质量—流量调节的模拟应用

牛建军 张 航

(华润置地(太原)有限公司，山西 太原 030000)

质量—流量调节的模拟应用

牛建军 张 航

(华润置地(太原)有限公司，山西 太原 030000)

主要针对质量—流量调节的原理及理论计算进行了分析，运用TRNSYS建立了模型，并进行了模拟计算，同时与变频调节的模拟结果作了分析对比，得出了质量—流量调节的节能性。

质量—流量调节，模拟，分析

0 引言

当前我国经济迅速发展，能源已经成为建筑、生物、化工等领域发展必不可少的组成部分。我国已经成为世界最大的能源消费国。能源已经成为我国经济发展的基石，也是我国全面发展的坚实基础和强力支撑。但是我国的能源利用率低，能源损耗严重，大量的能源浪费严重阻碍着我国社会经济的发展和进步。

对集中供热系统进行运行调节的主要目的是使热用户的室内温度达到规定的温度，并在此基础上提高用户的舒适度。因此，在进行供热系统调节时，要以热用户的需求为前提，既能保证供热质量，又要实现供热系统的节能降耗。集中供热系统的调节方式现在大致分为五种：质调节方法，水泵的耗电量大；流量调节方法，能够节省水泵的耗电量，但流量过多的减少，将造成供热系统水力失调，工程中也不单独使用；阶段改变流量的质调节方法，节能效果较好，但水泵仍为定频泵，这种调节方式本质仍为质调节，其实水泵的节能空间还很大；间歇调节法，只作为辅助调节的方法，一般应用在具有较好蓄热能力的建筑；质量—流量调节法，则是根据供热系统中实时负荷变化，既改变供热温度，又改变供热流量，这种调节方法需安装高自控能力的设备，否则难以实现预期效果，该调节方式能够节省水泵的电耗，达到节能的目的。

TRNSYS(Transient System Simulation)是在美国威斯康星大学太阳能实验室里开发的，之后欧洲的一些学者又对该软件做了进一步的开发并逐步完善了该模拟软件的各项应用功能。与此同时，美国的热能系统专家针对HVAC(Heating,Ventilation and Air Conditioning)系统开发了专门的应用模块。其实，TRNSYS软件是由许多模块组成，模块包括各种领域及其领域内的设备，并通过特殊的控制模块相连，使整个系统能够运作起来，可根据实际情况对每个模块进行参数的编写。

1 质量—流量调节的原理及理论计算分析

质量—流量调节方法：在集中供热系统调节中流量和温度均随着室外气象参数的变化而变化，即供热温度和流量根据实时负荷的变化而相应的改变。它通过调节水泵的流量和供水温度进而节省水泵的耗电量，最重要的是它能够最大程度的降低能耗。质量—流量调节方式将会成为集中供热系统运行调节技术研究的主流方向。

在供暖系统中，采用供热调节方式的目的就是使室内温度保持动态稳定，即在稳态状态下，不考虑管网沿途损失，系统建筑物的耗热量即热负荷、散热器的散热量、系统的供热量都相等，其稳态平衡公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Q1=Q2=Q3

(6)

Q1=qV(tn-tw)

(7)

(8)

Q3=Gc(tg-th)

(9)

(10)

(11)

(12)

根据式(12)可以得到质量—流量调节中供水计算式和回水计算式：

(13)

(14)

(15)

对式(15)取对数得：

(16)

整理得:

(17)

设:

(18)

p称之为流量优化系数，表示在供热系统进行运行时，量调节占整个调节过程中的比例(对数值)，p∈[0,1]。

对式(18)进行整理，得:

(19)

(20)

把式(20)代入式(13)和式(14)，得到：

(21)

(22)

2 运用TRNSYS建模并模拟计算

2.1 建模

建立一个某高校的校区建筑模型(见图1)，所模拟的高校建筑面积为30万m2，建筑功能包括基础教学楼、体育馆、图书馆、学研大厦、图书馆、行政办公等建筑，根据建筑功能的不同，按照国家标准选择不同的热指标，计算出总的热负荷，运用TRNSYS软件对该高校采暖季采用不同供热系统调节模式进行模拟。

2.2 运用TRNSYS对不同供热调节方式进行模拟计算

建筑模型建好后，运用TRNSYS软件对供热调节系统搭建模型。根据建筑热负荷及建筑面积，把供热系统分为4个区，并搭建4台变频水泵；所采用的调节方式为质量—流量调节，并根据1中理论计算式搭建起质量—流量调节的控制系统，使得所搭建的系统模型能正常运行。

同理，运用TRNSYS软件对变频调节供热系统搭建模型，并进行模拟计算。

2.3 通过两种模拟结果进行能耗分析

通过运用TRNSYS软件搭建了供热系统采用质量—流量调节和变频调节的模型，并模拟计算出采暖季水泵的电耗量和燃气的耗气量。为了判断调节模式是否节能，就要从供热系统的总耗能量进行考虑，而在所模拟的供热系统中，包括了变频水泵的电耗量和锅炉的耗气量，从这两方面出发决定整个系统是否节能。因此，把模拟的结果即锅炉的耗气量和水泵的耗电量分别折算成标准煤，根据标准煤的总和来判断所模拟的供热系统的节能性。换算式：1kg标准煤等于29 307.6kJ，燃气热值为35.88MJ/m3。

表1 模拟能耗结果及能耗分析

通过计算分析，从表1可得，供热系统在采暖季采用质量—流量调节模式的总能耗为1 849.15t标准煤，采用变频调节模式的总能耗为1 958.36t标准煤，节能率为5.6%。

3 结语

结合某高校校区，以TRNSYS软件为模拟平台，搭建了质量—流量调节供热系统模型，对质量—流量调节的供热系统和变频调节的供热进行能耗分析，并得出计算结果，得出了采用质量—流量调节的燃气耗气量为148.63万m3，水泵耗电量23.72万kWh，而变频调节耗气量为157.24万m3，耗电量为27.11kWh，所以质量—流量调节的总能耗比采用变频调节的低，节能率为5.6%。

[1] 李德英,陈 疆,李连友.热水供暖系统“质量—流量优化调节”方法[A].全国暖通空调制冷2000年学术年会论文集[C].2000.

[2] 李德英,许文发.供热工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3] 赵 娜.供热管网运行调节方法优化研究[D].北京:华北电力大学学位论文,2011.

Application about the simulation of constant-variable flow adjustment

Niu Jianjun Zhang Hang

(ChinaResourcesLand(Taiyuan)LimitedCompany,Taiyuan030000,China)

The paper analyzes the principle for the quality and flow-rate adjustment and its theoretic calculation, simulates the model by TRNSYS, undertakes the analytic comparison with the simulation results of the frequency conversion, and concludes the adjustment is energy-saving.

quality and flow-rate adjustment, simulation, analysis

2015-08-28

牛建军(1973- )，男，工程师； 张 航(1989- )，男，硕士，助理工程师

1009-6825(2015)31-0175-02

TU201.5

A