间接供热一级泵系统压差控制方案研究.pdf
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1、技术交流暖通空调H V&A C 2 0 2 3年第5 3卷第1 1期1 0 1 引用本文:曹荣光.间接供热一级泵系统压差控制方案研究J.暖通空调,2 0 2 3,5 3(1 1):1 0 1 1 0 7,2 1.D O I:1 0.1 9 9 9 1/j.h v a c 1 9 7 1.2 0 2 3.1 1.1 6间接供热一级泵系统压差控制方案研究*曹荣光(中国中元国际工程有限公司,北京)摘要:以北京某建筑综合体集中供热项目为例,定量分析了间接供热系统中一级泵在不同压差控制方案下的全年逐时运行能耗。结果表明,相比常规的始端定压差和末端定压差运行,基于末端阀门开度检测的一级泵变压差运行可以显著
2、降低供热输配能耗,提高换热站一次侧电动调节阀的调节精度,具有较好的经济性。关键词:集中供热;间接供热;一级泵;定压差;变压差;输配能耗S t u d yo np r e s s u r ed i f f e r e n c ec o n t r o l s c h eme s f o r i n d i r e c th e a t i n gp r i ma r yw a t e rp u mp i n gd i s t r i b u t i o ns y s t em sC a oR o n g g u a n g(C h i n aI P P RI n t e r n a t i o
3、n a lE n g i n e e r i n gC o.,L t d.,B e i j i n g)A b s t r a c t:T a k i ngt h ec e n t r a lh e a t i ngpr oje c to fab u i l d i ngc o mpl e xi nB e iji nga sa ne x a mpl e,t h i spape rqu a n t i t a t i v e lya n a lys e s t h ea n n u a lh o u r lyope r a t i nge n e rg yc o n s u mpt i o no
4、 ft h ei n d i r e c th e a t i ngpr i m a ryw a t e rpu mpi ngd i s t r i b u t i o nsys t e m u n d e rd i f f e r e n tpr e s s u r e d i f f e r e n c ec o n t r o ls c h e m e s.T h er e s u l t ss h o w t h a tc o mpa r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lc o n s t a n tpr e s s u r ed i f f
5、 e r e n c ea tt h en e a ra n de n d,t h ev a r i a b l epr e s s u r ed i f f e r e n c eope r a t i o no f t h epr i m a ryw a t e rpu mpb a s e do ne n dv a l v eope n i ngd e t e c t i o nc a ns ign i f i c a n t lyr e d u c et h ee n e rg yc o n s u mpt i o no fh e a t i ngt r a n s m i s s i
6、o na n dd i s t r i b u t i o n,i mpr o v et h ea dju s t m e n ta c c u r a cyo ft h ee l e c t r i cc o n t r o l v a l v eo nt h epr i m a rys i d eo f t h eh e a t e x c h a nges t a t i o n,a n dh a v ego o de c o n o my.K eyw o r d s:c e n t r a lh e a t i ng;i n d i r e c th e a t i ng;pr i m
7、 a ryw a t e rpu mp;c o n s t a n tpr e s s u r ed i f f e r e n c e;v a r i a b l epr e s s u r ed i f f e r e n c e;t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ne n e rg yc o n s u mpt i o n*中 国 中 元 国 际 工 程 有 限 公 司 重 点 科 研 专 项(编 号:Z D 2 0 2 2 0 0 2),科技服务品牌机构发展项目(2 0 2 3年)曹荣光,男,1 9 7 9年生,博士研究
