CN115059959A - 基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***及其运行方法 - Google Patents

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CN115059959A CN202210707103.6A CN202210707103A CN115059959A CN 115059959 A CN115059959 A CN 115059959A CN 202210707103 A CN202210707103 A CN 202210707103A CN 115059959 A CN115059959 A CN 115059959A
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王志强
刘耀翔
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乔磊
刘明杰
尚海军
齐建芬
苏虹
刘圣冠
郝宇丹
贺凯
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Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
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Xian Xire Energy Saving Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***及其运行方法，在用户侧不同楼宇的回水支管上设置流量调节阀，同时在每栋楼的用户家里装设室温监测表，以室温监测表反馈的室内温度调节流量调节阀开度，以控制不同热用户的热网循环水流量，从而达到控制供热量的目的，将所有用户采暖季室温维持在设定温度，实现全网水力与热量平衡，避免能量浪费，实现节能减排；为了保证热源调峰时段的用户供热质量，在换热站内增设压缩式热泵，在一网供水温度不足时提取一网回水中的低品位热量加热二网供水，保证用户侧供水温度，保证调峰时段的二网供热量，提高供热***安全可靠性。

Description

基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***及其运行方法
技术领域
本发明属于智能供热技术领域，尤其涉及一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***及其运行方法。
背景技术
北方寒冷地区采暖季供热手段主要依靠集中供热***，而其能耗在建筑全部能耗中占比巨大，随着“碳达峰、碳中和”政策以及经济发展与能源之间的矛盾凸显，节能减排是目前能源相关行业的重要方向。建筑节能不只局限于建筑本体的围护结构节能，更主要的是供热***的节能降耗，目前集中供热***常常面临的问题是用户冷热不均，由于各用户的建筑结构与地理位置不同，导致热负荷差异较大，而二次网主要以保证最大热负荷用户的室温为标准运行，使其他部分用户室温严重超标，造成巨大热量及输送成本的浪费。另一方面，夜间风电上网电量多，作为集中供热***热源的热电联产机组多在夜间调峰，此时热负荷需求大，机组供热能力不足，导致用户供热质量严重下降，投诉率升高，制约集中供热***的发展。
发明内容
为解决现有技术中的问题：一是用户冷热不均；二是在热源调峰期，机组的供热能力不足，本发明提供一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***及其运行方法，在用户侧不同楼宇的回水支管上设置流量调节阀，同时在每栋楼的用户家里装设室温监测表，以室温监测表反馈的室内温度调节流量调节阀开度，以控制不同热用户的热网循环水流量，从而达到控制供热量的目的，将所有用户采暖季室温维持在设定温度，实现全网水力与热量平衡，避免能量浪费，实现节能减排；为了保证热源调峰时段的用户供热质量，在换热站内增设压缩式热泵，在一网供水温度不足时提取一网回水中的低品位热量加热二网供水，保证用户侧供水温度，保证调峰时段的二网供热量，提高供热***安全可靠性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，包括换热站和与其连接的多个热用户，其中，换热站包括：一网供水管，一网回水管，换热器，二网供水管，二网回水管，循环水泵和压缩式热泵；
所述一网供水管和一网回水管分别与换热器的高温测相连；
