基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法

2023-07-12 05:01:01

專利名稱：基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法
技術領域：
本發明涉及在現有供暖管網系統中布置動態平衡機組的方法，特別是基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法。
背景技術：
傳統的供暖系統中，習慣於在換熱站(換熱器)處設置二次循環水泵，其功能既是換熱站(換熱器)熱網循環水泵又是二次熱網循環水泵。在循環水泵的設計選型時，循環流量等於系統設計流量，揚程等於熱源阻力損失、熱網阻力損失和最末端熱用戶的資用壓頭之和，常常為了消除冷熱不均的現象，循環水泵的選型以大流量運行方式工作，還要給出相當大的富餘流量，這無疑是人為地加大了系統的熱媒輸送電量，又人為地用各種調節手段把多餘的電能損耗掉了，以上是傳統布置方法的主要弊端。但在目前，推行熱計量的同時，與之匹配的熱網新技術方法應用並未得到相應的重視；新建建築的熱網，仍按定流量原理設計、施工，用戶的隨時調節行為將引起整個熱網的波動，造成熱力、水力系統失調，從而影響建築的供暖質量。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法， 該方法可使熱網幹管流量減小，減小幹管設計管徑，節約熱網建設成本。
本發明的目的是這樣實現的一種基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法，包括動態平衡機組，將總供暖管網的回水管線通過總熱網循環泵連接鍋爐的進口端， 用總供暖管網的供水管線連接鍋爐的出口端，使總供暖管網的回水管線通過一級動態平衡機組的回水過流器、總熱網循環泵與鍋爐的進口端連接，而將供水管線通過一級動態平衡機組的進水過流器、總進水循環泵連通換熱器輸入端進水口，再將總供暖管網的回水管線通過總級平衡閥連通換熱器輸入端出水口 ；將每個二級動態平衡機組安裝連通在分供暖管路上，換熱器輸出端出水口、輸出端進水口分別連接每一分供暖管路的供水管線、回水管線，將輸出端循環泵串通在每一分供暖管路的回水管線上，用戶供暖管網的出口端通過二級動態平衡機組的回水過流器、次級平衡閥連接每一分供暖管網的回水管線，每一分供暖管網的進水管線通過二級動態平衡機組的進水過流器、輸入端循環泵連接用戶供暖管網的進口端。
動態平衡機組在供熱系統中可以起到自主調節管網流量、穩定系統壓力的作用， 使水流量合理匹配，非常適合應用在集中供熱分戶計量系統中。由於「動態平衡機組」所起的作用，對於離熱源較近的熱用戶，不用通過調節其閥門的開度來解決供熱系統的水平失調問題，節省了因調節閥帶來的能量損失，可使熱網循環泵的運行總能耗降低。在分戶計量供熱系統中，用戶使用溫控閥調節室溫、流量不是固定的，二級管網的流量為動態的變流量運行。由於動態平衡機組在供暖系統中可以對流量和壓力起到調節作用，因此，動態平衡機組在分戶計量供熱系統中可以有效、明顯改善水力穩定性。
應用本發明的布置方法可將傳統的二次循環泵供暖系統改為三次泵供暖系統(二次/三次循環)。當供熱規模較大時，循環泵可分設幾級，由熱網循環水泵承擔熱網水循環的功能，其目的可以降低熱網循環泵的設計揚程和設計流量，進而減少多級熱網循環水泵的總電功率，儘量加大供熱系統的設計供回水溫差，可減少系統設計循環水量，在熱網比摩阻不變的情況下，可以明顯降低循環水泵的設計流量和設計揚程。另外，熱網循環泵不再承擔提供最末端用戶的資用壓頭，則熱網循環泵的設計揚程可進一步降低，這樣，熱源循環泵、熱網循環泵和熱網加壓泵的電功率能更進一步的下降。熱用戶主動調節的節能行為， 將徹底改變傳統熱網運行的性質，即定流量原理改變為變流量原理，以便滿足用戶不同的供暖需求。應用本發明的布置方法可使熱網幹管流量減小，即可減小幹管設計管徑，以節約熱網建設成本。


下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1為本發明布置方法連接的示意圖； 圖2為本發明結合溫度傳感器、變頻器在戶供暖管網中應用的具體布置連接示意圖； 圖3為本發明提高熱效率、優化熱媒分配流量的變頻控制程序執行的工作原理流程框圖。
