤可用于熱電廠,那兒有大規模的凈化設備。煤在運抵之前應盡可能改善其品質,通過清洗可以減少其中的灰份,這也會對其燃燒、效率和排放有較大影響。
建議:本地供熱廠使用的煤應具有高品質,其硫份和灰份含量要低。
燃燒
當前,最高效的煤燃燒方法是流化床燃燒。燃燒可以在常壓或高壓下進行。被碾成6mm大小或更小碎片的煤同水或空氣混合,然后噴撒入已形成灼熱煤粉旋流的火中,向鍋爐爐管放熱。通過控制供煤量和爐管中的水流量保持爐火溫度恒定在850-870?C的相對低的水平上。這一較低的燃燒溫度可以使SOX的排放量減少約400mg/nm3,即減少了約75%;NOX的排放量低于500mg/ nm3。
建議:40MW以下的小型集中鍋爐房應淘汰,將其預制保溫管道連接到更大的本地區域供熱網。本地舊供熱廠的鍋爐需要完全更新,應該被帶有流化床的現代鍋爐或燃氣鍋爐取代。新建的供熱廠應采用這種現代鍋爐,最小出力為50MW。
污染物排放控
全年運行的熱電廠應該裝備能對其排放氣體進行徹底凈化的設備,首先是凈化SOX、NOX和粉塵,其次也包括重金屬。硫的凈化設備通常能除去90%的硫化物,氧化氮經它凈化后的排放量也可低于200mg/nm3。本地供熱廠必須精選優質煤以減少污染物排放,同時用布袋除塵器來收集粉塵,一般可以使污染物排放量低于5mg/nm3。當本地供熱廠與熱電廠聯網時,本地供熱廠的運行時間將大大減少,有希望低于20%。在這些前提下,一年的總排放量在目前來講是可以接受的。據此,本地供熱廠應裝備流化床鍋爐且僅當熱電廠出力不足時使用。
建議:本地供熱廠的鍋爐應盡快配備過濾裝置以去除煙氣中的粉塵,并裝備煙氣冷卻裝置以提高效率、減少SOX排放量。
溫度
通過熱交換器將熱量傳遞到預制保溫管網的供水溫度應為130℃,回水溫度約為70℃。這一溫度的確定是為了讓現有系統也能在這種參數下運行。
建議:鍋爐的供水溫度應為130℃,回水溫度為70℃。
靜壓
鍋爐環路的定壓是由當前溫度下的汽化壓力和鍋爐水環路最高點位置決定的,系統最高點位置的壓力也必須能大于當前溫度下的汽化壓力。因此,在鍋爐最高溫度為130℃的情況下,所需靜壓應為200Kpa(2bar)的汽化壓力加上系統最高點高度所轉化來的KPa值。
建議:系統靜壓值不應超過技術上判定的值。
膨脹定壓系統
開式膨脹定壓系統要求膨脹水箱的底部高于鍋爐環路的最高點20米。這一位置要求不采取昂貴措施是很難實現的,而且不管怎樣都會給系統的安裝和維護帶來困難。閉式膨脹定壓系統可以安放在集中鍋爐房的任何位置,它唯一的缺點就是需要對安全閥進行控制和監測,但集中鍋爐房有專業人員,他們有能力對安全閥進行操作。
建議:應該采用閉式膨脹定壓系統,并要由專業技術人員進行監測和維護。
輸送-使用
1.蓄能器
蓄能器的主要作用是平衡從鍋爐輸送出來的熱量和建筑物中用戶消耗的熱量之間的差距。建筑物的熱負荷可能有急劇變化,例如整面墻都被太陽直射或在夜幕降臨時整個建筑物的燈都被打開時。當本地系統與蓄能器相連時,蓄能器可以在熱需求較大時短時間地提供熱量而不必啟動其他的鍋爐。此外,在熱電廠運行時,蓄能器可以使得熱電廠在沒有其他鍋爐輔助的情況下處理每天24小時發生的負荷變化。蓄能器是一個大水箱,它處于系統的工作壓力下。考慮到系統膨脹容積的需求,應將蓄能器的體積增大20%,則蓄能器也可承擔閉式膨脹水箱的功能。
建議:蓄能器應該成為每個本地區域供熱網的一部分,而這類本地區域供熱網應與熱電廠或其他地區的區域供熱網聯網。蓄能器通過本地鍋爐或熱電廠的熱交換器儲存能量。蓄能器同時可被用作膨脹系統。
2.溫度
本地區域供熱網的供回水溫度應分別為120℃和70℃,這一溫度是根據現有系統的當前值得出的。供水溫度可以按室外溫度調節,當同時生產生活熱水時最低只能達到70℃,否則可以低到30-40℃,這也可以減少預制保溫管道的熱損失。
建議:供水溫度為120℃,回水溫度為70℃。供水溫度應該按室外溫度進行調節,但至少應必須滿足所有熱力站的熱需求。
3.靜壓
120℃的高溫要求在系統最高點的汽化壓力為100KPa(1bar),系統靜壓由壓力表位置和系統最高點位置的高度差轉化來的KPa值加上汽化壓力100KPa后構成。對本地鍋爐開式膨脹水箱的放置高度可通過類似方法得到。蓄能器則具有閉式膨脹水箱的功能。
