CN109253492A - 一种解决供热系统水力失调的调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解决供热系统水力失调的调节方法，包括以下步骤：对供热用户进行编号、采集室外的温度、计算运行调节所需参数、确定首先供热用户、运行调节其余供热用户、重复步骤ⅱ~步骤ⅴ实现用户的等效供热，间隔一段时间，由远端用户向近端用户逐个打开用户阀门，在打开阀门的同时调节循环水泵的供热流量，保证n个用户在一个调节时间段内的供热效果一致。本发明考虑了供热距离对用户的影响，不仅从根本上消除了供热系统的水平热力失调，使得近远端用户都能达到同样的供热效果，还改善了管网的调节特性，避免了大流量运行方式所带来的运行能耗的增加，也不需增大供热主管路的管径。

Description

一种解决供热系统水力失调的调节方法

技术领域

本发明属于供热调节控制领域，具体涉及一种解决供热系统水力失调的调节方法。

背景技术

用户室温与多种因素有关，如室外气温、管网流量、采暖供水温度、建筑物耗热量等。当用户热负荷变化时，为实现按需供热，需要对供热系统的流量、供水温度等进行调节。供热调节的目的在于使供暖用户的散热设备的散热量与用户热负荷的变化规律相适应，以防止供暖用户出现室温过高或过低。

但是，目前不管采用哪种供热调节方法，都会出现近处用户首先实现供热调节，远端用户要经过一段时间后才能开始实现供热调节，这样由于供热距离的影响，使得流量分配不平衡，进而导致相同供热调节时间段内，远端用户的供热效果不如近端用户，甚至出现更严重的热力失调现象。

水力失调是热力失调发生的根源。目前，针对热网水力、热力失调，国内常采用大流量运行方式解决。大流量运行方式并未从根本上消除供热系统的水平热力失调，反而增加了水泵流量，导致运行能耗的增加，同时导致供热系统调节性能变坏。另外，增大循环流量还需加大热网主干线的管径。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种解决供热系统水力失调的调节方法。

本发明的技术方案是：一种解决供热系统水力失调的调节方法，包括以下步骤：

ⅰ.对供热用户进行编号

以用户距热源的距离为原则，由近及远对用户进行编号：1，2，……，n。

ⅱ.采集室外的温度

每次运行调节前，采集室外温度，作为当次运行调节的计算依据。

ⅲ.计算运行调节所需参数

分别计算各个用户所需的用户热负荷Q_i、用户供热所需流量G_i、供热介质从热源出口流入用户所需时间t_i。

ⅳ.确定首先供热用户

根据系统最小运行流量与远端用户的所需流量进行比较，从而确定开启远端的几个用户的阀门，保证供热介质优先流入远端用户。

ⅴ.运行调节其余供热用户

间隔一段时间，由远端用户向近端用户逐个打开用户阀门，在打开阀门的同时调节循环水泵的供热流量，保证n个用户在一个调节时间段Δt′内的供热效果一致。

ⅵ.重复步骤ⅱ～步骤ⅴ实现用户的等效供热

重复步骤ⅱ～步骤ⅴ直到所用n个用户的阀门全部打开，实现n个用户等效果的供热。

步骤ⅲ中，供热系统正式投入运行前，先计算各个用户所需热负荷Q₁，Q₂，……，Q_n，

(i＝1、2、3……n)

式中：Q_i——用户i在室外温度T_w下的热负荷，W；

Q_i'——用户i的供暖设计热负荷，W；

T_n——供暖室内计算温度，℃；

T_w'——供暖室外计算温度，℃；

T_w——室外温度，℃；

q_A——建筑物供暖面积热指标，W/(m²)；

A_i——用户i的供暖面积，m²。

步骤ⅲ中，根据供热系统不同的调节方式，确定室外温度变化时用户i供热所需流量G_i的值。

当系统采用质调节时：

当系统采用量调节时：

当系统采用分阶段改变流量的质调节时：G＝C·G'

式中：G_i——用户i的流量，m³/s；

T_g——供水的水温度；

T_h——回水的水温度。

供热介质从热源出口流入用户i最远端散热器所需时间为：

(i＝1、2、3……；j＝1、2、3……)

其中：

即

式中：v_ij——热源到用户i最远端散热器的不同管段j的流速，m/s；

L_ij——热源到用户i最远端散热器不同流速所对应的不同管段j的长度，m；

d_ij——热源到用户i最远端散热器不同流速所对应的不同管段j的直径，mm；

G_i——用户i的流量，m³/s；

供热介质从热源出口处流入其他用户所需时间t_n-1、t_n-2、……、t₁计算方法同上。

步骤ⅳ中，调节时首先开启的末端用户运行流量需满足系统最小运行流量，并保证先开启的用户获得相同的供热效果，具体计算方法如下；

(i＝k、k+1、……、n-1、n)

