CN105180247A - 一种蓄热调峰的集中供热系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄热调峰的集中供热系统，包括热力网(1)、末端系统(2)，其特征在于：末端系统(2)中包括蓄热/换热模块(3)、热网侧换热器(4)、内侧换热器(5)、内部循环泵(6)、内部散热系统(7)；是一种利用分布式蓄热的手段，增强末端的自适应性能、简化控制流程，实现高效、低成本运行的集中供热系统和方法。

Description

一种蓄热调峰的集中供热系统和方法

技术领域

本发明涉及一种利用分布式蓄热的手段，增强末端的自适应性能、简化控制流程，实现高效、低成本运行的集中供热系统和方法。属于集中供热系统设计和控制的技术领域。

背景技术

随着中国供热计量改革的不断开展，供热系统的系统结构发生了很大的变化。为适应这种结构变化，对于系统的调控能力和自动化程度都提出了很高的要求。

供热计量改革的一个主要目标就是节能，在这样的大前提下，对集中供热系统的而言，就是要实现两点：热源“按需供热”、热用户“按需用热”。

按需供热，简单说就是热源根据实际的用热需求供给热量，同时各级热网都尽可能采取“大温差、小流量”的运行模式。这样供热系统的运行能耗就会得到较好的控制。

按需用热，换言之就是要“热尽其用”，其最终目的在于降低系统总热负荷。按需用热主要体现在以下两个方面：

1．消除“过热户”，在保证系统中各终端用户的舒适性的同时降低实际的总热负荷；

2．通过“行为节能”，即尽可能减少对于无用热需求的时段和区域的供热，“行为节能”的可行性与供热计量的成败有密切的关系。

现有的集中供热系统也经历了从恒流量系统到变流量系统的转变。随着供热计量改革的不断开展，以变流量系统为基础产生了很多节能运行方法和措施。（详见参考资料1中的平衡调节方法分类表）

但实际上，集中供热系统是一个具有很大惯性的系统，而“行为节能”却对系统的灵活性提出了很高的要求。现有的集中供热系统对于“行为节能”的支持是比较有限的，当末端人为调节的幅度变大时，系统的运行成本并不能同步降低。如参考资料2中的“管网负荷日线图”所述，负荷形态呈驼峰状，并可以看出分户计量后的峰谷波动幅度明显大于分户计量前。

由于“水泵功率与水泵流量的立方成正比”，在变流量系统中热量输配系统的消耗相对偏高。

例如，以恒定的流量输送热能，输送热量Q对应消耗循环泵电量E；

如果，一半时间负荷为平均负荷的1.5倍，另一半时间负荷为平均负荷的0.5倍，

此时，采用变流量系统输送热能，则输送热量Q对应消耗循环泵电能比例为

(0.5³)/2+(1.5³)/2=1.75倍,即需要多消耗75%的电能；

如果，一半时间负荷为平均负荷的1.3倍，另一半时间负荷为平均负荷的0.7倍，

此时，采用变流量系统输送热能，则输送热量Q对应消耗循环泵电能为

(0.7³)/2+(1.3³)/2=1.27倍,即需要多消耗27%的电能；

以上仅是标准工况下电能的消耗，变流量系统或多或少会造成系统的水力失调或热力失调。因为各个节点的回水温度会随着末端负荷的波动而产生变化，导致实际的运行效率偏低。

当平均进回水温差比预设的进回水温差缩小10%的时候（按进回水温差20度计算，进回水温差偏差10%则为18度），则输配系统实际消耗的电能比例为1.1³=1.331倍,即需要多消耗33.1%的电能；

当平均进回水温差比预设的进回水温差缩小20%的时候（按进回水温差20度计算，进回水温差偏差20%则为16度），则输配系统实际消耗的电能比例为(1.2³)=1.728,即需要多消耗72.8%的电能。

实际系统运行过程中，进回水温差的偏差经常超过20%甚至更多,因此水力失调或热力失调导致的输配系统能耗上升是很严重的。虽然有一些手段可以降低系统的水力失调或热力失调，但这些方法都会增加系统的复杂度、并且调节效果也并非十分理想。