所述二网供水管包括母管以及位于母管末端的多个供水支管；所述二网回水管包括母管以及位于母管末端的多个回水支管；
所述二网供水管的母管和二网回水管的母管分别与换热器的低温测相连；
所述循环水泵设置在二网供水的母管上，用于调节换热器的换热量；
所述二网供水管的支管与热用户的供水端相连；所述二网回水管的支管与热用户的回水端相连；
所述二网供水管的支管上设有流量调节阀，用于调节热用户的供水流量；
所述热用户室内设有室温监测表，用于监测室温；
所述压缩式热泵的高温侧连接有高温供水管和高温回水管，所述高温供水管与二网供水管母管相连，所述高温回水管与二网回水管母管相连，使得压缩式热泵与换热器形成并联；
所述压缩式热泵的低温侧连接有低温供水管和低温回水管，所述低温供水管和低温回水管分别与一网回水管以回水流向依次相连且在两个连通处之间设有截止阀A；
所述低温供水管上设有截止阀B；所述低温回水管上设有截止阀C；所述高温供水管上设有截止阀D；所述高温回水管上设有截止阀E。
进一步地，所述二网回水管的母管上设有用于调节换热器回水流量的流量调节阀e。
进一步地，所述压缩式热泵包括：压缩机，冷凝器，蒸发器及节流机构；
所述压缩机一侧与蒸发器的第一出口相连，另一侧与冷凝器的第一入口相连；
所述蒸发器的第一入口与低温供水管先连，蒸发器的第二出口通过与低温回水管相连；
所述冷凝器的第一出口与高温供水管相连，冷凝器的第二入口与高温回水管相连；
所述蒸发器的第二入口与冷凝器的第二出口相连，所述节流机构设在蒸发器与冷凝器的连接管上。
进一步地，所述节流机构为膨胀阀。
进一步地，当***正常运行时，截止阀A打开，截止阀B、截止阀C、截止阀D、截止阀E关闭。
进一步地，当***处于热源调峰期，截止阀A关闭，截止阀B、截止阀C、截止阀D、截止阀E打开。
进一步地，所述高温供水管上设有流量调节阀f。
进一步地，所述换热器为板式换热器。
进一步地，所述热用户为楼宇。
一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***的运行方法，具体步骤如下：
当基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***在正常运行时，打开截止阀A，关闭截止阀B、截止阀C、截止阀D和截止阀E，一网水经一网供水管进入换热器将热量传递给二网水，二网水经过母管上的热网循环水泵升压后通过二网供水支管供至用户，由室温检测表对室内温度进行实时检测，***会根据室温检测表反馈数据调节二网供水支管上流量调节阀的开度大小，散热后依次经过二网回水支管和二回水母管送回换热器，再由换热器通过一网回水管将回水送回至热源处，具体运行情况如下：
1)当监测室温高于设定值时，将二网供水支管上流量调节阀的开度关小；
2)当监测室温低于设定值时，将二网供水支管上流量调节阀的开度开大；
3)当某一热用户的流量调节阀全开且监测室温低于设定值，而其他用户室温达到设定值时，提高热网循环水泵频率；
4)当所有热用户流量调节阀开度都小于100％且检测室温均不小于设定值时，降低热网循环水泵频率；
当基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***在热源参与调峰期间运行时，即当循环水泵工频且存在热用户流量调节阀全开且室内温度仍不足设定值时，关闭截止阀A，打开截止阀B、截止阀C、截止阀D和截止阀E，启动压缩式热泵，二网回水一部分按原路流回换热器内，再从换热器由一网回水管经低温供水管送至压缩式热泵，压缩式热泵启动后将热量通过高温供水管重新送回二网供水管母管中，对二网供水进行加热；二网回水另一部分由高温回水管流回压缩式热泵内，压缩式热泵内的低温回水流经低温回水管由一网回水管送回至热源处，以此完成热循环。
相比现有技术，本发明具有的有益效果如下：
一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其优点有：
(1)通过在用户室内设置温度监测表表及流量调节阀，实现用户侧精准供热，消除各用户冷热不均导致的热量浪费问题，提高供热***运行能效。
(2)利用压缩式热泵在热源深度调峰供热能力不足时段提取一网回水热量加热二网供水，保证调峰期间的用户供热量，挺高供热***运行安全可靠性。
(3)通过末端精准供热调节降低二网循环水流量，从而降低换热站内循环水泵电耗，降低热网输送成本。
(4)通过“源-网-荷”一体化协同运行调节，在保障用户热负荷需求的条件下深度挖掘供热***节能空间，建设或改造投资小，可极大降低运行成本及碳排放量。
进一步地，本发明通过联合调节在二网回水管上和高温供水管上设置的流量调节阀，更好地实现对分配进入换热器和压缩式热泵的流量控制。