式中：——开始供热时，分别流入用户k、用户k+1、……、用户n-1、用户n的流量；

G_min——系统最小运行流量。

首先判断是否大于G_min：

如果大于G_min，则首先关闭用户1，用户2、……、用户n-1的入口阀门，仅打开用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户n；

如果不大于G_min，则判断是否大于G_min：如果大于G_min，则首先关闭用户1、用户2、……、用户n-2的入口阀门，仅打开用户n-1、用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户n-1和用户n；如果不大于G_min，则判断是否大于G_min，……，重复此循环，直到且此时，在调节开始时，首先关闭用户1、用户2、……、用户k-1的入口阀门，仅打开用户k、用户k+1、……、用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户k、用户k+1、……、用户n，此时系统流量为

步骤ⅴ中，经过时间Δt₁后，打开用户k-1的入口阀门，同时调节循环水泵的流量，使之总流量为用户k-1至用户n的流量之和；再经过时间Δt₂后，打开用户k-2的入口阀门，同时调节循环水泵的流量，使之总流量为用户k-2至用户n的流量之和；并依次操作，直至再经过时间Δt_k-1后，打开用户1的入口阀门；保证n个用户在一个调节时间段Δt′内的供热效果一致；

所述一个调节时间段Δt′指开始运行调节至下一次运行调节之前的时间间隔，满足Δt′≥t_n+Δt″

其中，Δt″为供热介质从用户n最远端散热器流至热源所需时间。

所述时间间隔满足如下关系：

Δt₁＝t_n-t_k-1

Δt₂＝t_k-1-t_k-2

Δt₃＝t_k-2-t_k-3

……

Δt_k-2＝t₃-t₂

Δt_k-1＝t₂-t₁

式中——t_n、t_k-1、t_k-2、t_k-3、……、t₃、t₂、t₁分别为供热介质从热源出口处流入用户n、k-1、k-2、k-3、……、3、2、1最远端散热器所需的时间。

本发明考虑了供热距离对用户的影响，不仅从根本上消除了供热系统的水平热力失调，使得近远端用户都能达到同样的供热效果，还改善了管网的调节特性，避免了大流量运行方式所带来的运行能耗的增加，也不需增大供热主管路的管径。

附图说明

图1是本发明中调节方法的方法流程图；

图2是本发明中控制系统的连接示意图；

图3是本发明中供热管网的连接示意图；

图4是本发明中确定首先供热用户的原理图；

其中：

1编号器 2参数计算器

3阀门管理器 4室外温度采集器

5供热管网

31控制支路 51供热主管路

52用户供热支路 53循环水泵

54阀门。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1～3所示，一种解决供热系统水力失调的调节方法，包括以下步骤：

ⅰ.对供热用户进行编号

以用户距热源的距离为原则，由近及远对用户进行编号：1，2，……，n。

ⅱ.采集室外的温度

每次运行调节前，采集室外温度，作为当次运行调节的计算依据。

ⅲ.计算运行调节所需参数

分别计算各个用户所需的用户热负荷Q_i、用户供热所需流量G_i、供热介质从热源出口流入用户所需时间t_i。

ⅳ.确定首先供热用户

根据系统最小运行流量与远端用户的所需流量进行比较，从而确定开启远端的几个用户的阀门，保证供热介质优先流入远端用户。

ⅴ.运行调节其余供热用户

间隔一段时间，由远端用户向近端用户逐个打开用户阀门，在打开阀门的同时调节循环水泵的供热流量，保证n个用户在一个调节时间段Δt′内的供热效果一致。

ⅵ.重复步骤ⅱ～步骤ⅴ实现用户的等效供热

重复步骤ⅱ～步骤ⅴ直到所用n个用户的阀门全部打开，实现n个用户等效果的供热。

步骤ⅲ中，供热系统正式投入运行前，先计算各个用户所需热负荷Q₁，Q₂，……，Q_n，

(i＝1、2、3……n)

式中：Q_i——用户i在室外温度T_w下的热负荷，W；

Q_i'——用户i的供暖设计热负荷，W；

T_n——供暖室内计算温度，℃；

T_w'——供暖室外计算温度，℃；

T_w——室外温度，℃；

q_A——建筑物供暖面积热指标，W/(m²)；

A_i——用户i的供暖面积，m²。

步骤ⅲ中，根据供热系统不同的调节方式，确定室外温度变化时用户i供热所需流量G_i的值。

当系统采用质调节时：

当系统采用量调节时：

当系统采用分阶段改变流量的质调节时：G＝C·G'