8、生,正高级工程师1 0 0 0 8 9北京市海淀区西三环北路5号中国中元国际工程有限公司E-m a i l:c a o r o n g g u a n g i p p r.n e t收稿日期:2 0 2 3 0 6 2 7修回日期:2 0 2 3 0 9 1 90 引言随着城镇化的推进,我国供热规模和供热半径越来越大。区域供热管网多为间接连接,即热源与热用户间设置换热站隔开,热源与换热站之间通过一次网连接,换热站与热用户间通过二次网连接。由于热网的热惰性,区域供热一次网采用质调节会产生供热过量或不足现象,影响供热质量或造成能源浪费。一次网集中量调节比质调节更优越,供热质量更高,经济性更好1。随
9、着区域供热系统设备水平的提升,热用户末端装置具备了自主调节能力,变流量运行逐步在供热系统中得到推广应用。区域供热输配变流量系统一般采用压差控制,通过调节循环泵的运行台数和转速控制热网压差保持恒定,以满足末端用户的热量需求。现有研究大多针对供热一次网变流量调节的调控方法,缺少基于热用户逐时负荷分析的输配系统工况变化和节能性研究26。本文以某建筑综合体区域供热输配系统为例,基于供热期各单体建筑的逐时热负荷,通过建立管网动力学数学模型,定量分析间接供热系统中一级泵在不同压差控制方案下的全年逐时运行工况变化和运行能耗,以供工程设计参考。1 工程概况1.1 建筑概况某建筑综合体项目(如图1所示)位于北京
10、市,涵盖办公、商业、公寓等功能业态,采用区域集中供热,规划用地面积为6.8 2万m2。集中供热区域内有1 3栋建筑,包括9栋办公楼(办公楼19)、2栋1 0 2 暖通空调H V&A C 2 0 2 3年第5 3卷第1 1期技术交流公寓楼(公寓楼1、2)及2栋配套商业楼(配套商业注:J 1J 1 6为供水侧节点编号;E 1E 1 5为供水侧管段编号。图1 某建筑综合体热水输送管网平面示意图楼1、2),总供热建筑面积为1 6.8 9万m2,各建筑供热面积及最大热负荷见表1。1.2 逐时热负荷该项目建筑逐时热负荷计算采用E n e r g y P l u s软件,该软件主要用于建筑能量特性模拟与负荷
11、计算,它吸收了D O E-2和B L A S T2个软件的优点,并具备很多新的功能79。该项目供暖季为1 1月1 5日到次年3月1 5日,共1 2 1d。模拟采用的北京地区室外气象参数从E n e r g y P l u s气象数据库中选取,来源为C SWD(中国典型气象年数据)1 0。负荷计算时考虑了各建筑的使用功能、平时及节假日运行时间、房间同时使用率等参数,由于篇幅所限,本文不再赘述。各建筑及总体的热负荷最大值见表1,供暖季逐时热负荷见图28。根据表1的统计结果,该项目综合最大热负荷为66 0 5.9 5kW,折合单位建筑面积热指标为3 9.1W/m2。供暖期总供热量为5 0 4.7 1
12、万kWh,折合单位面积供热量为2 9.8 8kWh/m2。区域建筑逐时热负荷见图9,逐日耗热量见图1 0。表1 各建筑供热面积及最大热负荷单栋建筑面积/m2数量/栋总建筑面积/m2单栋建筑热负荷/k W总热负荷/k W热负荷指标/(W/m2)设计热水流量/(m3/h)办公楼82 25 0 012 25 0 08 8 0.0 08 8 0.0 03 9.17 5.7配套商业楼11 83 0 011 83 0 07 1 4.7 37 1 4.7 33 9.16 1.5办公楼1、296 0 021 92 0 04 1 5.0 68 3 0.1 24 3.27 1.4公寓楼1、21 21 0 022
13、42 0 03 6 8.1 77 3 6.3 43 0.46 3.3办公楼91 44 0 011 44 0 05 8 7.0 35 8 7.0 34 0.85 0.5配套商业楼22 23 0 012 23 0 09 1 9.6 79 1 9.6 74 1.27 9.1办公楼3596 0 032 88 0 04 1 5.0 612 4 5.1 84 3.21 0 7.1办公楼6、796 0 021 92 0 04 1 5.0 48 3 0.0 84 3.27 1.4合计1 31 6 89 0 066 0 5.9 53 9.15 6 8.0注:总热负荷合计值为区域建筑设计指标的综合最大值。图2 办
14、公楼15逐时热负荷图3 办公楼6、7逐时热负荷图4 办公楼8逐时热负荷2 输配系统2.1 系统概况热源:该工程供热热源采用地埋管地源热泵系统,如图1所示,热泵机组设置于办公楼8南侧的地下冷热机房内,地埋换热管布置于相邻地块的城市公园绿地内。热水设计供/回水温度为5 0/4 0,总设计热水流量为5 6 8.0m3/h。输配系统:该工程采用间接供热,供热输配系统原理图见图1 1。一级泵B 1设置于冷热机房内,承担一次网阻力;各用户二次网循环泵(B 5、B 6、B 8、2 0 2 3(1 1)曹荣光:间接供热一级泵系统压差控制方案研究1 0 3 图5 办公楼9逐时热负荷图6 公寓楼1、2逐时热负荷图
15、7 配套商业楼1逐时热负荷图8 配套商业楼2逐时热负荷图9 区域建筑逐时热负荷图1 0 区域建筑逐日耗热量B 9、B 1 2、B 1 3、B 1 5、B 1 6)分别设置于1#4#站房内,承担用户侧热水系统阻力。热源侧热泵机组设置热水循环泵,承担热源阻力,热源侧与输配侧通过平衡管隔开。热水一次网从冷热机房到最远端的4#站房的管线长度约为3 8 8.6m。注:J 1 7J 3 2为回水侧节点编号;E 1 6E 3 0为回水侧管段编号;B 1、B 5、B 6、B 8、B 9、B 1 2、B 1 3、B 1 5、B 1 6为泵组编号。图1 1 供热输配系统原理图热用户:供热区域内共8个热用户,各用户