建議:系統靜壓值不應超過技術上判定的值。應采用閉式膨脹水箱。
4.預制保溫管道
對工作溫度在100℃以上的系統,當今僅可采用預制保溫管道,它由鋼管、聚氨脂泡沫塑料和高密度聚乙烯外殼構成。這種系統的發展很完善,各種所需尺寸的管道都有,埋設和安裝都安全而又相對簡單,預制保溫管網的熱損失也非常小。
建議:應該采用預制保溫管道。因為它們是壓力容器,應該用X射線檢測管路的所有焊縫。所有系統應該用超過最高工作壓力1.3倍的壓力進行測試。系統應安裝泄漏報警設備。
5.流量
預制保溫管網中的流量是定流量還是變流量運行由與熱交換器連接的方式來決定。運行良好的區域供熱系統意味著較低的回水溫度,而這一點只有通過變流量才能實現。二通閥按實際需要改變流過熱交換器的流量,可以實現較低的回水溫度和變流量。
控制閥
控制閥有二通閥和三通閥,它們依靠錐形閥芯和閥座之間的相對運動來工作。錐形閥芯的形狀隨應用范圍的不同而變化。我們通常將閥芯行程和它所引起的流量變化的關系稱作閥芯特性。為了在散熱器系統中獲得滿意的工作效果,理想情況是一次側控制閥一定的閥芯位置變化將使散熱器散熱量發生相應的變化。為達到這個目標,需要閥芯具有對數特性。其它的閥芯特性還有線性特性,如恒溫閥,和指數特性。
閥權度
閥門的閥權度或壓力權值表明閥門在所處環路中所分擔的壓差份額。在設計合理的環路中,三通閥閥權度為30%,二通閥閥權度為50%或更多。對其他閥門而言,它們所承受的壓差需要計算才能得出,并最好在所能得到的壓力范圍內工作。
二通閥
二通閥只有一個入口和一個出口,閥芯和閥座在二者之間,用于控制流過閥門的流量。
連接
連接的方式決定了其功能。
最簡單的連接方式就是使水泵壓出的水流經閥門,按需要調節閥門改變流量。當水流過用熱設備,如熱交換器后,再返回泵中,這一環路中的流量將是變化的。如果在控制閥之后的供回水管之間連接一個旁通管路使之分為兩個環路,旁通管路之后設置循環泵。當控制閥按照實際需求調節流量時,旁通管路之前的環路將是變流量的,旁通管路之后的環路將保持定流量但變溫度。控制閥設置在供水或回水管上對控制而言都沒有影響,但如果旁通管處在系統的較高位置,則最好將控制閥設置在回水管上,這樣可以減少空氣進入用熱設備的危險。通風設備旁通管路的布置應盡可能靠近散熱器以避免溫度波動。二通閥可以用來在供水環路中保持定流量,但在這種情況下需要在控制閥前裝一旁通管路,而旁通管路的管阻應與控制閥處于設計工況時的阻力一樣大(三通閥閥內已經具有設計合理的旁通)。
設置三通閥或二通閥的旁通管路在主環路上無水泵時將帶來相同的結果。當使用二通時,在需要時可以在旁通路上設置一個預設定閥。當使用二通閥時主環路上不帶水泵且旁通管路上也不設置預設定閥時,旁通管的阻力應與二通閥的阻力相等。
差壓控制
在變流量系統中,控制閥前后的的壓差變化很大,這就意味著按閥門實際可能承擔壓差的最小值選取的控制閥型號在許多時候不得不面臨比設計壓差大得多的壓差。在這種高壓差情況下,閥門顯得過大并容易引起振蕩,振蕩不但會引起不必要的磨損,還會導致過高的回水溫度并對系統的其他閥門產生影響。差壓控制器在變流量系統中也可以用來保持壓力恒定。
構造
差壓控制器包括:
閥體
控制裝置
閥體包括閥芯和閥座。
控制裝置由一個膜盒、一套包括一個彈簧組件和膜片兩側連接脈沖管的接口裝置的組件及脈沖管組成。脈沖管可以內置在閥體中。
功能
差壓控制器可以安裝在系統中需要控制的部分-被控環路的前面或后面。一個脈沖管連接到被控環路的前面并被引入膜片的高壓側,另一個脈沖管連接到被控環路的后面并被引入膜片的低壓側。具有內置脈沖管的差壓控制器可以安裝在被控環路的前面或后面。
流量限制
以大型系統中,可能需要限制相連設備的流量,目的是避免設備之間發生爭流現象。
原理
流量限制的原理是:在某個阻力元件上保持恒壓以控制流量。
解決方案
通過差壓控制器保持阻力元件上壓差恒定。這一阻力元件可以是節流孔板,完全開啟的控制閥或調節閥。也有一種稱之為流量控制器的設備,它實際上是將差壓控制器和調節閥集成在了一起。
建議:預制保溫管網中的流量應該是變化的。二通閥應該用來控制供向熱交換器的熱量。差壓控制器應該安裝在控制閥處,并應同控制閥一起用于控制流量,以使其不超過最大限值。
6.熱交換器