现有的集中供热系统的主要问题：

1、现有系统中，从热力网到末端形成联动的循环，互相干扰、调节困难。

2、采用热计量收费后，“行为节能”导致末端负荷的波动性增大，热网反应能力滞后、热力输配成本偏高；

3、如采用通断时间面积法，难以实现分室控温、并且当用户私自改装末端散热器时，既影响系统的稳定性也影响计量的公平性；（详见参考资料4）

4、末端存在偷水、漏水现象，严重影响系统的稳定运行，且增加运行成本。

参考资料：

1．供热系统平衡性调节分析高向升张子君宋立轩区域供热2012.6期

2．论供热计量的推广与供热管网运行许维波区域供热2011.6期

3．通断时间面积法的应用状况和应用中的主要问题刘兰斌、江亿、付林

区域供热2013.3期

4．大发展中的新挑战—关于热量表企业当前发展形势和问题王树铎热计量2013.4期。

发明内容

为解决现有的集中供热系统的问题，本发明的技术方案是，通过在热力网分支节点处设置分布式蓄热/换热模块3、将热力网1水循环与末端系统2的水循环隔离，不仅增强了末端系统的自适应能力，也使得热力网1的运行更加稳定可靠。

包括热力网1、末端系统2，其中：末端系统2中包括蓄热/换热模块3、热网侧换热器4、内侧换热器5、内部循环泵6、内部散热系统7；

热网侧换热器4通过管路连接热力网1，通过热力网1为蓄热/换热模块3补充热能；

内侧换热器5通过管路连接内部散热系统7，通过内部循环泵6将蓄热/换热模块3中储存的热能输送给内部散热系统7；

蓄热/换热模块(3)中包含蓄能体，热网侧换热器4、内侧换热器5都设置在蓄热/换热模块3之中，并通过蓄热/换热模块3进行热交换，两者相互独立、使得热力网1水循环与末端系统2水循环隔离；

末端系统2中设有补水模块8；

内部散热系统7可以是串联系统或并联系统，可以自由选择散热器、辐射供暖或风机盘管；

在热力网1与末端系统2之间设置智能通断控制阀9进行控制；

蓄热/换热模块3中包含蓄能体，蓄能体可以是相变蓄热材料、显热蓄热材料或两者的组合。

本发明的集中供热系统控制方法为：

1、热力网1采用阶段性的恒流量输配模式，根据本阶段内平均负荷确定运行流量；

所述的分阶段的时间周期一般为天，实现最优化的按需供热；对于昼夜温差较大，或者供热负荷波动性较大的情况，最多将一天划分为不超过4个阶段。

2、热力网1输送的热量通过蓄热/换热模块3传入末端系统2，通过蓄热/换热模块3将热力网1水循环与末端系统2水循环隔离；在末端低谷负荷时段，所获得的热量一部分应用于内部散热系统7，同时将富余的热量储存于蓄热/换热模块3的蓄能体中；在末端高峰负荷时段，将热力网1实时输送的热量与蓄能体中储存的热量共同应用于内部散热系统7；

此时，只要末端系统2中的蓄能体具有足够的蓄能量，就可以实现移峰填谷；一般设定为储存满足末端系统按设计负荷运行30-60分钟的热量即可。

3、热力网控制系统通过网络与末端系统2联接，包括以下功能：

末端用户可以预先设定的自己的采暖需求，一方面末端系统2可以根据预设需求实现自动调节、热力网控制系统则可以根据各用户的预设需求估算未来的总需求变化曲线；

热力网控制系统可以对末端系统2和蓄热/换热模块3的运行数据进行实时监控，并根据汇总数据对各末端系统2内的智能通断控制阀9进行统一调节；

在采暖季中的不同阶段，热力网1运行的最佳供回水温度会有所不同，因此末端的设定也应按不同阶段进行同步调整；应由热力网控制系统对末端系统2设定当前阶段的回水温度值，末端系统2则根据实时的回水温度设定运行，由蓄热/换热模块3对该节点处的热力网1的回水温度进行调节控制、做到“热尽其用”。

