CN101846355A - 基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法，将回水管线通过总热网循环泵连接锅炉进口端，用供水管线连接锅炉出口端，总供暖管网的回水管线通过一级动态平衡机组回水过流器、总热网循环泵与锅炉进口端连接，将供水管线通过一级动态平衡机组进水过流器、总进水循环泵连通换热器输入端进水口，再将总供暖管网回水管线通过总级平衡阀连通换热器输入端出水口；换热器输出端出水口、输出端进水口分别连接分供暖管路的供水管线、回水管线，将输出端循环泵串通在分供暖管路回水管线上，用户供暖管网出口端通过二级动态平衡机组回水过流器、次级平衡阀连接分供暖管网回水管线，分供暖管网进水管线通过二级动态平衡机组进水过流器、输入端循环泵连接用户供暖管网进口端。本发明可使热网干管流量减小，减小干管设计管径，节约热网建设成本。

Description

基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法

技术领域

本发明涉及在现有供暖管网系统中布置动态平衡机组的方法，特别是基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法。

背景技术

传统的供暖系统中，习惯于在换热站(换热器)处设置二次循环水泵，其功能既是换热站(换热器)热网循环水泵又是二次热网循环水泵。在循环水泵的设计选型时，循环流量等于系统设计流量，扬程等于热源阻力损失、热网阻力损失和最末端热用户的资用压头之和，常常为了消除冷热不均的现象，循环水泵的选型以大流量运行方式工作，还要给出相当大的富余流量，这无疑是人为地加大了系统的热媒输送电量，又人为地用各种调节手段把多余的电能损耗掉了，以上是传统布置方法的主要弊端。但在目前，推行热计量的同时，与之匹配的热网新技术方法应用并未得到相应的重视；新建建筑的热网，仍按定流量原理设计、施工，用户的随时调节行为将引起整个热网的波动，造成热力、水力系统失调，从而影响建筑的供暖质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法，该方法可使热网干管流量减小，减小干管设计管径，节约热网建设成本。

本发明的目的是这样实现的：一种基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法，包括动态平衡机组，将总供暖管网的回水管线通过总热网循环泵连接锅炉的进口端，用总供暖管网的供水管线连接锅炉的出口端，使总供暖管网的回水管线通过一级动态平衡机组的回水过流器、总热网循环泵与锅炉的进口端连接，而将供水管线通过一级动态平衡机组的进水过流器、总进水循环泵连通换热器输入端进水口，再将总供暖管网的回水管线通过总级平衡阀连通换热器输入端出水口；将每个二级动态平衡机组安装连通在分供暖管路上，换热器输出端出水口、输出端进水口分别连接每一分供暖管路的供水管线、回水管线，将输出端循环泵串通在每一分供暖管路的回水管线上，用户供暖管网的出口端通过二级动态平衡机组的回水过流器、次级平衡阀连接每一分供暖管网的回水管线，每一分供暖管网的进水管线通过二级动态平衡机组的进水过流器、输入端循环泵连接用户供暖管网的进口端。

动态平衡机组在供热系统中可以起到自主调节管网流量、稳定系统压力的作用，使水流量合理匹配，非常适合应用在集中供热分户计量系统中。由于“动态平衡机组”所起的作用，对于离热源较近的热用户，不用通过调节其阀门的开度来解决供热系统的水平失调问题，节省了因调节阀带来的能量损失，可使热网循环泵的运行总能耗降低。在分户计量供热系统中，用户使用温控阀调节室温、流量不是固定的，二级管网的流量为动态的变流量运行。由于动态平衡机组在供暖系统中可以对流量和压力起到调节作用，因此，动态平衡机组在分户计量供热系统中可以有效、明显改善水力稳定性。

应用本发明的布置方法可将传统的二次循环泵供暖系统改为三次泵供暖系统(二次/三次循环)。当供热规模较大时，循环泵可分设几级，由热网循环水泵承担热网水循环的功能，其目的可以降低热网循环泵的设计扬程和设计流量，进而减少多级热网循环水泵的总电功率，尽量加大供热系统的设计供回水温差，可减少系统设计循环水量，在热网比摩阻不变的情况下，可以明显降低循环水泵的设计流量和设计扬程。另外，热网循环泵不再承担提供最末端用户的资用压头，则热网循环泵的设计扬程可进一步降低，这样，热源循环泵、热网循环泵和热网加压泵的电功率能更进一步的下降。热用户主动调节的节能行为，将彻底改变传统热网运行的性质，即：定流量原理改变为变流量原理，以便满足用户不同的供暖需求。应用本发明的布置方法可使热网干管流量减小，即可减小干管设计管径，以节约热网建设成本。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明布置方法连接的示意图；