要求回水溫度較低的現代區域供熱系統采用水容量較小的熱交換
器可以取得滿意的工作效果。
板式熱交換器
盤管式熱交換器
盡管熱交換器內水流速度較高,但兩類熱交換器的阻力都相對較小。較高的水流速度是適宜的,因為它可以沖刷掉熱交換器中的污垢。
建議:應采用板式或盤管式熱交換器。
7.水泵
用于區域供熱系統中的循環水泵在系統流量減小時揚程會增大。同時,當管阻隨流量減小以平方關系降低時,克服阻力所需的壓頭大大下降。過高的壓頭不僅導致控制閥產生噪音、控制性能變差和振蕩等問題,同時對水泵的運行也帶來了不必要的電力消耗。當管阻隨流量變化以平方關系變化時,水泵耗電量隨流量變化呈立方關系變化。因此,對水泵進行控制可以節省費用。
水泵揚程控制方式
控制水泵揚程的方式有以下幾種:
末端用戶壓差恒定
水泵揚程恒定
水泵揚程與流量呈比例變化
水泵揚程與管道系統阻力同步變化
末端用戶壓差恒定可以保證所有的熱力站都獲得所需壓力,這樣用熱量(流量)減少時水泵揚程也可隨之減少。此外,在流量趨近于零的時修,整個系統都會處于低壓差下。閥門的資用壓差是在最小流量下確定的,而靠近水泵的閥門將處于最大流量下,它們所承受的壓差也遠遠高于它們的設計值。
電機控制方法
本文所涉及的電機控制方法只有一種:使用變頻器
變頻器首先將交流電變為直流電,然后再將直流電變為此刻所需頻率的交流電。變頻器同標準感應電機一起使用,現有產品的軸功率可以覆蓋1.1KW-200KW。變頻器的效率很高,大約為96%,其安裝和使用也很簡便。
建議:一次側的水泵應該配備變頻器以控制揚程。水泵應該布置在供水管上以保證處在較高位置上的熱力站獲得所需的壓頭。末端用戶上系統最低資用壓差應該保持恒定,控制閥應該按這個最低壓差選取。就控制閥而言,資用壓差變化較大引起的噪音等問題雖然有所減弱,但仍然存在。為使系統良好和安全運行,差壓控制器仍然是需要的。
8、熱計量
熱量表用來在區域供熱網中按用戶的熱量消耗分攤費用,這是一種有效的節能措施。
也可以對整個建筑的耗熱量進行計量,然后按房間面積分攤費用。
原理
熱量表由以下部分組成:
流量計
溫度傳感器
積算器
流量計主要有以下幾種類型:
*機械式流量計(包括旋翼式和螺翼式)
*超聲波流量計
機械式流量計是最老的一種流量計,它包含一個由水流驅動的葉輪裝置。在小流量下,機械式流量計的誤差很大,但在高于設計流量的情況下它卻很靈敏。葉輪的軸和支座都會受到水中雜質的嚴重磨損,因此需要進行常規檢修,對區域供熱網來講,檢修標準為每兩年進行一次。
超聲波流量計沒有任何移動部件,它通過聲波信號在發射器和接收器之間來回傳遞工作。通過分析來回信號的頻率差異可以得出流速大小,再乘以管道截面積就可得到流量。超聲波流量計對水中雜質不敏感并在整個測量范圍內都能得到很好的精度,且其測量范圍也遠遠大于相應機械式流量計的測量范圍。
溫度傳感器應分別安裝在供回水管道上以測量通過設備后水流的溫度降。
在積算器中,溫度降和流量在一個計算器中相乘,其乘積即為所消耗熱量的數值。這一數值可以通過調制解調器或通訊線路從設置在預制保溫管道上的熱量表中讀出。
建議:對集中鍋爐房輸出的供熱量和向不同建筑物傳輸熱量的計量是為了檢查生產和傳輸效率。熱計量使得研究采取不同措施時的效果成為可能,而且,如果有什么地方出錯,它也可以給出一個信號來。
用于以上目的時,超聲波流量計是目前的唯一選擇。
供暖系統
供暖系統是一個綜合概念,它指建筑物中所有與供暖有關的設備,例如熱媒生產設備、熱媒輸送設備和熱媒使用設備。
單管或雙管系統
單管和雙管系統的最大不同是環路不同位置散熱器的供水溫度不同,從而回水溫度也不同。在單管系統中,連接的散熱器的供水溫度較低;而在雙管系統中,如果忽略各散熱器環路的管路熱損失,所有散熱器的供水溫度都是一樣的。單管系統中一個環路的溫降為20-25℃,與雙管系統中一臺散熱器的溫降相同。在有自由熱時,恒溫閥關小,雙管系統中散熱器的回水溫度變低,而單管系統中散熱器的回水溫度將升高。單管系統為定流量而雙管系統為變流量。雙管系統中水泵的揚程控制可以節省水泵運行費用70%-80%,這種費用在單管系統中是無法節省的。
1、單管系統
單管系統中供水溫度的逐漸降低是通過增大散熱器面積來補償的。增大散熱器面積后供水溫度將變得更低。如果供水溫度減小到要求值以下,即用戶所得熱量過小時,就不能通過增加流量來補償了。