具體實施例方式一種基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法，如圖1所示，包括動態平衡機組，將總供暖管網的回水管線8通過總熱網循環泵14連接鍋爐13的進口端，用總供暖管網的供水管線7連接鍋爐13的出口端，使總供暖管網的回水管線8通過一級動態平衡機組12的回水過流器、總熱網循環泵14與鍋爐13的進口端連接，而將供水管線7通過一級動態平衡機組12的進水過流器、總進水循環泵11連通換熱器5輸入端進水口，再將總供暖管網的回水管線8通過總級平衡閥9連通換熱器5輸入端出水口 ；將每個二級動態平衡機組2安裝連通在分供暖管路上，換熱器5輸出端出水口、輸出端進水口分別連接每一分供暖管路的供水管線、回水管線，將輸出端循環泵6串通在每一分供暖管路的回水管線上，用戶供暖管網1的出口端通過二級動態平衡機組的回水過流器2、次級平衡閥3連接每一分供暖管網的回水管線，每一分供暖管網的進水管線通過二級動態平衡機組2的進水過流器、 輸入端循環泵4連接用戶供暖管網1的進口端。
所用的總級平衡閥9為手動平衡閥、自力式平衡閥或者數字鎖定平衡閥或角式平衡閥等具有穩定調節流量的設備；所用的次級平衡閥3為手動平衡閥、自力式平衡閥或者數字鎖定平衡閥或角式平衡閥等具有穩定調節流量的設備。
如圖2所示，在與用戶供暖管網1的進口端和出口端分別連接的進水管線和出水管線上分別安裝進口端溫度傳感器18和出口端溫度傳感器19，在室外設置另一室外溫度傳感器15，位於用戶供暖管網1進口端的溫度傳感器18、出口端溫度傳感器19及室外溫度傳感器15分別用線配合連接可編程控制器16，該可編程控制器16通過控制線路連接變頻器17，再將變頻器17通過線纜連接輸入端循環泵4。
採暖時，實際所獲得的熱量為供暖溫差對時間和流量的積分，室外溫度高低直接影響到維持室溫所需的耗熱量，即室外溫度越低，耗熱量越大，反之越小。根據供暖的實際情況，一個採暖季中需要滿負荷供暖的時間通常< 15天，為調節熱用戶的供熱量，本發明通過採集室外溫度、二次供水溫度和二次回水溫度進行比較，依照滿足熱用戶採暖需求的標準，在可編程控制器中設置與不同室外溫度對應的二次供水溫度和二次供回水溫差，通過用變頻器控制電動泵的轉速來達到設計指標，尤其是在分戶熱計量的動態供暖系統中， 可保證用戶供暖質量並且減少能耗的有效途徑。根據溫度採集時刻的室外溫度情況下的二次供回水溫度及溫差，通過溫度計(溫度傳感器)處理放大變換信號進行邏輯運算，輸出相應的控制信號，控制信號作用在變頻器上，產生相應的頻率變化。同時，供水熱網循環泵的流量也發生相應的變化，供熱量也隨著變化，當變化到控制目的時，停止加速，穩定運行。採用實時監控，以跟隨進出口溫差，應對各種因素所造成的溫差變化，實時快速準確地作出響應，控制供水熱網循環泵的變頻加減速運行，滿足供暖需求，減少供暖耗能。所採用的編程控制器為雙檢測控制器，其控制穩定性好，抗幹擾能力強，控制精度高，而且程序可以根據客戶的需求隨時作相應的更改。但上述分析的方案僅是程序框架，數據參數僅為實驗數據參數而非實際控制參數，到現場時可以根據現場的實際情況和客戶的具體要求編出具體程序參數，以滿足最優控制方案。
如圖3所示的工作原理流程圖，本實用新型將二次供、回水和室外溫度計(溫度傳感器)測得的溫度信號傳輸至可編程控制器(PLC)，經過可編程控制器中的程序運算、比較後，給變頻器發出指令，變頻器再通過變頻來調節(供水熱網)循環泵的轉速。隨著室外氣溫變化，通過控制(供水熱網)循環泵轉速來調節二次側供水溫度和供回水溫差，達到調節供熱質量的目的。室外溫度降低時，加快供水熱網循環泵轉速，目的是通過提高二次側流量，來增加室內散熱系統的散熱量。反之，當室外溫度升高時，減慢(供水熱網)循環泵轉速，目的則是通過降低二次側流量，來減少室內散熱系統的散熱量。程序中還設定有以下諸多功能(但不僅限於下述功能)①同一管路系統中存在兩臺以上〈包括兩臺〉供水熱網循環泵時，以兩臺供水熱網循環泵為例當一臺供水熱網循環泵因故障停止運行時，另一臺供水熱網循環泵自動啟動運行；②可編程控制器控制參數發生短時間大幅漂移時，延時採用控制參數，以防做出誤判斷；③設置回水溫度下限，保證供暖安全；④在地板低溫輻射採暖系統中，設置供水溫度上限，以保證供水溫度在地暖管材要求的溫度上限以內；⑤設備故障時，聲、光或遠程方式報警，本實用新型掉電又重新供電後，可以自動啟動等。