进一步地，本发明采用膨胀阀作为压缩机热泵的节流机构，具有更好地调节能力。
进一步地，本发明的换热器采用板式换热器，可大大提升换热效果。
进一步地，本发明中的热用户为楼宇用户，供热***提供的供热效果更加显著。
本发明还提供一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热的运行方法，利用室温监测表反馈温度调节流量调节阀开度，用于控制进入每栋楼的二网循环水流量，达到精准供热控制室温的目的，降低供热***运行电耗与热耗；当热源调峰时段一网供热量不足时，利用热泵提取一网回水热量加热二网供水，补充热量不足部分空缺，保证用户热负荷需求，提高供热安全可靠性。
附图说明
图1是本发明一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***的结构示意图。
附图标记：
1-板式换热器；2-循环水泵；3-流量调节阀e；4-流量调节阀a；5-室温监测表A；6-流量调节阀b；7-室温监测表B；8-流量调节阀c；9-室温监测表C；10-流量调节阀d；11-室温监测表D；。12-截止阀A；13-截止阀B；14-截止阀C；15-截止阀D；16-流量调节阀f；17-截止阀E；18-压缩机；19-冷凝器；20-膨胀阀；21-蒸发器。
具体实施方式
一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，包括换热站和和与其连接的多个热用户，其中，换热站包括一网供水管，一网回水管，换热器，二网供水管，二网回水管，循环水泵和压缩式热泵；
所述换热器为板式换热器1。
所述一网供水管和一网回水管分别与换热器的高温测相连；
所述二网供水管包括母管以及位于母管末端的多个供水支管；所述二网回水管包括母管以及位于母管末端的多个回水支管；
所述二网供水管的母管和二网回水管的母管分别与换热器的低温测相连；
所述循环水泵设置在二网供水的母管上，用于调节换热器的换热量；
所述二网回水管的母管上设有用于调节换热器回水流量的流量调节阀e3。
所述二网供水管的支管与热用户的供水端相连；所述二网回水管的支管与热用户的回水端相连；
所述二网供水支管上设有用于调节热用户的供水流量的流量调节阀设置，；
所述热用户室内设有用于监测室温的室温监测表；
所述热用户为楼宇用户；
所述压缩式热泵的高温侧连接有高温供水管和高温回水管，所述高温供水管与二网供水管母管相连，所述高温回水管与二网回水管母管相连，使得压缩式热泵与换热器形成并联；
所述高温供水管上设有流量调节阀f16。
所述压缩式热泵的低温侧连接有低温供水管和低温回水管，所述低温供水管和低温回水管分别与一网回水管以回水流向依次相连且在两个连通处之间设有截止阀A12；
所述低温供水管上设有截止阀B13；所述低温回水管上设有截止阀C14；所述高温供水管上设有截止阀D15；所述高温回水管上设有截止阀E17。
所述压缩式热泵包括：压缩机18，冷凝器19，蒸发器21及节流机构；
所述压缩机18一侧与蒸发器21的第一出口相连，另一侧与冷凝器19的第一入口相连；
所述蒸发器21的第一入口与低温供水管先连，蒸发器21的第二出口与低温回水管相连；
所述冷凝器19的第一出口与高温供水管相连，冷凝器19的第二入口与高温回水管相连；
所述蒸发器21的第二入口与冷凝器19的第二出口相连，所述节流机构(膨胀阀20)设在蒸发器21与冷凝器19的连接管上。
当***正常运行时，截止阀A12打开，截止阀B13、截止阀C14、截止阀D15、截止阀E17关闭。
当***处于热源调峰期，截止阀A12关闭，截止阀B13、截止阀C14、截止阀D15、截止阀E17打开。
本发明提供一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***的运行方法，具体步骤如下：
当基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***在正常运行时，打开截止阀12A，关闭截止阀B13、截止阀C14、截止阀D15和截止阀E17，一网水经一网供水管进入换热器将热量传递给二网水，二网水经过母管上的热网循环水泵2升压后通过二网供水支管供至热用户，由室温检测表对室内温度进行实时检测，***会根据室温检测表反馈数据调节二网供水支管上流量调节阀的开度大小，散热后依次经过二网回水支管和二回水母管送回换热器，再由换热器通过一网回水管将回水送回至热源处，具体运行情况如下：
1)当监测室温高于设定值时，将二网供水支管上流量调节阀的开度关小；
2)当监测室温低于设定值时，将二网供水支管上流量调节阀的开度开大；