單管系統的管路散熱是無法控制的,尤其是未保溫管路的散熱量是相當大的。如果在有跨越管的單管環路中的一個或數個恒溫閥將通往各自散熱器的流量關小,環路中的水流溫度將會升高,管路的散熱量也會增加。由于重力的作用。尤其在高層建筑中,會大大促進環路中的水流循環。單管系統是定流量運行的,因而要對每個環路進行水力平衡調試。
現有單管系統
現有單管系統通常存在如下問題,即每個單管環路之間及同一環路不同房間之間的熱量分配問題。
單管環路之間的熱量分配
如果資用壓力恒定,單管環路間的熱量分配可以通過調節閥門來實現。在高層建筑中,重力作用將導致資用壓力的變化,這與供水溫度有關,因此每個立管環路上都需要流量自動控制器以恰當分配流量。
散熱器散熱量
供給散熱器的熱量是由供水溫度、供回水溫差和流量決定的。
散熱器的散熱量是由房間空氣溫度和散熱器表面溫度的溫差決定的。
如果我們將散熱器的流量從開始增加,在恒定的供水溫度下,散熱器散熱量將急劇增加,在通過散熱器的水溫降達到某個值后,流量即使進一步增加散熱量的增加也很小。
引起以上現象的原因是,當散熱器整個表面溫度大致相同時,散熱量就不能繼續變大了,因為散熱器的散熱量是由散熱器表面溫度和房間空氣溫度之間的溫差決定的,如果這一溫差不再變化,散熱器的散熱量也不會變化。
散熱器流量較小時進出口溫差較大,大流量時則相反。進出口溫差為15-20℃時流量變化才會真正影響到散熱量。
如果希望能控制單管系統散熱器的散熱量的話,其進出口溫差應該要大于15℃。
散熱器的流量分配
應該設置散熱器跨越管,以實現散熱器的流量分配。
散熱器之間水流阻力的不同決定了流量的分配。如果跨越管的阻力大,則流經相應散熱器的流量就大。在單管系統中散熱器和跨越管為并聯連接,各級散熱器和跨越管的阻力相加構成了單管環路的阻力。散熱器環路和跨越管的資用壓差是一樣的,因此二者阻力的不同決定了二者之間流量的比值。這就意味著在散熱器環路流量為30%時,跨越管的阻力應該為散熱器環路阻力的0.3/0.7=0.45。
在流經散熱器的流量為10%時,跨越管的阻力應該為散熱器環路阻力的0.11。
散熱器進出口溫差是如何影響環路供回水溫差的呢?
散熱器進出口溫差對環路供回水溫差沒有影響,但散熱量對環路的供回水溫差有影響。
如果恒溫閥減少了通過散熱器的流量以減少散熱量,將導致散熱器進出口溫差變大,但由于從水中取走的熱量減少,該散熱器后的散熱器環路的供水溫度將有一定程度的提高。
二通或三通閥
單管環路中散熱器的散熱量可以通過改變供向散熱器的流量來控制。在設計室外溫度下的最大熱負荷可以通過調節單管環路供水溫度、調節總流量以及按設計值在各臺散熱器間進行流量分配得到。運行時則通過調節供水溫度以適應當前的室外溫度。而散熱器上的控制閥僅只能調節減少供給散熱器的熱量。
單管系統中的二通閥阻力同跨越管阻力一樣低,可以使相關的恒溫閥和散熱器得到理想的流量分配。一個特制的阻流管件被設置于跨越管中為不同尺寸的閥門提供合適的流量分配。因此散熱器的散熱量是由供水溫度決定的,沒有理由再去改變流量分配。
二通閥價格便宜,安裝方便且不需要任何特殊的設置來保證其正常的工作。
單管系統的三通閥需要對通向各散熱器的流量分配進行調節,環路中全部散熱器的流量分配要相同。在三通閥進行調節后,其功能與二通閥加跨越管的功能是一樣的。三通閥相對較貴,不僅較難找到一種恰當的方法來調節,且在調節后總存在狀態被改變的可能。
建議:在所有的散熱器上安裝高流通能力的與散熱器環路管徑相同的二通恒溫閥。安裝與環路管徑相同的跨越管,在跨越管中設置特制阻流管件以提供對應于恒溫閥的相關阻力。在所有的單管環路上配備流量限制器。
2、雙管系統
雙管系統的所有散熱器都可以采用公稱尺寸和相同的進出口溫差。恒溫閥按流量選用,供水溫度決定了恒溫閥比例帶大小。雙管系統閥門和散熱器的管阻通常比較高,可能高達5kpa,因此重力作用顯得并
不重要。
在雙管系統中供水溫度增高意味著恒溫閥要減少通過散熱器的流量,整個系統和供回水溫差將變大。同時,恒溫閥的比例帶變小,從而導致恒溫閥更有效地工作,換句話說就是導致了節能。