4、在部分负荷状态下，热力网控制系统可以通过各个末端系统2内的智能通断控制阀9，采取智能错时通断调节，使得各个末端在错开的时间段内有序的从热力网1获取热量，既保证通过各末端流量的稳定、也保证热力网1的水力均匀性。

智能错时通断调节，与一般意义上的通断调节是不同的，智能错时通断调节是一种统筹调节，不会造成系统流量的剧烈波动，而且对于末端系统只有两种状态即“通”对应额定流量状态、“断”对应无流量状态。对照参考资料3中所述的智能错时通断调节的方法，该方法应用于现有系统时会出现“错不开”的现象，而本系统中，由于蓄热/换热模块3可以起到缓冲作用，从而可以防止出现“错不开”的现象，因此系统的稳定性更好。

另外，当智能通断控制阀9断开时，内部循环泵6仍然可以持续运转，因此内部散热系统7不会受到智能通断控制阀9断开的影响。

5、热力网1采用阶段性的恒流量输配模式时，也可以根据实际情况做临时性的局部微调，微调幅度一般为平均负荷的10%以内，可以采取质调节、量调节或者质/量并调。

本发明的有益效果是：

1、高效率的恒流量运行模式对供热系统具有重大意义；

2、热力网采用阶段性的恒流量输配模式，热力输配成本低；

3、热力网循环与末端循环相互独立，互不干扰、调节容易；

4、分布式蓄热/换热模块3可以消除因为“行为节能”导致的末端负荷的剧烈波动，实现移峰填谷，有利于实现和推进“行为节能”；

5、可以对采用通断时间面积法的系统进行升级，不仅可以实现分室控温、并且用户可以自行选择末端采暖设施，既不影响系统的稳定性也不影响计量的公平性；

6、由于热力网循环与末端循环相互独立，可以杜绝末端用户偷水的现象，对于漏水点也比较容易判断。

附图说明

附图1：本发明的系统结构图

附图2：楼栋内分户蓄热调峰系统结构图

附图3：楼栋整体蓄热调峰系统结构图。

具体实施方式

实施例1：

对于分户成环水平系统，每个用户即为独立的分支线路，目前通常采用“通断时间面积法”系统。如图2所示，可以对此类系统进行升级改造，在每个用户的热入口处安装本发明的蓄热调峰末端系统。

此时，各终端用户可以独立控制，内侧换热器5的接口对终端用户开放，各终端用户可以对内部散热系统7进行自由选择，如散热器、辐射供暖或风机盘管，均可以很好的与蓄热/换热模块3相匹配。

经过改造后，热力网1接入各用户的管线距离很短，可以采取封装手段防止用户对该部分的破坏，从而杜绝偷水的行为。

实施例2：

对于单管垂直串流系统、多为既有住宅建筑或公共建筑。此类建筑宜采用楼栋整体蓄热调峰系统，即将整个楼栋做为一个末端系统（如图3所示）。在楼栋的热入口处安装本发明的蓄热调峰末端系统，对整个楼栋进行统一控制管理。

此时，可以以楼栋为单位，自由选择不同类型的末端系统，如散热器、辐射供暖或风机盘管，均可以很好的与蓄热/换热模块3相匹配。而蓄热/换热模块3的蓄热能力也应根据楼栋的整体热负荷进行配备。

并且，仍可以对各个末端进行采暖需求预设，通过网络收集各个末端的设定后、发送给热力网控制系统，有利于热力网的统筹调度。

在热力网1中，多种建筑类型并存，因此系统的连接形式是实施例1与实施例2并存，而这样的混合连接形式不会影响本发明的应用效果。当热力网的各个节点上都设有智能通断控制阀9时，热力网控制系统即可实现全网范围内的智能错时通断调节，以达到最优化的运行效果。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种蓄热调峰的集中供热系统，包括热力网(1)、末端系统(2)，其特征在于：末端系统(2)中包括蓄热/换热模块(3)、热网侧换热器(4)、内侧换热器(5)、内部循环泵(6)、内部散热系统(7)；其中：