3)当某一热用户的流量调节阀全开且监测室温低于设定值，而其他热用户室温达到设定值时，提高热网循环水泵2频率；
4)当所有热用户流量调节阀开度都小于100％且检测室温均不小于设定值时，降低热网循环水泵2频率；
当基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***在热源参与调峰期间运行时，即当循环水泵工频且存在热用户流量调节阀全开且室内温度仍不足设定值时，关闭截止阀A12，打开截止阀B13、截止阀C14、截止阀D15和截止阀E17，启动压缩式热泵，二网回水一部分按原路流回换热器内，再从换热器由一网回水管经低温供水管送至压缩式热泵，压缩式热泵启动后将热量通过高温供水管重新送回二网供水管母管中，对二网供水进行加热；二网回水另一部分由高温回水管流回压缩式热泵内，压缩式热泵内的低温回水流经低温回水管由一网回水管送回至热源处，以此完成热循环。
下面结合具体的实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***运行时，一网水经供水管进入板式换热器1将热量传递给二网水，经一网回水管送回热源处，二网回水经母管上的热网循环水泵2升压后送入板式换热器1内吸收一网水的热量，然后经二网供水管分别送至不同楼宇用户内，以#1楼为例，二网供水经#1楼的供水支管供至楼内热用户，散热后经流量调节阀a4回到二网回水母管送回换热站，根据#1楼的室内监测表A5反馈数据调节流量调节阀a4的开度，当室温高于设定值时，将流量调节阀a4的开度关小，当室温低于设定值时，将流量调节阀a4的开度开大，室内监测表A5和流量调节阀a4的联调实现室内温度的精准调控；当#2楼的流量调节阀b6全开的时候室温不足设定值，且其他楼宇的室温达到设定值时，说明二网供热量不足，此时提高热网循环水泵2的频率以提高热网循环水在板式换热器1内的换热量，当所有楼宇的流量调节阀(流量调节阀a4，流量调节阀b6，流量调节阀c8和流量调节阀d10)开度都小于100％且室内温度(通过室内监测表A5，室内监测表B7，室内监测表C9，室内监测表D11监测到的温度)均大于或等于室温设定值时，说明二网供热量过大，此时降低热网循环水泵2的频率，以降低热网循环水在板式换热器1内的换热量；当热源参与调峰导致一网供热量不足时，此时循环水泵2工频且存在所有楼宇流量调节阀全开室内温度仍不足设定值时，此时关闭截止阀A12、打开截止阀B13、截止阀C14、截止阀D15、截止阀E17并启动压缩式热泵，流量调节阀e3、流量调节阀f16联调用于分配进入板式换热器1和冷凝器19的流量，以保证用户二网供水温度，压缩机内部工质在蒸发器21内蒸发吸收一网回水热量，进入压缩机18被压缩至高温高压后进入冷凝器19，在冷凝器19内凝结放热将热量传递给二网水，然后凝结水经膨胀阀20降压后回到蒸发器21完成循环，二网水经热泵与板式换热器1共同加热后满足用户供水温度，在热源调峰时段保障用户热负荷需求。
本发明提供了一种基于热网动态运行特性调节的楼宇***及方法，***供热时一网水的热量通过板式换热器传递给二网水，从换热站经过二次网管道分别输送到不同楼宇的热用户，通过楼宇流量调节阀与室温监测点共同完成热量精准供应；当热源参与调峰一网供热量不足时，启动热泵提取一网回水热量加热二网，用于保证用户热负荷需求。本发明实现了常规供热***由于末端建筑结构不同、热负荷不同导致的各用户冷热不均的问题，充分实现二次网全网水力与热力平衡，降低供热***热耗与电耗，同时解决热源调峰带来的用户供热质量下降的问题，提高供热***安全可靠性。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，包括换热站和与其连接的多个热用户，其中，换热站包括：一网供水管，一网回水管，换热器，二网供水管，二网回水管，循环水泵和压缩式热泵；
所述一网供水管和一网回水管分别与换热器的高温测相连；
所述二网供水管包括母管以及位于母管末端的多个供水支管；所述二网回水管包括母管以及位于母管末端的多个回水支管；
所述二网供水管的母管和二网回水管的母管分别与换热器的低温测相连；
所述循环水泵设置在二网供水的母管上，用于调节换热器的换热量；
所述二网供水管的支管与热用户的供水端相连；所述二网回水管的支管与热用户的回水端相连；
所述二网供水管的支管上设有流量调节阀，用于调节热用户的供水流量；
所述热用户室内设有室温监测表，用于监测室温；
所述压缩式热泵的高温侧连接有高温供水管和高温回水管，所述高温供水管与二网供水管母管相连，所述高温回水管与二网回水管母管相连，使得压缩式热泵与换热器形成并联；
