CN109405056A - 一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，包括以下步骤：概算供热侧设计热负荷、计算供热侧循环水量、***启动、计算供热侧热负荷、计算供热侧供水温度、用户侧供水温度调整本发明可以在同热源***中有效地分离供热侧和蓄热侧之间的影响，一方面对供热侧实现了按需供热、稳定运行，另一方面蓄热侧可以高温稳定蓄热，使边蓄边供的过程简单化、高效化。本发明的调温过程是热源出水与供热侧回水调整比例的混流过程，在整个调温过程中，不损失***整体的热能，有效的提高了热源的制热效率。本发明是使供热侧整体采用质调节的方式，实现供热量和需热量的平衡。管理简单，操作方便，网路水力工况稳定。
Description
技术领域
本发明属于供热调节方法领域，具体涉及一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法。
背景技术
同热源***的供热和蓄热过程中，应该能同时满足按需供热和高效蓄热。为实现按需供热，当用户热负荷变化时，需要对供热***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的情况。
在水蓄热***中，首先加热蓄热介质——水，并将其储存在蓄热水箱中。为了能利用蓄热时间充分蓄能，首先应保证水箱进水维持在高温状态。但在同热源的供热蓄热***中，对用户供热的同时还需要对水箱进行蓄热，如果***整体采用质调节的方式，即以供热为主，为达到供需平衡，供热侧在不同室外温度的影响下所需供水温度不同，由于是同热源出水，所以会直接影响水箱的进水温度，从而降低水箱的蓄热效率，甚至难以达到最高蓄热温度；如采***整体采用量调节的调节方法，蓄热侧可以保证高温蓄热，但是供热侧会因为热负荷的变化引起***内循环水流量的变化，可能会影响用户的室内温度，甚至产生水力失调的后果。
为解决单一调节的方式带来的问题，目前，国内常采用调整水泵转速或调整锅炉功率来获得流量、温度同时变化的运行方式解决，但这种运行方式涉及变量过多，并不能精确控制所需变量，严重影响了***的稳定性，导致运行能耗的增加，甚至影响了供热***的调节性能。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法。
本发明的技术方案是：一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，包括以下步骤：
ⅰ.概算供热侧设计热负荷
采用体积热指标法或面积热指标法概算供热侧设计热负荷。
ⅱ.计算供热侧循环水量
根据步骤ⅰ中的供热侧设计热负荷，计算出供热侧循环水量。
ⅲ***启动
启动同热源***进行供热和蓄热，并保证蓄热侧的恒定高温蓄热；
ⅳ.计算供热侧热负荷
设置控制周期，在控制周期时间段内，根据室外温度变化计算供暖所需热负荷。
ⅴ.计算供热侧供水温度
在控制周期内，用户侧流量不变，根据室外天气变化，通过改变用户侧供水温度，维持回水温度不变来实现供热量和需热量平衡。
ⅵ.用户侧供水温度调整
用户侧循环流量一定，通过改变用户侧的供水温度，实现供热量与需热量平衡，根据供热侧供水温度计算混流流量，从而调节控制阀门。
步骤ⅰ中用体积热指标法概算供热侧设计热负荷的公式如下：
Q’n＝qvVw(tn-t’w)×10-3kW
其中，Q’n——建筑物的供暖设计热负荷，kW；
Vw——建筑物***体积，m3；
Tn——供暖室内计算温度，℃；
t’w——供暖室外计算温度，℃；
qv——建筑物的供暖体积热指标，W/(m3·℃)，qv表示各类建筑物，在室内外温差1℃时，每1m3建筑物***体积的供暖热负荷。
步骤ⅰ中用面积热指标法概算供热侧设计热负荷的公式如下：
Q’n＝qf·F×10-3kW
其中，Q’n——建筑物的供暖设计热负荷，kW；
F——建筑物的建筑面积，㎡；
qf——建筑物的供暖面积热指标，W/m2，qf表示每1㎡建筑面积的供暖热负荷。
步骤ⅱ中供热侧循环水量可以用以下公式进行确定：
其中，Q’n——供暖侧设计热负荷；
τ’1——网路的设计供水温度，℃，