16、设计热水流量见表1。2.2 输送管网如图1 1所示,供热输配系统供水侧共有1 5个管段,编号分别为E 1E 1 5;该项目热水输送管网采用枝状布置,为简化分析,设定回水侧管网参数与供水侧相同,则回水侧共有1 5个管段,编号分别为E 1 6E 3 0。根据各用户节点的流量和经济比摩阻,经设计计算,各管段的内径、管长及局部阻力系数设计值见表2。管径小于D N 3 0 0的管道采用无缝钢管,大于等于D N 3 0 0的管道采用螺旋焊接钢管。表2 各管段设计参数管段编号内径/mm管长/m局部阻力系数E 1、E 1 64 6 23 3.65.6 2E 2、E 1 73 6 38 2.11.3 3E 3、
17、E 1 83 1 11 3.90.3 1E 4、E 1 92 6 12 1.55.7 6E 5、E 2 02 0 73 1.26.2 6E 6、E 2 12 6 15 7.81.6 0E 7、E 2 21 5 02 0.25.3 4E 8、E 2 32 6 13 1.25.9 8E 9、E 2 43 6 31 5 1.31.1 2E 1 0、E 2 53 1 16 7.31.2 2E 1 1、E 2 62 6 12 3.65.6 6E 1 2、E 2 72 0 73 1.26.3 4E 1 3、E 2 83 1 11 6 1.51.0 2E 1 4、E 2 92 6 12 0.94.9 8E
18、1 5、E 3 02 6 14 2.26.7 21 0 4 暖通空调H V&A C 2 0 2 3年第5 3卷第1 1期技术交流2.3 循环泵选型2.3.1 一级泵B 1该项目换热站内换热器一次侧及站内管线设计总压头为1 0m,输配系统补水定压水头为6 3m,定压点为一级泵B 1吸入口,管壁粗糙度为0.5mm。根据管网参数计算设计流量下各节点的供回水压力,结果如图1 2所示,节点J 1处供回水压头差为1 3.6m,第一个用户分支节点J 3处供回水压头差为1 2.3m,一次网末端最不利用户节点J 8处供回水压头差为1 0.0m。2.3.2 二次网循环泵该项目各换热站内换热器二次网及站内管线设计总
19、压头为1 0.0 m,各用户侧设计压头均为1 2.5m,二次网循环泵设计扬程为上述2项压头之和,均为2 2.5m。图1 2 热水输配一级泵系统设计工况下的管网节点水压图 根据上述一级泵及二次网循环泵的扬程参数及表1中列出的各用户节点的设计热水流量选择水泵参数,结果见表3。根据水泵样本1 1,采用拉格朗日插值法拟合得到一级泵及二次网循环泵变频运行的性能方程,见表4。表3 一级泵及二次网循环泵选型水泵编号热水流量/(m3/h)水泵数量/台单台泵流量/(m3/h)扬程/m单台泵功率/k W总功率/k W冷热机房B 15 8 3.53(两用一备)3 2 0.01 5.01 8.53 71#泵站B 57
20、 5.73(两用一备)4 0.02 2.54.08B 66 3.43(两用一备)3 5.02 2.53.062#泵站B 97 1.43(两用一备)4 0.02 2.54.08B 86 3.33(两用一备)3 5.02 2.53.063#泵站B 1 35 0.53(两用一备)3 0.02 2.53.06B 1 28 0.93(两用一备)4 5.02 2.54.084#泵站B 1 51 0 7.13(两用一备)6 0.02 2.55.51 1B 1 67 1.43(两用一备)4 0.02 2.54.08合计9 8表4 一级泵及二次网循环泵性能方程水泵编号扬程曲线效率曲线B 1H=-3.9 01 0
21、-5Q2-1.2 51 0-4f Q+0.0 0 84f2E=-6.9 31 0-4Q3/f3-0.0 0 80Q2/f2+0.1 8 89Q/f+0.1 0 00B 5H=-0.0 0 25Q2-1.0 0 001 0-3f Q+0.0 1 14f2E=-0.3 5 51Q3/f3-0.5 1 14Q2/f2+1.5 1 14Q/f+0.1 0 00B 6H=-0.0 0 33Q2-0.0 0 11f Q+0.0 1 14f2E=-0.5 3 01Q3/f3-0.6 6 79Q2/f2+1.7 2 73Q/f+0.1 0 00B 9H=-0.0 0 25Q2-0.0 0 10f Q+0.0
22、1 14f2E=-0.3 5 51Q3/f3-0.5 1 14Q2/f2+1.5 1 14Q/f+0.1 0 00B 8H=-0.0 0 33Q2-0.0 0 11f Q+0.0 1 14f2E=-0.5 3 01Q3/f3-0.6 6 79Q2/f2+1.7 2 73Q/f+0.1 0 00B 1 3H=-0.0 0 44Q2-0.0 0 13f Q+0.0 1 14f2E=-0.8 4 18Q3/f3-0.9 0 91Q2/f2+2.0 1 52Q/f+0.1 0 00B 1 2H=-0.0 0 20Q2-8.8 91 0-4f Q+0.0 1 14f2E=-0.2 4 94Q3/f3-0
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