所述压缩式热泵的低温侧连接有低温供水管和低温回水管，所述低温供水管和低温回水管分别与一网回水管以回水流向依次相连且在两个连通处之间设有截止阀A(12)；
所述低温供水管上设有截止阀B(13)；所述低温回水管上设有截止阀C(14)；所述高温供水管上设有截止阀D(15)；所述高温回水管上设有截止阀E(17)。
2.根据权利要求1所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，所述二网回水管的母管上设有用于调节换热器回水流量的流量调节阀e(3)。
3.根据权利要求1所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，所述压缩式热泵包括：压缩机(18)，冷凝器(19)，蒸发器(21)及节流机构；
所述压缩机(18)一侧与蒸发器(21)的第一出口相连，另一侧与冷凝器(19)的第一入口相连；
所述蒸发器(21)的第一入口与低温供水管先连，蒸发器(21)的第二出口通过与低温回水管相连；
所述冷凝器(19)的第一出口与高温供水管相连，冷凝器(19)的第二入口与高温回水管相连；
所述蒸发器(21)的第二入口与冷凝器(19)的第二出口相连，所述节流机构设在蒸发器(21)与冷凝器(19)的连接管上。
4.根据权利要求3所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，所述节流机构为膨胀阀(20)。
5.根据权利要求1所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，当***正常运行时，截止阀A(12)打开，截止阀B(13)、截止阀C(14)、截止阀D(15)、截止阀E(17)关闭。
6.根据权利要求1所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，当***处于热源调峰期，截止阀A(12)关闭，截止阀B(13)、截止阀C(14)、截止阀D(15)、截止阀E(17)打开。
7.根据权利要求1所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，所述高温供水管上设有流量调节阀f(16)。
8.根据权利要求1所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，所述换热器为板式换热器(1)。
9.根据权利要求1所述的一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***，其特征在于，所述热用户为楼宇。
10.一种基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***的运行方法，基于权利要求1-9任一项所述的供热***，具体步骤如下：
当基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***在正常运行时，打开截止阀A(12)，关闭截止阀B(13)、截止阀C(14)、截止阀D(15)和截止阀E(17)，一网水经一网供水管进入换热器将热量传递给二网水，二网水经过母管上的热网循环水泵(2)升压后通过二网供水支管供至用户，由室温检测表对室内温度进行实时检测，***会根据室温检测表反馈数据调节二网供水支管上流量调节阀的开度大小，散热后依次经过二网回水支管和二回水母管送回换热器，再由换热器通过一网回水管将回水送回至热源处，具体运行情况如下：
1)当监测室温高于设定值时，将二网供水支管上流量调节阀的开度关小；
2)当监测室温低于设定值时，将二网供水支管上流量调节阀的开度开大；
3)当某一热用户的流量调节阀全开且监测室温低于设定值，而其他用户室温达到设定值时，提高热网循环水泵(2)频率；
4)当所有热用户流量调节阀开度都小于100％且检测室温均不小于设定值时，降低热网循环水泵(2)频率；
当基于热网动态运行特性调节的楼宇供热***在热源参与调峰期间运行时，即当循环水泵工频且存在热用户流量调节阀全开且室内温度仍不足设定值时，关闭截止阀(12)A，打开截止阀B(13)、截止阀C(14)、截止阀D(15)和截止阀E(17)，启动压缩式热泵，二网回水一部分按原路流回换热器内，再从换热器由一网回水管经低温供水管送至压缩式热泵，压缩式热泵启动后将热量通过高温供水管重新送回二网供水管母管中，对二网供水进行加热；二网回水另一部分由高温回水管流回压缩式热泵内，压缩式热泵内的低温回水流经低温回水管由一网回水管送回至热源处，以此完成热循环。
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