在雙管系統中恒溫閥只要有良好的熱權度就能保持水力平衡,每臺散熱器得到的熱量至少對保持設定溫度是足夠的。如果在24小時或更長的時間內逐漸降低供水溫度,這會使恒溫閥的熱權度小于1.0,在一定時間之后房間溫度將降低,恒溫閥將完全打開。散熱器的流量調節是在保持水力平衡的條件下進行的。
雙管系統優于單管系統,其優點主要在于:
所有散熱器都為同一公稱尺寸
能更好利用自由熱
比例帶按供水溫度設定
回水溫度由供水溫度決定
在有自由熱時回水溫度更低
預設定每臺散熱器的流量
在運行環境變化后更易于調節
帶有揚程控制的循環泵的運行費用大大降低
垂直或水平系統
垂直散熱器系統意味著立管被布置在外墻內側,每層與立管相連的散熱器為一臺或最多為兩臺。這種系統有兩大缺點:一是在各戶間傳播噪音的立管會有許多根,二是在使用單管系統時,每個單管環路上串聯的散熱器臺數有限。垂直系統可以采用單管或雙管系統形式。此外,要對房間中外露的立管保溫比較困難。
水平散熱器系統意味著同一層的幾戶共享一根立管,共享戶數由設計決定。在這種情況下,立管可布置在建筑物中央并保溫以便所有的樓層都可以得到相同的供水溫度。通向散熱器的管道靠墻水平布置或埋入地板中,可以每戶一個系統或幾戶一個系統。
當采用雙管系統時,計量各個住戶散熱器的水流量成為可能,且使每一樓層的所供壓差保持恒定。雙管系統的缺點在于通往散熱器的管路敷設上,沿墻靠天花板或地板水平布置管路都既不美觀又不衛生,沿地板布置在通過門時還會帶來一些問題。將管路布置在地板中要求建造地板分兩步完成,首先鋪設一層承力部門,然后將管路鋪在上面,在管路進行的壓力試驗后再在上面鋪設一層砂漿并抹平。
埋入的管路應該保溫并具有建筑同樣的壽命而無須更換。單管和雙管系統都可以采用這種敷設方法。
中央布置立管和水平布置散熱器管路在新建建筑時有很多優點,當然也可在現有建筑物中使用。其優點有:
立管數量較少
各住戶間無噪音傳遞
各住戶的流量計量成為可能
每個樓層都可差壓控制
小型化的散熱器環路減少了調節量
重力
重力產生的原因是不同溫度下的水具有不同密度,重力作用在高層建筑中和高溫系統中更為明顯。當供水溫度按室外溫度進行控制時,重力作用也會隨供水溫度劇烈變化。
在一個18層的建筑中,供水溫度為95℃供回水溫差為25℃時重力作用為8.4kpa;在50%熱負荷下,供回水溫差為12.5℃,供水溫度為55℃時重力作用為3.1kpa(大概值)。
無論單管或雙管系統、水平或垂直系統重力作用壓頭的影響都是相同的。
對帶恒溫閥的單管系統而言,重力作用將導致單管環路的流量增加,此時恒溫閥會略為關小以保持房間設定溫度,但環路的流量增加了,回水溫度也升高了。解決這個問題的方法就是在每個單管環路上安裝一個流量限制器,然后流量就可以保持不變,不再受供水溫度和溫差變化引起的重力使用的影響。要注意的是由于資用壓差是變化的,靜態調節并不能解決問題。
安裝了散熱器恒溫閥的雙管系統也將自我調節來適應重力作用的影響以維持熱供應,流量大小和回水溫度都保持不變,但恒溫閥所承受的總壓差太高,如超過25kpa的話可能帶來噪音干擾。雙管系統的恒溫閥就其控制功能而言,可以在高達80kpa的壓差下工作。如果在高達建筑物六層的立管下部或每層的每個住戶處安裝靜壓值為10kpa的差壓控制器,則不管重力作用大小都可以保證恒溫閥正常的工作條件。
建議:中央布置立管、采用差壓控制、散熱器環路水平雙管布置不僅能為系統良好運行提供最好的條件,而且為計量和節能提供了最大可能,還能減少采用差壓控制循環泵的運行費用。這一方案還能解決巨大的重力作用和其他壓差變化帶來的問題。
3、恒溫閥或手動閥
散熱器閥門是用來控制散熱器散熱量的。它主要有兩種類型:
手動控制閥
恒溫控制閥
手動控制閥在需要調節冷熱時是通過手動來調節的,而供水溫度必須按室外溫度和相關建筑物條件進行較高精度的調節,供暖系統以外和自由熱將引起過熱和浪費。
手動閥的特性非常陡峭,很難將其調節到需要值,它要不就關閉,要不就全開。
恒溫控制閥稱為恒溫閥
恒溫閥能保持設定溫度,即它能在探測到當前房間的溫度后按目前需求調節供向散熱器的熱量。在系統正確設定后(供水溫度和恒定的壓差值),恒溫閥可以利用自由熱從而避免房間過熱。
恒溫閥由兩部分組成:
閥體
控制裝置(一個內置有溫控制器且可以安裝在閥體上的恒溫元件)
閥體