所用的總級平衡閥為手動平衡閥、自力式平衡閥或者數字鎖定平衡閥或角式平衡閥；所述的次級平衡閥為手動平衡閥、自力式平衡閥或者數字鎖定平衡閥或角式平衡閥。
在每一個熱用戶入口應用本布置方法，其作用有以下兩點①將熱的生產、輸配、 使用三個環節分割開來，提供各環路所需的資用壓頭，對於近、中端的熱用戶可避免用調節閥節流多餘的資用壓頭，防止這部分電能的浪費；②保持所連接環路的獨立循環，各熱網環路和用戶環路流量的改變，不影響其它環路流量的變化，實現二次/三次循環，可以根據需要(例如負荷，熱力平衡)調節流量，實現動態變流量運行，以滿足熱用戶隨負荷調節的要求。在不同氣候狀況下，可以根據需要調節流量，實現氣候補償功能，進一步減少熱能浪費。 在一個熱水集中供暖系統中，處於熱網最不利環路(通常為末端)的用戶會因為資用壓頭不足，造成供熱質量不佳。以往通過提高熱源供熱質量來解決，但這會導致熱源運行成本過度增加；或通過增加換熱站循環泵的揚程、功率來解決，這也會增大運行電耗；或在最不利環路安裝循環泵，這會導致該系統內其它熱用戶循環不利。
動態平衡機組在樓棟熱力入口處的管網布置方法，主要採用單管多流束動態平衡調節裝置、多種通用配套設備(諸如蝶閥、平衡閥、止回閥、軟接等)、水泵以及可選擇的基於PLC開發的可編程控制器、溫度傳感器等組成，即本布置方法中所採用的具體部件如下所述1、動態平衡機組_單管多流束動態平衡調節裝置(專利號ZL200820103873. 5)-((FD 動態平衡單管多流束調節罐》企業標準(Q/XFD001-2008) ；2、截止類閥門(含蝶閥、閘閥、 柱塞閥、止回閥等，用於設備檢修，不影響供暖系統運行)；3、平衡閥(含數字鎖定平衡閥、 自立式平衡閥、角式平衡閥等其他有截止功能的閥門)；4、熱網循環泵(符合管網工況要求並可進行變頻調節，可以是一臺，亦可以是多臺。用於三次系統熱水循環)；5、軟接；(符合管網工況要求的金屬或橡膠軟質連接管)6、除汙器(即過濾器，用於過濾管網中的雜質，不影響供暖系統運行)；7、水泵；(符合管網工況要求並可進行變頻調節)；8、變頻器；(通用型的，其功率與其控制的水泵功率一致或接近)；9、PLC可編程控制器；11、基於PLC開發的控制軟體系統；12、壓力表(含遠傳壓力表或壓力變送器)；12、溫度傳感器(包括進口端溫度傳感器、出口端溫度傳感器及室外溫度傳感器，含熱電偶、電阻等，也可含溫度變送器)； 13、止回閥/單流閥(在兩臺以上 熱網循環泵之間串接連通在同一管路上時， 必須安裝止回閥/單流閥，用於防止短路)；14、管口連接件(可選耐高溫橡膠軟接、金屬類軟接等，用於削弱水泵運行帶來的震動和噪音，不影響供暖系統運行)；15、壓力表(選擇量程適當的型號，用於顯示二次側與三次側壓力變化)；16、PLC編程控制器(用於編輯控制程序)；17、變頻控制器(功率、參數型號依據熱網循環泵選定，用於控制熱網循環泵)；18、 相關電路控制元件(包含但不僅限於空氣開關、熱繼電保護器、接線端子、保險、磁性接觸器、線材等，用於保障控制系統連接、運行)；18、顯示儀表(用於顯示溫度傳感器所測得溫度值)。
①在一個熱水集中供暖系統中末端樓棟(戶供暖管網1)熱力接口處安裝「動態平衡機組」可有效提高末端樓棟供熱質量，在安裝過程中和安裝後，對該樓棟進行流量調節均不會導致系統中其他樓棟的流量、壓力變化，前提條件是不可降低換熱站原設計水泵的流量、揚程參數，不可減小系統管徑，因安裝動態平衡機組會造成電耗略增。
②在一個熱水集中供暖系統中的部分樓棟(戶供暖管網1)熱力接口處安裝動態平衡機組可有效提高安裝「動態平衡機組」的樓棟供熱質量，在安裝過程中和安裝後，對這些樓棟進行流量調節均不會導致系統中其他樓棟的流量、壓力變化，但可以根據安裝「動態平衡機組」的樓棟面積佔總供熱負荷面積的比例，經過計算適當降低換熱站原設計水泵的流量、揚程參數；可適當減小二次幹管管徑。
③在一個熱水集中供暖系統中的全部樓棟(戶供暖管網1)熱力入口處安裝動態平衡機組可實現該供暖系統動態平衡隨負荷調節，對任何樓棟進行流量調節均不會導致系統中其他樓棟的流量、壓力變化。可按照二次幹管輸送熱媒所需的流量和資用壓頭計算換熱站水泵的流量、揚程參數，可全面減小二次幹管管徑，安裝動態平衡機組後降低了系統整體電耗和熱耗。
