集中供热系统压力调节弹性分析

万 山 田亚男 李双燕 王 倩

(河北建筑工程学院能源与环境工程学院，河北 张家口 075024)



集中供热系统压力调节弹性分析

万 山 田亚男 李双燕 王 倩

(河北建筑工程学院能源与环境工程学院，河北 张家口 075024)

提出了集中供热系统压力调节弹性概念，分析了在集中供热系统运行调节中，压力对系统调节的反应敏感程度，建立了管网中压力和流量两者的数量关系，在实地调节中证明了此方法的有效性.

压力调节弹性；运行调节

0 引 言

集中供热是一个十分复杂的，受多因素和多变量影响系统，各因素耦合及非线性，关联性强，调节滞后时间较长.近年来，我国集中供热调节技术不断创新提高，新技术和新设备的应用使得运行管理与技术水平相应提高.实现热力平衡需对热网进行调节，调节参数的选择对于迅速实现热网平衡意义重大.

1 集中供热系统运行调节的发展状况及相关学者所做工作

近年来在集中供热系统规模的不断扩大及其结构趋向复杂的发展趋势下，如何对系统进行调节来提高系统的经济性是供热行业所面临的问题.国内外专业人士在供热系统调节技术和优化控制方向不断进步和完善.

国内外相关学者都做了许多工作，法国的Bojic·M与Trifunovic[3]分析了由热源、热网和热用户组成的供热系统，采用连续线性编程的方法对系统的热量分配进行优化，以提高热用户的舒适度.丹麦的Benonysson[4]等人指出热媒在管网流动中时间的延迟及土壤的蓄热和热损失对供热系统运行的影响，采用节点法建立了流量与供水温度动态控制模型并解出最优的供水温度，结果表明热源处供水温度的动态调节能够降低系统的运行费用.华北电力大学的陈娟娟[5]建立了基于图论的供热管网水力工况计算模型并求解；针对传统供热系统，研究了分阶段质量—流量调节方式，采用可及性分析法确定其运行最小流量；针对分户计量系统，研究了与其供热调节特性相适应的运行调节方式，建立一、二次网的供热调节模型并对其求解；建立分户计量系统的水力工况计算模型，分析同根立管上某些用户调节时室内系统的水力工况变化规律；分析了分户计量系统循环水泵的控制方式.

但从前人所做的工作来看，分析了流量及热量的变化对供热系统的影响，以流量为主线来控制系统供需平衡，但对于供热系统而言，在调节某处的流量时，与其相关的其他参数也在随着流量的变化而反应，其反应的敏感程度会影响系统的进一步平衡，而其他参数的反应程度可用基于变量的弹性来表示.

2 供热系统运行调节中压力弹性概念的提出

由于相对于流量的测量，压力更易实地测量，因此在调节时，通过压力的调节实现流量的变化更容易操作，通过压力的测量和调节间接反映到流量的变化上，更宜于实现调节.本文在分析压力与流量关系的基础上提出了集中供热系统压力调节弹性概念，提高供热系统运行调节过程中，调节的敏感度，即通过压力调节使流量发生变化.

压力弹性系数有下列三种情况：

(1)压力弹性系数的绝对值大于1，即|E|>1，称为压力富有弹性，表示压力的变动率大于流量的变动率；E若趋向于无穷说明压力有完全弹性，表示当流量为定值时，压力的变动是任意的.

(2)压力弹性系数的绝对值小于1，即|E|<1，称为压力缺乏弹性，表示压力的变动率小于流量的变动率；若E=0说明压力完全无弹性，表示无论流量怎么变化，压力都不会随着变化.

(3)压力弹性系数的绝对值等于1，即|E|=1，称为压力单位弹性，表示压力的变动率与流量的变动率相等.

从通量的角度考虑供热系统中的管网流量，其质量流量的表达式为：

V—管网热媒流过的体积 m3

ρ—管网内热媒密度

其中Q—管网流量kg/h

d—管网内径m

ν—管网内热水流速m/s

由上面的公式可知，某一断面处的动压与断面处的流量Q和管段内径d和热媒的密度ρ有关，则对于压力弹性系数可表示为

结果压力弹性系数大于1，表明管网截面处动压富有弹性，即在调节供热系统管网流量时，动压头的变动率大于流量的变动率.据此在调节时，不应该只从单一流量的调节入手，需要同时考虑管网其它参数的变化，分析管网的承受能力，以使供热系统更优地运行.