τ’2——网路的设计回水温度，℃，
c——水的质量比热，c＝4.1868kJ/(kg·℃)＝1kcal/(kg·℃)，
所述设计供水温度为热源的最高出水温度，即T’g；所述设计回水温度为T’h；
则供热侧循环水量
步骤ⅲ的***启动具体包括以下步骤：
***正式投入运行前，回水分流管控制阀门、供水分流管控制阀门关闭，蓄热侧控制阀门开启，供热侧控制阀门开启；
启动热源，热源出水温度Tg保持不变，具体值为T’g，调整热源循环水量，热源出水流量G11保持不变，具体值为G’11，热源出水流量等于用户侧循环流量Gm与蓄热侧循环流量Gx之和，即G11＝Gm+Gx；根据回水温度热源自行调整功率；
启动蓄热侧水泵，保持功率不变，保证蓄热侧循环流量Gx流量一定，保证蓄热侧的恒定高温蓄热。
步骤ⅳ中供暖所需热负荷的计算公式如下：
设置控制周期为T，在T时间段内，根据室外温度变化计算供暖所需热负荷为Q，
式中：
Q’n——供热侧设计热负荷；
ti——采暖室内设计温度，℃，一般取ti＝18℃；
tw——周期T内，预测T周期内的平均室外温度，℃；
t0——采暖室外计算温度，℃。
步骤ⅴ计算供热侧供水温度，具体包括以下步骤：
在控制周期T内，用户侧流量Gm不变，根据室外天气变化，通过改变用户侧供水温度Tm，维持回水温度Th不变来实现供热量和需热量平衡；
式中Q——控制周期T内，供热侧热负荷；
c——水的质量比热，c＝4.1868kJ/(kg·℃)＝1kcal/(kg·℃)；
G’m——供热侧设计循环水量，m3/h；
T’h——供热侧回水设计温度，℃。
步骤ⅵ用户侧供水温度调整，包括以下步骤：
用户侧循环流量一定，通过改变用户侧的供水温度，实现供热量与需热量平衡。
保证用户侧热源出水流量G11和用户侧流量Gm不变且相等，即G11＝Gm；
调整达到用户侧供水温度Tm，具体如下：混流后的回水分流一部分与热源出水混合，回水分流温度为Tx，流量为G12；热源出水温度为T’g，流量为G11；供水混流温度为Tm，流量为G1，供水混流节点满足流量平衡和热量平衡，流量平衡即G1＝G11+G12；
为使混流温度达到Tm，高温流体放热量与低温流体吸热量相同，即cG12(Tm-Tx)＝cG11(T’g-Tm)
调整达到用户侧供水流量Gm，具体如下：温度为Tm，流量为G1的混流水，分流出一部分与回水混流，流回热源，供水分流温度为Tm，供水分流流量G13与回水分流流量G12相等；回水温度为Th，流量为Gm；混流流量为G1，温度为TX，回水混流节点满足流量平衡和热量平衡，流量平衡即G1＝G13+Gm；
高温流体放热量与低温流体吸热量相同，即cG13(Tm-Tx)＝cGm(Tx-T’h)
使G12＝G13,Gm＝G11，保证供热侧循环流量不变，即Gm＝G’m
使Tx-T’h＝T’g-Tm＝△T，计算出混流回水温度Tx＝Tg’-Tm+T’h
综合以上算式，可以根据供热侧供水温度Tm计算混流流量
开启回水分流管控制阀门、供水分流管控制阀门，调整回水管控制阀门、供水管控制阀门至相应的同样开度，控制流量至所计算数值G12，为保证用户侧流量和用户侧热源出水流量保持不变，调整供热侧变频水泵流量，使混流流量满足用户侧循环流量和分流流量的要求，即G1＝Gm+G13。
本发明的的有益效果是：
1、本发明可以在同热源***中有效地分离供热侧和蓄热侧之间的影响，一方面对供热侧实现了按需供热、稳定运行，另一方面蓄热侧可以高温稳定蓄热，使边蓄边供的过程简单化、高效化。
2、本方法调温过程是热源出水与供热侧回水调整比例的混流过程，在整个调温过程中，不损失***整体的热能，有效的提高了热源的制热效率。
3、本发明是使供热侧整体采用质调节的方式，实现供热量和需热量的平衡。管理简单，操作方便，网路水力工况稳定。
4、本发明操作简单，合理高效。整个过程可实现全自动控制，可使调控方案优化，减少了供热过程中的人工消耗。
5、本发明可以使蓄热过程不受供热过程中质调节的影响，从而提高蓄热效率，充分发挥边蓄边供的优越性。如果热源为电锅炉从而利用谷电时间高温蓄热，既缓解了高峰电力供需缺口，又促进了电力资源的优化配置。