在熱水集中供暖系統中，通過本發明的布置方法的實施應用，可以增大二次網幹管供回水溫差、減小其流量，以提高二次網運行效率，使熱網循環水泵電耗降低50%以上。因二次網幹管所需負載的流量減小，所以可將二次網幹管管徑縮小，以節約管網建設投資。
本發明的布置方法既可以應用在一種分布式熱水集中供暖系統中，也可以應用在傳統布置的熱水集中供暖系統中，尤其適用於分戶熱計量供暖系統。將本方法應用於熱水集中供暖系統的熱網幹管與用戶的連接處，形成二次/三次循環迴路，其環路之間的流量調節互不影響，實現了變流量運行。可隨用戶調節的負荷變化進行動態平衡調節。本發明的布置方法亦可有效改善因資用壓頭不足造成的建築物內熱網循環不利的問題，可顯著提高對熱網末端的供熱效果。
權利要求
1.一種基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法，包括動態平衡機組，將總 供暖管網的回水管線⑶通過總熱網循環泵(14)連接鍋爐(13)的進口端，用總供暖管網 的供水管線(7)連接鍋爐(13)的出口端，其特徵在於使總供暖管網的回水管線(8)通過 一級動態平衡機組(12)的回水過流器、總熱網循環泵(14)與鍋爐(13)的進口端連接，而 將供水管線(7)通過一級動態平衡機組(12)的進水過流器、總進水循環泵(11)連通換熱 器(5)輸入端進水口，再將總供暖管網的回水管線(8)通過總級平衡閥(9)連通換熱器(5) 輸入端出水口 ；換熱器(5)輸出端出水口、輸出端進水口分別連接每一分供暖管路的供水 管線、回水管線，將輸出端循環泵(6)串通在每一分供暖管路的回水管線上，用戶供暖管網 (1)的出口端通過二級動態平衡機組的回水過流器(2)、次級平衡閥(3)連接每一分供暖管 網的回水管線，每一分供暖管網的進水管線通過二級動態平衡機組(2)的進水過流器、輸 入端循環泵(4)連接用戶供暖管網(1)的進口端。
2.根據權利要求1所述的基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法，其特徵 是所用的總級平衡閥(9)為手動平衡閥、自力式平衡閥或者數字鎖定平衡閥或角式平衡 閥；所用的次級平衡閥(3)為手動平衡閥、自力式平衡閥或者數字鎖定平衡閥或角式平衡 閥。
3.根據權利要求1所述的基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法，其特徵 是在與用戶供暖管網(1)的進口端和出口端分別連接的進水管線和出水管線上分別安裝 進口端溫度傳感器(18)和出口端溫度傳感器(19)，在室外設置另一室外溫度傳感器(15)， 位於用戶供暖管網(1)進口端的溫度傳感器(18)、出口端溫度傳感器(19)及室外溫度傳感 器(15)分別用線配合連接可編程控制器(16)，該可編程控制器(16)通過控制線路連接變 頻器(17)，再將變頻器(17)通過線纜連接輸入端循環泵(4)。
全文摘要
本發明公開了一種基於熱水供暖系統中動態平衡機組技術的布置方法，將回水管線通過總熱網循環泵連接鍋爐進口端，用供水管線連接鍋爐出口端，總供暖管網的回水管線通過一級動態平衡機組回水過流器、總熱網循環泵與鍋爐進口端連接，將供水管線通過一級動態平衡機組進水過流器、總進水循環泵連通換熱器輸入端進水口，再將總供暖管網回水管線通過總級平衡閥連通換熱器輸入端出水口；換熱器輸出端出水口、輸出端進水口分別連接分供暖管路的供水管線、回水管線，將輸出端循環泵串通在分供暖管路回水管線上，用戶供暖管網出口端通過二級動態平衡機組回水過流器、次級平衡閥連接分供暖管網回水管線，分供暖管網進水管線通過二級動態平衡機組進水過流器、輸入端循環泵連接用戶供暖管網進口端。本發明可使熱網幹管流量減小，減小幹管設計管徑，節約熱網建設成本。
文檔編號F24D19/10GK101846355SQ20101011448
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月26日 優先權日2010年2月26日
發明者何偉 申請人:新疆孚德節能工程有限公司, 何偉