节能型汽_水板式换热机组在集中供暖系统中的应用

节能型汽—水板式换热机组在集中供暖系统中的应用

黄　河

(上海昊易节能设备有限公司,上海200093)

摘要:介绍了节能型汽-水板式空调换热机组的原理及系统特性,并对设备的温度、压差双补偿节能方

案进行了讨论,通过具体的项目对其变循环流量、变供水水温节能运行效果进行分析,提供了板式空调

换热机组的节能效果计算方法。

关键词:汽-水板式换热机组;变供水流量;变供水水温;节能效果分析;集中供暖

中图分类号:TU83211+1　文献标识码:B　文章编号:1004-7948(2007)05-0029-05

1概述

目前我国城镇供暖建筑面积中约70%采用不

同类型的集中供暖。随着城市化进程步伐的加快与人民生活水平的普遍提高,使得我国传统采暖地区及传统非采暖地区的集中供暖面积都呈现快速增长的势头。一方面,我国正处于工业化及能源结构转型阶段(可能需要相当长一段时间),能源缺口非常大;另一方面,我们的建筑单位面积采暖负荷较高、供暖换热站效率较低。以上海及江浙地区为例,民用建筑空调热负荷为60～110W/m2不等,与同纬度发达国家25～40W/m2的空调热负荷相比差距较大。巨大的差异固然同建筑保温设计、管道保温、管路系统设计等有关,但集中供暖机房内的浪费也不可小视。为了解决集中供暖行业的能源耗费大的问题,近年来新技术、新产品不断涌现,其中节能型板式换热机组由于具有高效节能设计、运行安全、小安装空间、良好的数据通讯兼容性等特点越来越受到业主的青睐。笔者结合板式换热机组在上海某宾馆空调热水节能设计中遇到的一些问题谈谈体会,与同行共同探讨。

2节能型板式空调换热机组的原理及特性

211机组运行工作原理

节能型板式空调换热机组在系统上替代了原有板式热交换器+单回路温控的简单化形式,实现了对系统负荷变化进行闭环控制的自动空调热水供应(见图1)。

当供热负荷减小时,水系统的供/回水压差ΔP 相应增大,供水温度T s升高,回水温度T

r

升高,供/回水温差减小,换热机组即时采集供/回水温度信号、水系统压差信号、室外温度信号和变频器反馈信号,通过控制器对上述信号进行比对及算法处理,相应减少蒸汽流量及降低循环水泵的转速,使板式换热机组的输出热量与实际热负荷相匹配。当供热负荷增加时,各情况相反。

图1　节能型板式换热机组工作原理

212系统特征

21211建筑热空调负荷特征

公共和民用建筑空调系统的负荷主要来自新风和围护结构传热负荷,以上两类负荷都随室外气象条件变化。空调设计与设备选型是按最大负荷进行的,决定了空调系统大部分时间是处在部分负荷工况下工作的。笔者对上海地区某宾馆冬季空调运行进行实测,数据如表1所示(全年总运行时间2150h):

表1　上海地区某宾馆冬季空调负荷时间频度%负荷率5102030405060708090100时间频度710.9107.020258.2 4.6 2.1 3.0 2.2累计时间717.927.934.954.979.988.192.794.897.8100

　　从表1可见:

(1)全年有75%以上的时间是在设计负荷50%以下运行;

(2)全年有50%以上的时间是在设计负荷30%

～50%之间运行。

各类的集中供暖系统,由于建筑的功能不同、运

行的地区气象条件不同,其负荷时间频度会有差异,

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但都存在大部分时间供暖机组是在较低负荷下运行

的情况。如何使空调换热机组在部分负荷运行下既满足供暖的舒适度要求,又同时实现能耗(蒸汽耗量和水泵电功耗)的最小化就成为新一代集中供暖站节能的首要目标。21212

控制系统的特点

2121211扰动补偿的节能原理

节能型板式空调换热机组控制系统设有室外温度及系统压差扰动补偿。

(1)室外温度扰动补偿控制是指当供暖目标建筑的室外气象条件出现变化、波动时,相应调整换热机组出水水温(即室内供水水温),从而保持室内温度的相对稳定的自动控制措施(见图2),该曲线可根据系统实际情况设定

。

图2　室外温度扰动补偿曲线设定示意图

　　为便于直观分析,可忽略冷风渗透负荷及围护

结构的热惯性影响,列出房间处于热稳定状态的能量方程式:

K h F h (T h -T a )-K e F e (T a -T o )+Q 0=0(1)式中:T o 、T h 、T a —分别指室外温度、室内空调供水

水温、室内平均温度,℃;

K h 、K e —分别指空调对室内的传热系数及室

内对室外的传热系数,W/(m 2?℃

);F h 、F e —分别指空调末端传热面积及房间围

护结构传热面积,m 2;

Q 0—单位时间室内人员及设备的散热量,W 。整理式(1),可推得T o 、T k 、Q 0对室内温度T a

的影响关系方程式:

T a =

K e F e T o +K h F h T h +Q 0

K e F e +K h F h =

T o +K h F h K e F e T h +

Q 0

K e F e

1+

K h F h

K e F e

(2)由式(2)可见,当室外温度T o 升高时,相应调

低热水供水温度T h ,可达到保持室内温度T a 相对稳定的目的,适应负荷的变化。反之,亦然。由于热水

供水水温设计值T k0是与最不利气象条件相对应的,通过室外温度漂移补偿控制,达到实际运行时的平均热水输出水温度 T k i

(2)系统压差扰动补偿控制是指当供暖目标建筑的热负荷发生变化、波动时,相应调整变频器的比对压差设定,实现换热机组循环水泵变扬程、变转速节能运行,通过调节供热流量,达到保持室内温度的相对稳定的自动控制措施(见图3),该曲线可根据系统实际情况设定。

根据阻力功耗原理,列出计算关系式:

N i =

Q ?ΔP ηP ?ηm ?ηe

(3)式中:N i —水泵输入功率,kW ;

ΔP —水泵运行压差即压头,m ;Q —供水流量,m 3/h ;ηp 、ηm 、ηe —分别表示运行工况效率、传动效率、电机效率,其数值分别与水泵运行工作点、电机连接方式、电机结构及容量有关。

图3　压差扰动补偿曲线设定示意图

　　由式(3)可见,传统的定压变频水泵运行方式,

供水系统的阻力功耗N p 只与流量的一次方成正比(而不是与流量的三次方成正比)。由于系统压差设计值ΔP 0是与最不利工况管路阻力相对应的,通过压差漂移补偿控制,实际运行时的平均压差ΔP i <ΔP 0,这不但避免了水泵实际运行变频幅度较小的现象,也大大减低了循环水泵的输入功耗。2

121212采用闭环信号控制

通常,在用板式换热器为换热核心的集中采暖系统中,仅由设在热水供水或回水管上的温度传感器控制蒸汽阀门开度,从而控制蒸汽流量适应负荷的变化,稳定热水供水水温。开环信号控制方式在一定时期满足了人们的要求,但随着国外先进空调

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