閥體可分為好幾種,有直形和角形并適配不同管徑。對閥芯產生作用的小軸周圍的密封材料已被制作成了一個整體,在運行過程中很容易更換。
控制裝置
控制裝置的類型也分為幾種,常用的有以下兩種:
內置了恒溫元件和傳感器的控制裝置(內裝式傳感器)
傳感器與控制裝置分離,通過毛細管相互連接
恒溫元件原理
恒溫元件的原理很簡單。一種物質,如液體、蠟或氣體被封閉在一個筒中,當其溫度變化時,體積也會相應改變。這個筒,通常是一個膜盒,將隨之膨脹或收縮,其形狀的變化被傳遞到閥芯上,從而使通向散熱器的流量增加或減小。經驗證明,由氣液兩相物質填充的膜盒在運行中能達到最好的效果和安全性。
恒溫閥是比例控制器,根據恒溫閥的設定溫度和恒溫閥所探測到的實際溫度之差來調節供熱量。如果恒溫閥探測到一個比設定溫度低的溫度,恒溫閥將根據二者之差動作,溫差越大,開啟度越大。
應該將恒溫閥設定在所希望的房間溫度上,此時的供水溫度應至少可使房間達到其設定溫度。
建設:要達到良好的熱舒適及節約用熱,應做到:正確選用恒溫閥型號及控制裝置,使其具有對系統最高溫度和系統正確參數(包括壓力、流量和供水溫度)進行設定的能力。不管是單管系統還是雙管系統,一個精心建造的系統都可節能20%以上。
4、氣候補償
在帶手動控制閥的供暖系統中,顯然供水溫度必須按室外溫度調節以達到近似所需求的房間溫度。
功能
氣候補償器由以下部分組成:
控制裝置
控制電機,控制閥
室外溫度傳感器
供水溫度傳感器
回水溫度傳感器(可選項)
計時裝置(可選項)
中央控制站按室外溫度調節供水溫度,布置在室外建筑物北側的傳感器探測室外溫度并將信息傳回控制站中,控制站已設定有符合當地情況下不同室外溫度下需要供水溫度的曲線,控制站通過供水管中的傳感器將真實值和曲線進行比較,如果二者不相對應,控制電機將改變控制閥中閥芯的位置。
通過一個安裝在回水管中的特殊傳感器,控制站還可防止回水溫度過高。
計時裝置是用來在某一確定時間增加或降低供水溫度的。
為什么氣候補償器是必要的?
由于在單管系統中整個環路的水流在流經管路時都要向房間放熱,即使在熱負荷為零或非常小時也不例外,因此保持供水溫度不致太高很重要。要保持需要的房間溫度,首要的和最主要的是將供水溫度控制在所需的最低溫度上。
同樣的情況也適用于雙管系統,即要保持需要的房間溫度,所有散熱器的供水溫度總是保持在所要求的最低水平上。太高的供水溫度將一方面使得通過房間管路的熱損失增加,這部分熱量在設計時沒有考慮;另一方面盡管恒溫閥已關閉,但仍會使房間溫度過高。
合理供水溫度的設定
能保證最不利位置的房間獲得需要室內溫度的供水溫度是合理的供水溫度,控制站中設定的曲線給出了在不同室外溫度下的所需供水溫度。我們可根據具體(氣候、建筑)情況,改變曲線的截距和斜率,以符合調節要求。
雖然從理論上完全可以計算得到控制站中的設定曲線,但最好是在零下若干度時根據實際需求校正和整理出該曲線。
測量最不利散熱器處的供水溫度、進出口溫差和其所在的房間溫度,看看是否達到了需要的房間溫度和足夠大的進出口溫差。
定時設低供水溫度
短期或長時間內設低供水溫度是為了減少熱消耗。房間溫度降低可以節能,房間溫度設低后重新恢復到正常水平時的耗熱量也不會比有設低溫度而正常運行的系統的耗熱量高。
建筑物蓄積了相當多的熱能,重型建筑的蓄熱能力要高于輕型建筑。蓄熱量的存在意味著當熱供應完全或部分關閉時房間溫度下降到設低值仍需要持續一段時間。如果房間溫度已經下降,這同樣意味著建筑物墻體的溫度下降了,房間溫度要恢復到正常水平之前必須首先補足墻體的蓄熱量。
簡單計算表明,夜間的設低溫度可以節能。我們可以以一個假設沒有熱惰性的建筑物為例,它的房間溫度可以在瞬時由20℃下降到16℃或由16℃上升到20℃。如果該建筑的溫度設低周期為一夜,即8小時,則24平均溫度為:(20×16+16×8%÷24)=18.7℃;24小時的溫度平均下降1.3℃,每下降1℃計算可得節能5%,則共節能5×1.3=6.5%。
在單管系統中,供水溫度的控制和在雙管系統中同樣重要,供水溫度應控制在最低的必需的水準上。控制供水溫度并定期設低將使定流量系統受益。除了散熱器恒溫控制閥在總能量消耗方面的節省,由于供水溫度設低,立管及其它連接管件的熱損失減少,將帶來額外的節能。
建議:氣修補償器在帶恒溫閥的供暖系統中可以使最不利位置的散熱器的熱權度總是保持在1.0以上。