图2为本发明结合温度传感器、变频器在户供暖管网中应用的具体布置连接示意图；

图3为本发明提高热效率、优化热媒分配流量的变频控制程序执行的工作原理流程框图。

具体实施方式

一种基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法，如图1所示，包括动态平衡机组，将总供暖管网的回水管线8通过总热网循环泵14连接锅炉13的进口端，用总供暖管网的供水管线7连接锅炉13的出口端，使总供暖管网的回水管线8通过一级动态平衡机组12的回水过流器、总热网循环泵14与锅炉13的进口端连接，而将供水管线7通过一级动态平衡机组12的进水过流器、总进水循环泵11连通换热器5输入端进水口，再将总供暖管网的回水管线8通过总级平衡阀9连通换热器5输入端出水口；将每个二级动态平衡机组2安装连通在分供暖管路上，换热器5输出端出水口、输出端进水口分别连接每一分供暖管路的供水管线、回水管线，将输出端循环泵6串通在每一分供暖管路的回水管线上，用户供暖管网1的出口端通过二级动态平衡机组的回水过流器2、次级平衡阀3连接每一分供暖管网的回水管线，每一分供暖管网的进水管线通过二级动态平衡机组2的进水过流器、输入端循环泵4连接用户供暖管网1的进口端。

所用的总级平衡阀9为手动平衡阀、自力式平衡阀或者数字锁定平衡阀或角式平衡阀等具有稳定调节流量的设备；所用的次级平衡阀3为手动平衡阀、自力式平衡阀或者数字锁定平衡阀或角式平衡阀等具有稳定调节流量的设备。

如图2所示，在与用户供暖管网1的进口端和出口端分别连接的进水管线和出水管线上分别安装进口端温度传感器18和出口端温度传感器19，在室外设置另一室外温度传感器15，位于用户供暖管网1进口端的温度传感器18、出口端温度传感器19及室外温度传感器15分别用线配合连接可编程控制器16，该可编程控制器16通过控制线路连接变频器17，再将变频器17通过线缆连接输入端循环泵4。

采暖时，实际所获得的热量为供暖温差对时间和流量的积分，室外温度高低直接影响到维持室温所需的耗热量，即室外温度越低，耗热量越大，反之越小。根据供暖的实际情况，一个采暖季中需要满负荷供暖的时间通常≤15天，为调节热用户的供热量，本发明通过采集室外温度、二次供水温度和二次回水温度进行比较，依照满足热用户采暖需求的标准，在可编程控制器中设置与不同室外温度对应的二次供水温度和二次供回水温差，通过用变频器控制电动泵的转速来达到设计指标，尤其是在分户热计量的动态供暖系统中，可保证用户供暖质量并且减少能耗的有效途径。根据温度采集时刻的室外温度情况下的二次供回水温度及温差，通过温度计(温度传感器)处理放大变换信号进行逻辑运算，输出相应的控制信号，控制信号作用在变频器上，产生相应的频率变化。同时，供水热网循环泵的流量也发生相应的变化，供热量也随着变化，当变化到控制目的时，停止加速，稳定运行。采用实时监控，以跟随进出口温差，应对各种因素所造成的温差变化，实时快速准确地作出响应，控制供水热网循环泵的变频加减速运行，满足供暖需求，减少供暖耗能。所采用的编程控制器为双检测控制器，其控制稳定性好，抗干扰能力强，控制精度高，而且程序可以根据客户的需求随时作相应的更改。但上述分析的方案仅是程序框架，数据参数仅为实验数据参数而非实际控制参数，到现场时可以根据现场的实际情况和客户的具体要求编出具体程序参数，以满足最优控制方案。