式中：G_i——用户i的流量，m³/s；

T_g——供水的水温度；

T_h——回水的水温度。

供热介质从热源出口流入用户i最远端散热器所需时间为：

(i＝1、2、3……；j＝1、2、3……)

其中：

即

式中：v_ij——热源到用户i最远端散热器的不同管段j的流速，m/s；

L_ij——热源到用户i最远端散热器不同流速所对应的不同管段j的长度，m；

d_ij——热源到用户i最远端散热器不同流速所对应的不同管段j的直径，mm；

G_i——用户i的流量，m³/s；

供热介质从热源出口处流入其他用户所需时间t_n-1、t_n-2、……、t₁计算方法同上。

步骤ⅳ中，调节时首先开启的末端用户运行流量需满足系统最小运行流量，并保证先开启的用户获得相同的供热效果，具体计算方法如下；

(i＝k、k+1、……、n-1、n)

式中：——开始供热时，分别流入用户k、用户k+1、……、用户n-1、用户n的流量；

G_min——系统最小运行流量。

首先判断是否大于G_min：

如果大于G_min，则首先关闭用户1，用户2、……、用户n-1的入口阀门，仅打开用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户n；

如果不大于G_min，则判断是否大于G_min：如果大于G_min，则首先关闭用户1、用户2、……、用户n-2的入口阀门，仅打开用户n-1、用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户n-1和用户n；如果不大于G_min，则判断是否大于G_min，……，重复此循环，直到且此时，在调节开始时，首先关闭用户1、用户2、……、用户k-1的入口阀门，仅打开用户k、用户k+1、……、用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户k、用户k+1、……、用户n，此时系统流量为

步骤ⅴ中，经过时间Δt₁后，打开用户k-1的入口阀门，同时调节循环水泵的流量，使之总流量为用户k-1至用户n的流量之和；再经过时间Δt₂后，打开用户k-2的入口阀门，同时调节循环水泵的流量，使之总流量为用户k-2至用户n的流量之和；并依次操作，直至再经过时间Δt_k-1后，打开用户1的入口阀门；保证n个用户在一个调节时间段内的供热效果一致；

所述一个调节时间段Δt′指开始运行调节至下一次运行调节之前的时间间隔，满足Δt′≥t_n+Δt″

其中，Δt″为供热介质从用户n最远端散热器流至热源所需时间。

所述时间间隔满足如下关系：

Δt₁＝t_n-t_k-1

Δt₂＝t_k-1-t_k-2

Δt₃＝t_k-2-t_k-3

……

Δt_k-2＝t₃-t₂

Δt_k-1＝t₂-t₁

式中——t_n、t_k-1、t_k-2、t_k-3、……、t₃、t₂、t₁分别为供热介质从热源出口处流入用户n、k-1、k-2、k-3、……、3、2、1最远端散热器所需的时间。

所述调节方法基于以下供热控制系统实现，包括为用户进行供热的供热管网5，所述供热管网5中设置有阀门54，所述阀门54由阀门管理器3控制，所述阀门管理器3与参数计算器2相连，所述参数计算器2与编号器1相连，所述编号器1进行顺序编号。

所述参数计算器2还与室外温度采集器4相连，所述室外温度采集器4采集室外温度。

所述供热管网5包括供热主管路51，所述供热主管路51与用户所在的用户供热支路52连通。

所述供热主管路51中设置有循环水泵53，所述用户供热支路52均设置有阀门54。

所述阀门管理器3的控制端设置有与阀门54电路连通的控制支路31。

所述编号器1对控制支路31按照距离供热由近到远的方向进行升序排列。

本发明考虑了供热距离对用户的影响，不仅从根本上消除了供热系统的水平热力失调，使得近远端用户都能达到同样的供热效果，还改善了管网的调节特性，避免了大流量运行方式所带来的运行能耗的增加，也不需增大供热主管路的管径。

Claims (9)