3 应用实例

本文提出的思想在张家口宣化星宝小区供热系统调节中应用取得了很好的效果.项目所对应的供热系统供热远端的用户实际流量低于设计流量，室内温度偏低，为了满足用户的供热需求，需对供热管网进行调节.按照上述原理，分析管网截面动压调节变化的弹性，根据计算的弹性参数进行调节.

如图1所示，换热站给小区各栋楼供热管路走向，1-4号楼处于供热末端，经用户反映其中4、13、14号楼及其20和22号楼的个别单元温度偏低，现场实测流量与设计流量差很多，其它如1、5、10及15号楼的实际流量明显比设计流量高，对此制定调节方案如下：

对整个系统的压力进行测量，按照压力的不同调整进户口流量较大的压力调节阀，使其压力接近设计值，记录压力值；对于同号楼个别单元流量不足的，调节控制各单元的阀门，同时监测温度偏低单元的压力，以使整个管网系统达到热力平衡，最终部分调整结果测量数据如表1所示：

图1 某小区楼号分布与供热管网走向示意图

楼号单元面积设计流量(Kg/h)实测流量(Kg/h)前后管网压差(mm)调整前动压头(mm)调整后动压头(mm)调整前流量(Kg/h)调整后流量(Kg/h)1#1972.002.095.40150.8123.067.674.752.742972.002.094.74122.0520.708.244.502.843810.001.743.4479.5114.766.653.802.554810.001.743.6063.6612.245.743.462.375810.001.743.2942.4510.476.143.202.452#11104.002.613.6533.8212.178.723.452.9221020.002.414.0467.6915.158.243.852.8431020.002.415.25171.2125.668.195.012.8341020.002.415.1576.0316.358.604.002.904#21020.002.411.01(33.96)1.044.511.012.105#1942.902.032.2742.0613.258.963.602.963968.202.083.0530.039.206.143.002.4510#1936.552.015.4062.1416.3510.014.003.1315#3970.902.093.6099.5718.468.304.252.85

根据所计算的动压力和测得的流量，得出调整时流量与压力变动比率结果如下：

图2 压力和流量的变动比率与弹性系数比较图

最后的调整结果显示压力变动率大于流量变动率，通过对压力的调节，实地测量的流量数据有相应的变化：用户流量大的单元流量降低，末端流量不足的单元流量增加，并都接近设计流量，满足用户供热需求，解决了热力失衡问题，验证了前面理论推导的压力弹性系数，其大于1富有弹性，表现出压力调节的灵敏度较高，同时调节后压力在管网的承压范围之内，对管网的运行没有危害，供热系统能够稳定运行.

4 结 语

本文提出了供热系统压力弹性系数的概念，通过压力弹性分析推导了新的调节公式，将其应用于某小区的供热系统调节项目，取得了很好的效果；对于压力和流量两者之间的关联性分析，表明对系统压力进行调节的同时，流量会相应随着压力的变化趋于热网的热力平衡状态，能够提高调节敏感度，综合考虑压力、流量等参数对供热系统运行的影响，有利于供热系统更经济稳定地运行.

[1]贺平，孙刚．供热工程[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000

[2]石兆玉．供热系统运行调节与控制[M].北京：清华大学出版社，1994

[3]BojicM,TrifunovicN.Linearprogrammingoptimizationofheatdistributioninadistrict-heatingsystembyvalveadjustmentsandsubstationretrofit[J].BuildingandEnvironment,2000,35(2):151～159

[4]BenonyssonA,B?hmB,RavnHF.Operationaloptimizationinadistrictheatingsystem[J].Energyconversionandmanagement,1995,36(5):297～314

[5]陈娟娟，供热系统运行调节方式节能性研究[D]硕士，2014

The Pressure Regulating Elastic Analysis of Central Heating System

WANShan，TIANYa-nan，LIShuang-yan，WANGQian

(Hebei University of Actecture,Zhangjiakou,Hebei Province,075024)

In this article the concept of central heating system pressure regulating elasticity is put forward,the sensitivity of stress reacting to adjustment in the central heating system is analyzed,the quantitative relation of pressure and flow rate in the pipe network is established,which is proved to be valid in field adjustment.

pressure regulation elasticity;adjustment

2016-03-27

河北建工学院创新基金项(YCXA2015002)集中供热管网运行弹性调节分析研究

万山(1992-)，男，毕业于北华航天工业学院，河北建筑工程学院研究生在读，主要研究方向：集中供热管网运行调节优化.

TU 85

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