定期設低溫度可以節能,設低時間如果長達數日,將帶來更多的節能效果。在房間溫度已經下降后,應注意在恰當的時間開始回熱過程,在回熱過程中供水溫度應高于根據設定曲線室外溫度應對應的供水溫度。
5、流量
恒溫閥在具有熱權度的情況下使雙管系統變流量運行。氣候補償器的確能根據需求調節供水溫度,但是從人體、電器、烹飪和太陽輻射得到的自由熱是一個不小的量。此外,盡管管道保溫良好,供水溫度從相連接的最近一臺散熱器到最遠一臺散熱器也有一定程度的降低。由于最遠一臺散熱器能得到所需的熱量,這就意味著最近一臺散熱器能得到熱量超過所需熱量。這些熱量都要通過恒溫閥的節流來調節,但不管設定供水溫度怎樣,雖然自由熱會帶來流量變化,恒溫閥都保持房間設定溫度。
差壓控制。
在變流量系統中,不同環路實際壓差的變化很大,這就意味著按最小資用壓差選用的恒溫閥在工作中要被迫面對比其設計壓差大許多倍的壓差。在這些高壓差下,閥門顯得過大,并很容易產生振蕩。振蕩除引起不必要的磨損外,還導致回水溫度升高,并影響系統的其它閥門。差壓控制即使在變流量情況下也可保持壓力為常值。
構造
專門為供暖系統設計的差壓控制器有兩種型號,一種控制壓差為10KPa的常值,一種能在5-25KPa之間調節壓差。
差壓控制器由以下部分構成:
閥體
控制裝置
閥體包括閥芯和閥座。
控制裝置包括一個膜盒,一個帶彈簧部件的設定裝置和一個連接脈沖管的接口,另一個脈沖管內置在閥體中。
功能
差壓控制器可以裝在立管或支管的供水或回水管上以控制立管或支管,即被控環路的的壓差。通常差壓控制器被裝在回水管上。然后一個脈沖管被用來連接供水管和膜片的高壓側,第二根脈沖管集成在了閥體中。
流量限制
雙管系統中的恒溫閥在有熱權度時可以擔負流量控制的工作。如果系統所得到的熱量變得過小時,在差壓控制器保持系統壓差為定值的情況下,可以通過初步的預設定來達到滿意的流量分配。
在常規下,單管系統是定流量的,且各個環路的流量必須分別設置,這些流量在理論上可以通過預設定的調節閥設置。正如前面所說過的,高層建筑中的重力作用很強,并隨供水溫度和供回水溫差而變化。因此手動調節閥在這種情況下無法工作,需要自動流量限制器。
原理
流量限制器的工作原理為:通過保持阻力元件上的壓差為定值來實現流量限制。
供暖系統的流量限制器包括以下部分:
閥體
控制-設置裝置
閥體包括閥芯、閥座和排污閥。
控制-設置裝置包括一個膜盒、一個彈簧部件和一個設置旋紐。
功能
流量限制器裝在回水管上,其內置的膜片將閥芯和閥座間的壓差保持在15KPa的定值上,流量的設定通過改變閥芯和閥座間的阻力來實現,流量限制器還具有關斷功能。
建議:在帶恒溫閥的雙管系統中流量將會變化。在恒溫閥沒有熱權度時預設定的調節是它的唯一功能,如果長時間設低供水溫度時,初步的預設定可以進行流量分配。
對于最高為六層的建筑,應該在立管底部安裝一個具備10KPa預設定壓差的差壓控制器;在更高的建筑中差壓控制器應該安裝在每層的支管上。安裝差壓控制器后每一層立管或每一層散熱器環路的資用壓差不管重力作用如何將總是不變的。
從理論上講,單管系統的流量是不變的,但在高層建筑中,重力作用將使流量隨供水溫度和供回水溫差而變化。因此每個單管環路,不管是垂直的還是水平的,都必須安裝自動流量限制器。
6.靜壓
在最高溫度小于100℃的情況下,不需要考慮汽化壓力的要求,靜壓僅受建筑物/系統的高度影響。
膨脹定壓系統
配備安全閥的閉式膨脹定壓系統需要常規的監測和控制,由于不可能在所有建筑和任何時間都有專業的人員值班,因此它并不適用。
如果開式膨脹定壓系統的制作材料適宜,它所需的監測要少得多,且不需要任何的維護。所有的開式膨脹系統必須與系統中的熱生產設備相連。
循環泵裝在供水管還是回水管上
帶開式膨脹水箱的供熱系統相當于是一個連通管路,循環泵的位置,是裝在供水管上還是回水管上,是非常重要的。
開式膨脹水箱有兩個功能:
補償由于溫度變化引起的系統水容積變化
不管泵運行與否,保證系統所有部分都充滿水
如果循環泵設置在回水管上,全壓,即靜壓與動壓之和(該壓力可以從水壓表上讀出),將在膨脹管與系統的連接處升高。膨脹水箱目前所提供的總壓力pE劃可以計算得出。從泵壓出口水壓表讀出的壓力值p1減去管道阻力、設備阻力以及連接處與水泵間的高差后,即為pE。pE換算為水柱將等于連接處與膨脹管最高點,即膨脹水箱底部間的高度差。經驗證明,靜壓應該等于系統的最高點高度加水泵揚程轉化為水柱高度的65%,膨脹水箱底部應處于這一高度。