热网侧换热器(4)通过管路连接热力网(1)，通过热力网(1)为蓄热/换热模块(3)补充热能；

内侧换热器(5)通过管路连接内部散热系统(7)，通过内部循环泵(6)将蓄热/换热模块(3)中储存的热能输送给内部散热系统(7)；

蓄热/换热模块(3)中包含蓄能体，热网侧换热器(4)、内侧换热器(5)都设置在蓄热/换热模块(3)之中，并通过蓄热/换热模块(3)进行热交换，两者相互独立、使得热力网(1)水循环与末端系统(2)水循环隔离；

在热力网(1)与末端系统(2)之间设置智能通断控制阀(9)进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热调峰的集中供热系统，其特征在于：末端系统(2)中设有补水模块(8)。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热调峰的集中供热系统，其特征在于：内部散热系统(7)可以是串联系统或并联系统，可以自由选择散热器、辐射供暖或风机盘管。

4.根据权利要求1所述的一种蓄热调峰的集中供热系统，其特征在于：蓄热/换热模块(3)中包含蓄能体，蓄能体可以是相变蓄热材料、显热蓄热材料或两者的组合。

5.一种蓄热调峰的集中供热系统运行方法,系统包括热力网(1)、末端系统(2)，末端系统(2)中包括蓄热/换热模块(3)、热网侧换热器(4)、内侧换热器(5)、内部循环泵(6)、内部散热系统(7)；其特征在于：

热力网(1)采用阶段性的恒流量输配模式，根据本阶段内平均负荷确定运行流量；所述的分阶段的时间周期一般为天，最多将一天划分为不超过4个阶段；

热力网(1)输送的热量通过蓄热/换热模块(3)传入末端系统(2)，通过蓄热/换热模块(3)将热力网(1)水循环与末端系统(2)水循环隔离；在末端低谷负荷时段，所获得的热量一部分应用于内部散热系统(7)，同时将富余的热量储存于蓄热/换热模块(3)的蓄能体中；在末端高峰负荷时段，将热力网(1)实时输送的热量与蓄能体中储存的热量共同应用于内部散热系统(7)。

6.根据权利要求5所述的一种蓄热调峰的集中供热系统系统运行方法,其特征在于：热力网控制系统通过网络与末端系统(2)联接，包括以下功能：

末端用户可以预先设定的自己的采暖需求，一方面末端系统(2)可以根据预设需求实现自动调节、热力网控制系统则可以根据各用户的预设需求估算未来的总需求变化曲线；

热力网控制系统可以对末端系统(2)和蓄热/换热模块(3)的运行数据进行实时监控，并根据汇总数据对各末端系统(2)内的智能通断控制阀(9)进行统一调节；

在采暖季中的不同阶段，热力网(1)运行的最佳供回水温度会有所不同，因此末端的设定也应按不同阶段进行同步调整；应由热力网控制系统对末端系统(2)设定当前阶段的回水温度值，末端系统(2)则根据实时的回水温度设定运行，由蓄热/换热模块(3)对该节点处的热力网(1)的回水温度进行调节控制。

7.根据权利要求5所述的一种蓄热调峰的集中供热系统系统运行方法,其特征在于：在部分负荷状态下，热力网控制系统可以通过各个末端系统(2)内的智能通断控制阀(9)，采取智能错时通断调节，使得各个末端在错开的时间段内有序的从热力网(1)获取热量。

8.根据权利要求5所述的一种蓄热调峰的集中供热系统系统运行方法,其特征在于：热力网(1)采用阶段性的恒流量输配模式时，也可以根据实际情况做临时性的局部微调，微调幅度为平均负荷的10%以内，可以采取质调节、量调节或者质/量并调。