如图3所示的工作原理流程图，本实用新型将二次供、回水和室外温度计(温度传感器)测得的温度信号传输至可编程控制器(PLC)，经过可编程控制器中的程序运算、比较后，给变频器发出指令，变频器再通过变频来调节(供水热网)循环泵的转速。随着室外气温变化，通过控制(供水热网)循环泵转速来调节二次侧供水温度和供回水温差，达到调节供热质量的目的。室外温度降低时，加快供水热网循环泵转速，目的是通过提高二次侧流量，来增加室内散热系统的散热量。反之，当室外温度升高时，减慢(供水热网)循环泵转速，目的则是通过降低二次侧流量，来减少室内散热系统的散热量。程序中还设定有以下诸多功能(但不仅限于下述功能)：①同一管路系统中存在两台以上<包括两台>供水热网循环泵时，以两台供水热网循环泵为例：当一台供水热网循环泵因故障停止运行时，另一台供水热网循环泵自动启动运行；②可编程控制器控制参数发生短时间大幅漂移时，延时采用控制参数，以防做出误判断；③设置回水温度下限，保证供暖安全；④在地板低温辐射采暖系统中，设置供水温度上限，以保证供水温度在地暖管材要求的温度上限以内；⑤设备故障时，声、光或远程方式报警，本实用新型掉电又重新供电后，可以自动启动等。

所用的总级平衡阀为手动平衡阀、自力式平衡阀或者数字锁定平衡阀或角式平衡阀；所述的次级平衡阀为手动平衡阀、自力式平衡阀或者数字锁定平衡阀或角式平衡阀。

在每一个热用户入口应用本布置方法，其作用有以下两点：①将热的生产、输配、使用三个环节分割开来，提供各环路所需的资用压头，对于近、中端的热用户可避免用调节阀节流多余的资用压头，防止这部分电能的浪费；②保持所连接环路的独立循环，各热网环路和用户环路流量的改变，不影响其它环路流量的变化，实现二次/三次循环，可以根据需要(例如负荷，热力平衡)调节流量，实现动态变流量运行，以满足热用户随负荷调节的要求。在不同气候状况下，可以根据需要调节流量，实现气候补偿功能，进一步减少热能浪费。在一个热水集中供暖系统中，处于热网最不利环路(通常为末端)的用户会因为资用压头不足，造成供热质量不佳。以往通过提高热源供热质量来解决，但这会导致热源运行成本过度增加；或通过增加换热站循环泵的扬程、功率来解决，这也会增大运行电耗；或在最不利环路安装循环泵，这会导致该系统内其它热用户循环不利。

动态平衡机组在楼栋热力入口处的管网布置方法，主要采用单管多流束动态平衡调节装置、多种通用配套设备(诸如蝶阀、平衡阀、止回阀、软接等)、水泵以及可选择的基于PLC开发的可编程控制器、温度传感器等组成，即本布置方法中所采用的具体部件如下所述：1、动态平衡机组-单管多流束动态平衡调节装置(专利号：ZL200820103873.5)-《FD动态平衡单管多流束调节罐》企业标准(Q/XFD001-2008)；2、截止类阀门(含蝶阀、闸阀、柱塞阀、止回阀等，用于设备检修，不影响供暖系统运行)；3、平衡阀(含数字锁定平衡阀、自立式平衡阀、角式平衡阀等其他有截止功能的阀门)；4、热网循环泵(符合管网工况要求并可进行变频调节，可以是一台，亦可以是多台。用于三次系统热水循环)；5、软接；(符合管网工况要求的金属或橡胶软质连接管)6、除污器(即过滤器，用于过滤管网中的杂质，不影响供暖系统运行)；7、水泵；(符合管网工况要求并可进行变频调节)；8、变频器；(通用型的，其功率与其控制的水泵功率一致或接近)；9、PLC可编程控制器；11、基于PLC开发的控制软件系统；12、压力表(含远传压力表或压力变送器)；12、温度传感器(包括进口端温度传感器、出口端温度传感器及室外温度传感器，含热电偶、电阻等，也可含温度变送器)；13、止回阀/单流阀(在两台以上<包括两台>热网循环泵之间串接连通在同一管路上时，必须安装止回阀/单流阀，用于防止短路)；14、管口连接件(可选耐高温橡胶软接、金属类软接等，用于削弱水泵运行带来的震动和噪音，不影响供暖系统运行)；15、压力表(选择量程适当的型号，用于显示二次侧与三次侧压力变化)；16、PLC编程控制器(用于编辑控制程序)；17、变频控制器(功率、参数型号依据热网循环泵选定，用于控制热网循环泵)；18、相关电路控制元件(包含但不仅限于空气开关、热继电保护器、接线端子、保险、磁性接触器、线材等，用于保障控制系统连接、运行)；18、显示仪表(用于显示温度传感器所测得温度值)。