6、本发明可以使***运行费用大幅降低，具有显著的经济优势，更有利于大范围推广使用。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的结构示意图；
其中：
1热源 2蓄热水箱
3热用户 4供水混流节点
5回水混流节点 6回水分流管控制阀门
7供水分流管控制阀门 8蓄热侧控制阀门
9供热侧控制阀门 10蓄热侧水泵
11供热侧变频水泵。
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1～2所示，本发明所基于的同热源***包括热源1，所述热源1的出水端通过供水管与热用户3连通，通过蓄热供水管与蓄热水箱2连通，所述热源1的回水端通过回水管与热用户3连通，通过蓄热回水管与蓄热水箱2连通，
所述供水管、回水管之间设置有供水分流管和回水分流管，所述回水分流管与供水管的连通处为供水混流节点4，所述供水分流管与回水管的连通处为回水混流节点5，所述回水分流管中设置有回水分流管控制阀门6，所述供水分流管中设置有供水分流管控制阀门7。
所述蓄热供水管中设置有蓄热侧控制阀门8，所述供水管中设置有供热侧控制阀门9，所述蓄热回水管中设置有蓄热侧水泵10，所述回水管中设置有供热侧变频水泵。
一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，包括以下步骤：
ⅰ.概算供热侧设计热负荷
采用体积热指标法或面积热指标法概算供热侧设计热负荷。
ⅱ.计算供热侧循环水量
根据步骤ⅰ中的供热侧设计热负荷，计算出供热侧循环水量。
ⅲ***启动
启动同热源***进行供热和蓄热，并保证蓄热侧的恒定高温蓄热；
ⅳ.计算供热侧热负荷
设置控制周期，在控制周期时间段内，根据室外温度变化计算供暖所需热负荷。
ⅴ.计算供热侧供水温度
在控制周期内，用户侧流量不变，根据室外天气变化，通过改变用户侧供水温度，维持回水温度不变来实现供热量和需热量平衡。
ⅵ.用户侧供水温度调整
用户侧循环流量一定，通过改变用户侧的供水温度，实现供热量与需热量平衡，根据供热侧供水温度计算混流流量，从而调节控制阀门。
步骤ⅰ中用体积热指标法概算供热侧设计热负荷的公式如下：
Q’n＝qvVw(tn-t’w)×10-3kW
其中，Q’n——建筑物的供暖设计热负荷，kW；
Vw——建筑物***体积，m3；
Tn——供暖室内计算温度，℃；
t’w——供暖室外计算温度，℃；
qv——建筑物的供暖体积热指标，W/(m3·℃)，qv表示各类建筑物，在室内外温差1℃时，每1m3建筑物***体积的供暖热负荷。
步骤ⅰ中用面积热指标法概算供热侧设计热负荷的公式如下：
Q’n＝qf·F×10-3kW
其中，Q’n——建筑物的供暖设计热负荷，kW；
F——建筑物的建筑面积，㎡；
qf——建筑物的供暖面积热指标，W/m2，qf表示每1㎡建筑面积的供暖热负荷。
步骤ⅱ中供热侧循环水量可以用以下公式进行确定：
其中，Q’n——供暖侧设计热负荷；
τ’1——网路的设计供水温度，℃，
τ’2——网路的设计回水温度，℃，
c——水的质量比热，c＝4.1868kJ/(kg·℃)＝1kcal/(kg·℃)，
所述设计供水温度为热源的最高出水温度，即T’g；所述设计回水温度为T’h；
则供热侧循环水量
步骤ⅲ的***启动具体包括以下步骤：
***正式投入运行前，回水分流管控制阀门6、供水分流管控制阀门7关闭，蓄热侧控制阀门8开启，供热侧控制阀门9开启；
启动热源1，热源1出水温度Tg保持不变，具体值为T’g，调整热源循环水量，热源1出水流量G11保持不变，具体值为G’11，热源1出水流量等于用户侧循环流量Gm与蓄热侧循环流量Gx之和，即G11＝Gm+Gx；根据回水温度热源自行调整功率；
启动蓄热侧水泵10，保持功率不变，保证蓄热侧循环流量Gx流量一定，保证蓄热侧的恒定高温蓄热。
步骤ⅳ中供暖所需热负荷的计算公式如下：
设置控制周期为T，在T时间段内，根据室外温度变化计算供暖所需热负荷为Q，
式中：
Q’n——供热侧设计热负荷；
ti——采暖室内设计温度，℃，一般取ti＝18℃；
tw——周期T内，预测T周期内的平均室外温度，℃；
t0——采暖室外计算温度，℃。
步骤ⅴ计算供热侧供水温度，具体包括以下步骤：