如果水泵設置在供水管上,則當水泵運行時在膨脹管起始端的全壓,即膨脹管中的水位高度將降低。
但是,即使在水泵停止運行時整個系統也應充水以防腐蝕,所以膨脹水箱底部應該放在比系統最高點高大約0.5-1米的位置。
建議:水泵應該設置在供水管上,開式膨脹水箱應該放在暖和的地方,其底部應比系統最高點高0.5-1米。
7.水泵
水泵的揚程控制
供熱系統當流量減少時,其循環泵揚程將增高,而另一方面,由于管阻與流量的平方成比例變化,流量越小所需壓力越小。過高的壓差不僅使恒溫閥產生噪音、控制特性惡化和振蕩等問題,同時會導致運行泵的不必要的電力消耗。當管阻隨流量平方變化時,耗電量與流量的三次方成比例變化。因此,應采取措施節省費用。
揚程控制方法
控制水泵揚程的方法有以下幾種:
水泵定揚程控制
末端用戶定差壓控制
水泵揚程與流量比例變化
水泵揚程與管路系統管阻同步變化
水泵定揚程控制在流量減小時會使系統出現過高的壓差,在系統流量接近于零時整個系統的壓差將相同。閥門和支路的設計壓差是按最大流量確定的,在流量減小時,系統壓差的增幅遠遠超過預期值,閥門和支路也承受了比設計值高得多的壓差。
末端用戶定差壓控制在流量變小時為系統提供較小的壓差,在流量接近為零時,整個系統都處于低壓差下。閥門和支路的設計壓差是按其最大流量確定的,在最大流量下,靠近水泵的閥門和支路將承受比設計值高得多的壓差。
水泵揚程與流量比例變化意味著水泵出口的揚程在最小流量(零)時將減小到最大流量時的一半。閥門和支路的設計壓差是按其最小流量確定的。在最大流量下,靠近水泵的閥門和支路將承受比設計壓差高得多的壓差。
水泵揚程與管路系統管阻同步變化意味著水泵的性能曲線將隨系統曲線同步變化,但水泵揚程最多下降到最大流量時的一半。閥門和支路的設計壓差是按最小流量確定的。在最大流量下,靠近水泵的閥門和支路將承受比設計壓差高得多的壓差。
電機控制方法
循環泵電機的控制有不同方法:
變頻控制器是最靈活的控制方法
變頻控制器同標準感應電機配合使用,其軸功率可以覆蓋1.1-200KW。變頻控制器的效率較高,可達95%,安裝和使用也很簡單。
建議:在大型系統中應該使用水泵的揚程控制,末端支路的定差壓控制為最大限度節省水泵運行費用提供了最好機會。壓力傳感器布置在末端支路,并設定在所需壓力的最小值上。立管的阻力等于恒溫閥與散熱器的阻力、立管管路阻力及差壓控制器的阻力之和,對Danfoss的ASV-P或PV型差壓控制器來說,其阻力為8KPa。旁通管處的最低所需壓差值等于控制閥、差壓控制閥及壓力傳感器和旁通管間的管路(如果有的話)的阻力之和。變頻控制器控制標準感應電機。考慮到立管和支管的資用壓差變動較大引起的問題雖然有所減弱但仍然存在,要使系統良好并安全地運行,差壓控制仍然是需要的。
8.熱計量
對每個住戶進行熱計量意味著個人對熱費用負有更大的責任,但計量并不能太精確。居住在建筑物中央的住戶可以在完全關掉供熱設備的情況下房間溫度并不比鄰居低多少;而居住在有山墻的房間或建筑物最頂層的住戶在相同居住面積的情況下將要付出高得多的費用。
當然可以從理論熱負荷的基礎上方便地計算出具有山墻和/或屋頂表面的住戶與沒有這些維護結構的住戶間的折算系數。
戶式流量計量
如果建筑物有良好保溫、立管中央布置、每一住戶采用雙管散熱器環路,可以采用流量計來計量每個住戶的熱消耗量,考慮到維護和精度最好采用超聲波流量計。流量計可放在樓梯井中,很容易抄表。流量計還可以配備遠程控制來計量,計量時應該對有山墻的住戶或屋頂住戶的耗熱量進行修正。
每臺散熱器的散熱量計量
安裝在每臺散熱器上并通過蒸發量來計量熱量消耗的熱量表看起來是一種簡單的方案,即使對現有建筑也是如此。但對垂直單管系統而言,管路的散熱量很大,因此不能用這種方法計量。
建議:每戶安裝一臺流量計是計量熱消費最有效和最安全的方法。這種方法的實施需要應用雙管系統、每戶一個獨立環路和每戶供水溫度相同。
同樣,生活熱水的消耗也應該逐戶計量,安裝在樓梯井中的流量計仍然是最好的解決方案。