①在一个热水集中供暖系统中末端楼栋(户供暖管网1)热力接口处安装“动态平衡机组”可有效提高末端楼栋供热质量，在安装过程中和安装后，对该楼栋进行流量调节均不会导致系统中其他楼栋的流量、压力变化，前提条件是不可降低换热站原设计水泵的流量、扬程参数，不可减小系统管径，因安装动态平衡机组会造成电耗略增。

②在一个热水集中供暖系统中的部分楼栋(户供暖管网1)热力接口处安装动态平衡机组可有效提高安装“动态平衡机组”的楼栋供热质量，在安装过程中和安装后，对这些楼栋进行流量调节均不会导致系统中其他楼栋的流量、压力变化，但可以根据安装“动态平衡机组”的楼栋面积占总供热负荷面积的比例，经过计算适当降低换热站原设计水泵的流量、扬程参数；可适当减小二次干管管径。

③在一个热水集中供暖系统中的全部楼栋(户供暖管网1)热力入口处安装动态平衡机组可实现该供暖系统动态平衡随负荷调节，对任何楼栋进行流量调节均不会导致系统中其他楼栋的流量、压力变化。可按照二次干管输送热媒所需的流量和资用压头计算换热站水泵的流量、扬程参数，可全面减小二次干管管径，安装动态平衡机组后降低了系统整体电耗和热耗。

在热水集中供暖系统中，通过本发明的布置方法的实施应用，可以增大二次网干管供回水温差、减小其流量，以提高二次网运行效率，使热网循环水泵电耗降低50％以上。因二次网干管所需负载的流量减小，所以可将二次网干管管径缩小，以节约管网建设投资。

本发明的布置方法既可以应用在一种分布式热水集中供暖系统中，也可以应用在传统布置的热水集中供暖系统中，尤其适用于分户热计量供暖系统。将本方法应用于热水集中供暖系统的热网干管与用户的连接处，形成二次/三次循环回路，其环路之间的流量调节互不影响，实现了变流量运行。可随用户调节的负荷变化进行动态平衡调节。本发明的布置方法亦可有效改善因资用压头不足造成的建筑物内热网循环不利的问题，可显著提高对热网末端的供热效果。

Claims (3)

1.一种基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法，包括动态平衡机组，将总供暖管网的回水管线(8)通过总热网循环泵(14)连接锅炉(13)的进口端，用总供暖管网的供水管线(7)连接锅炉(13)的出口端，其特征在于：使总供暖管网的回水管线(8)通过一级动态平衡机组(12)的回水过流器、总热网循环泵(14)与锅炉(13)的进口端连接，而将供水管线(7)通过一级动态平衡机组(12)的进水过流器、总进水循环泵(11)连通换热器(5)输入端进水口，再将总供暖管网的回水管线(8)通过总级平衡阀(9)连通换热器(5)输入端出水口；换热器(5)输出端出水口、输出端进水口分别连接每一分供暖管路的供水管线、回水管线，将输出端循环泵(6)串通在每一分供暖管路的回水管线上，用户供暖管网(1)的出口端通过二级动态平衡机组的回水过流器(2)、次级平衡阀(3)连接每一分供暖管网的回水管线，每一分供暖管网的进水管线通过二级动态平衡机组(2)的进水过流器、输入端循环泵(4)连接用户供暖管网(1)的进口端。

2.根据权利要求1所述的基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法，其特征是：所用的总级平衡阀(9)为手动平衡阀、自力式平衡阀或者数字锁定平衡阀或角式平衡阀；所用的次级平衡阀(3)为手动平衡阀、自力式平衡阀或者数字锁定平衡阀或角式平衡阀。

3.根据权利要求1所述的基于热水供暖系统中动态平衡机组技术的布置方法，其特征是：在与用户供暖管网(1)的进口端和出口端分别连接的进水管线和出水管线上分别安装进口端温度传感器(18)和出口端温度传感器(19)，在室外设置另一室外温度传感器(15)，位于用户供暖管网(1)进口端的温度传感器(18)、出口端温度传感器(19)及室外温度传感器(15)分别用线配合连接可编程控制器(16)，该可编程控制器(16)通过控制线路连接变频器(17)，再将变频器(17)通过线缆连接输入端循环泵(4)。

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