在控制周期T内，用户侧流量Gm不变，根据室外天气变化，通过改变用户侧供水温度Tm，维持回水温度Th不变来实现供热量和需热量平衡；
式中Q——控制周期T内，供热侧热负荷；
c——水的质量比热，c＝4.1868kJ/(kg·℃)＝1kcal/(kg·℃)；
G’m——供热侧设计循环水量，m3/h；
T’h——供热侧回水设计温度，℃。
步骤ⅵ用户侧供水温度调整，包括以下步骤：
用户侧循环流量一定，通过改变用户侧的供水温度，实现供热量与需热量平衡。
保证用户侧热源出水流量G11和用户侧流量Gm不变且相等，即G11＝Gm；
调整达到用户侧供水温度Tm，具体如下：混流后的回水分流一部分与热源出水混合，回水分流温度为Tx，流量为G12；热源出水温度为T’g，流量为G11；供水混流温度为Tm，流量为G1，供水混流节点满足流量平衡和热量平衡，流量平衡即G1＝G11+G12；
为使混流温度达到Tm，高温流体放热量与低温流体吸热量相同，即cG12(Tm-Tx)＝cG11(T’g-Tm)
调整达到用户侧供水流量Gm，具体如下：温度为Tm，流量为G1的混流水，分流出一部分与回水混流，流回热源，供水分流温度为Tm，供水分流流量G13与回水分流流量G12相等；回水温度为Th，流量为Gm；混流流量为G1，温度为TX，回水混流节点满足流量平衡和热量平衡，流量平衡即G1＝G13+Gm；
高温流体放热量与低温流体吸热量相同，即cG13(Tm-Tx)＝cGm(Tx-T’h)
使G12＝G13,Gm＝G11，保证供热侧循环流量不变，即Gm＝G’m
使Tx-T’h＝T’g-Tm＝△T，计算出混流回水温度Tx＝Tg’-Tm+T’h
综合以上算式，可以根据供热侧供水温度Tm计算混流流量
开启回水分流管控制阀门6、供水分流管控制阀门7，调整回水分流管控制阀门6、供水分流管控制阀门7至相应的同样开度，控制流量至所计算数值G12，为保证用户侧流量和用户侧热源出水流量保持不变，调整供热侧变频水泵11流量，使混流流量满足用户侧循环流量和分流流量的要求，即G1＝Gm+G13。
在下一个控制周期T内，根据天气变化依照以上方法继续调节，依次重复步骤ⅳ、步骤ⅴ、步骤ⅵ。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(ⅰ)概算供热侧设计热负荷
采用体积热指标法或面积热指标法概算供热侧设计热负荷；
(ⅱ)计算供热侧循环水量；
根据步骤(ⅰ)中的供热侧设计热负荷，计算出供热侧循环水量；
(ⅲ)***启动
启动同热源***进行供热和蓄热，并保证蓄热侧的恒定高温蓄热；
(ⅳ)计算供热侧热负荷
设置控制周期，在控制周期时间段内，根据室外温度变化计算供暖所需热负荷；
(ⅴ)计算供热侧供水温度
在控制周期内，假定用户侧流量不变，回水温度不变，根据步骤(ⅳ)中计算的供热侧热负荷计算供热侧供水温度；
(ⅵ)用户侧供水温度调整
根据供热侧供水温度计算混流流量，从而调节控制阀门，保证用户侧循环流量不变，通过改变用户侧的供水温度，实现供热量与需热量平衡。
2.根据权利要求1所述的一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中用体积热指标法概算供热侧设计热负荷的公式如下：
Q’n＝qvVw(tn-t’w)×10-3kW
其中，Q’n——建筑物的供暖设计热负荷，kW；
Vw——建筑物***体积，m3；
Tn——供暖室内计算温度，℃；
t’w——供暖室外计算温度，℃；
qv——建筑物的供暖体积热指标，W/(m3·℃)，qv表示各类建筑物，在室内外温差1℃时，每1m3建筑物***体积的供暖热负荷。
3.根据权利要求1所述的一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中用面积热指标法概算供热侧设计热负荷的公式如下：
Q’n＝qf·F×10-3kW
其中，Q’n——建筑物的供暖设计热负荷，kW；
F——建筑物的建筑面积，㎡；
qf——建筑物的供暖面积热指标，W/m2，qf表示每1㎡建筑面积的供暖热负荷。