1.一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

(ⅰ)对供热用户进行编号

以用户距热源的距离为原则，由近及远对用户进行编号：1，2，……，n；

(ⅱ)采集室外的温度

每次运行调节前，采集室外温度，作为当次运行调节的计算依据；

(ⅲ)计算运行调节所需参数

分别计算各个用户所需的用户热负荷Q_i、用户供热所需流量G_i、供热介质从热源出口流入用户所需时间t_i；

(ⅳ)确定首先供热用户

根据系统最小运行流量与远端用户的所需流量进行比较，从而确定开启远端的几个用户的阀门，保证供热介质优先流入远端用户；

(ⅴ)运行调节其余供热用户

间隔一段时间，由远端用户向近端用户逐个打开用户阀门，在打开阀门的同时调节循环水泵的供热流量，保证n个用户在一个调节时间段Δt′内的供热效果一致；

(ⅵ)重复步骤(ⅱ)～步骤(ⅴ)实现用户的等效供热

重复步骤(ⅱ)～步骤(ⅴ)直到所用n个用户的阀门全部打开，实现n个用户等效果的供热。

2.根据权利要求1所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：步骤(ⅲ)中，供热系统正式投入运行前，先计算各个用户所需热负荷Q₁，Q₂，……，Q_n，

式中：Q_i——用户i在室外温度T_w下的热负荷，W；

Q_i'——用户i的供暖设计热负荷，W；

T_n——供暖室内计算温度，℃；

T_w'——供暖室外计算温度，℃；

T_w——室外温度，℃；

q_A——建筑物供暖面积热指标，W/(m²)；

A_i——用户i的供暖面积，m²。

3.根据权利要求2所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：步骤(ⅲ)中，根据供热系统不同的调节方式，确定室外温度变化时用户i供热所需流量G_i的值。

4.根据权利要求3所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：

当系统采用质调节时：

当系统采用量调节时：

当系统采用分阶段改变流量的质调节时：G＝C·G'

式中：G_i——用户i的流量，m³/s；

T_g——供水的水温度；

T_h——回水的水温度。

5.根据权利要求4所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：

供热介质从热源出口流入用户i最远端散热器所需时间为：

其中：

即

式中：v_ij——热源到用户i最远端散热器的不同管段j的流速，m/s；

L_ij——热源到用户i最远端散热器不同流速所对应的不同管段j的长度，m；

d_ij——热源到用户i最远端散热器不同流速所对应的不同管段j的直径，mm；

G_i——用户i的流量，m³/s；

供热介质从热源出口处流入其他用户所需时间t_n-1、t_n-2、……、t₁计算方法同上。

6.根据权利要求5所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：步骤(ⅳ)中，调节时首先开启的末端用户运行流量需满足系统最小运行流量，并保证先开启的用户获得相同的供热效果，具体计算方法如下；

式中：——开始供热时，分别流入用户k、用户k+1、……、用户n-1、用户n的流量；

G_min——系统最小运行流量。

7.根据权利要求6所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：

首先判断是否大于G_min：

如果大于G_min，则首先关闭用户1，用户2、……、用户n-1的入口阀门，仅打开用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户n；

如果不大于G_min，则判断是否大于G_min：如果大于G_min，则首先关闭用户1、用户2、……、用户n-2的入口阀门，仅打开用户n-1、用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户n-1和用户n；如果不大于G_min，则判断是否大于G_min，……，重复此循环，直到且此时，在调节开始时，首先关闭用户1、用户2、……、用户k-1的入口阀门，仅打开用户k、用户k+1、……、用户n的入口阀门，使供热介质只流入用户k、用户k+1、……、用户n，此时系统流量为

8.根据权利要求7所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：步骤(ⅴ)，经过时间Δt₁后，打开用户k-1的入口阀门，同时调节循环水泵的流量，使之总流量为用户k-1至用户n的流量之和；再经过时间Δt₂后，打开用户k-2的入口阀门，同时调节循环水泵的流量，使之总流量为用户k-2至用户n的流量之和；并依次操作，直至再经过时间Δt_k-1后，打开用户1的入口阀门；保证n个用户在一个调节时间段内的供热效果一致；

所述一个调节时间段Δt′指开始运行调节至下一次运行调节之前的时间间隔，满足Δt′≥t_n+Δt″

其中，Δt″为供热介质从用户n最远端散热器流至热源所需时间。

9.根据权利要求1所述的一种解决供热系统水力失调的调节方法，其特征在于：

所述时间间隔满足如下关系：

Δt₁＝t_n-t_k-1

Δt₂＝t_k-1-t_k-2

Δt₃＝t_k-2-t_k-3

……

Δt_k-2＝t₃-t₂

Δt_k-1＝t₂-t₁

式中——t_n、t_k-1、t_k-2、t_k-3、……、t₃、t₂、t₁分别为供热介质从热源出口处流入用户n、k-1、k-2、k-3、……、3、2、1最远端散热器所需的时间。