4.根据权利要求1所述的一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：步骤(ⅱ)中供热侧循环水量可以用以下公式进行确定：
其中，Q’n——供暖侧设计热负荷；
τ’1——网路的设计供水温度，℃，
τ’2——网路的设计回水温度，℃，
c——水的质量比热，c＝4.1868kJ/(kg·℃)＝1kcal/(kg·℃)，
所述设计供水温度为热源的最高出水温度，即T’g；所述设计回水温度为T’h；
则供热侧循环水量
5.根据权利要求1所述的一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：步骤(ⅲ)的***启动具体包括以下步骤：
***正式投入运行前，回水分流管控制阀门、供水分流管控制阀门关闭，蓄热侧控制阀门开启，供热侧控制阀门开启；
启动热源，热源出水温度Tg保持不变，具体值为T’g，调整热源循环水量，热源出水流量G11保持不变，具体值为G’11，热源出水流量等于用户侧循环流量Gm与蓄热侧循环流量Gx之和，即G11＝Gm+Gx；热源根据回水温度热源自行调整功率；
启动蓄热侧水泵，保持功率不变，保证蓄热侧循环流量Gx流量一定，保证蓄热侧的恒定高温蓄热。
6.根据权利要求1所述的一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：步骤(ⅳ)中供暖所需热负荷的计算公式如下：
设置控制周期为T，在T时间段内，根据室外温度变化计算供暖所需热负荷为Q，
式中：
Q’n——供热侧设计热负荷；
ti——采暖室内设计温度，℃，一般取ti＝18℃；
tw——周期T内，预测T周期内的平均室外温度，℃；
t0——采暖室外计算温度，℃。
7.根据权利要求1所述的一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：步骤(ⅴ)计算供热侧供水温度，具体包括以下步骤：
在控制周期T内，用户侧流量Gm不变，根据室外天气变化，通过改变用户侧供水温度Tm，维持回水温度Th不变来实现供热量和需热量平衡；
式中Q——控制周期T内，供热侧热负荷；
c——水的质量比热，c＝4.1868kJ/(kg·℃)＝1kcal/(kg·℃)；
G’m——供热侧设计循环水量，m3/h；
T’h——供热侧回水设计温度，℃。
8.根据权利要求1所述的一种同热源***供热和蓄热解耦运行的方法，其特征在于：步骤(ⅵ)用户侧供水温度调整，包括以下步骤：
用户侧循环流量一定，通过改变用户侧的供水温度，实现供热量与需热量平衡。
保证用户侧热源出水流量G11和用户侧流量Gm不变且相等，即G11＝Gm；
调整达到用户侧供水温度Tm，具体如下：混流后的回水分流一部分与热源出水混合，回水分流温度为Tx，流量为G12；热源出水温度为T’g，流量为G11；供水混流温度为Tm，流量为G1，供水混流节点满足流量平衡和热量平衡，流量平衡即G1＝G11+G12；
为使混流温度达到Tm，高温流体放热量与低温流体吸热量相同，即cG12(Tm-Tx)＝cG11(T’g-Tm)
调整达到用户侧供水流量Gm，具体如下：温度为Tm，流量为G1的混流水，分流出一部分与回水混流，流回热源，供水分流温度为Tm，供水分流流量G13与回水分流流量G12相等；回水温度为Th，流量为Gm；混流流量为G1，温度为TX，回水混流节点满足流量平衡和热量平衡，流量平衡即G1＝G13+Gm；
高温流体放热量与低温流体吸热量相同，即cG13(Tm-Tx)＝cGm(Tx-T’h)
使G12＝G13,Gm＝G11，保证供热侧循环流量不变，即Gm＝G’m
使Tx-T’h＝T’g-Tm＝△T，计算出混流回水温度Tx＝Tg’-Tm+T’h
综合以上算式，可以根据供热侧供水温度Tm计算混流流量
开启回水分流管控制阀门、供水分流管控制阀门，调整回水管控制阀门、供水管控制阀门至相应的同样开度，控制流量至所计算数值G12，为保证用户侧流量和用户侧热源出水流量保持不变，调整供热侧变频水泵流量，使混流流量满足用户侧循环流量和分流流量的要求，即G1＝Gm+G13。
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