区域供热
区域供热意味着燃烧、集中锅炉房和全部所需的运输都位于一个地点,为一个很大的区域服务。区域供热厂的选址应使噪音、污染物及运输对用户的干扰保持在最小。区域供热系统可设计为直接连接和间接连接两种。直接连接的系统建设费用较便宜,但从长远的观点来看,整个系统抗干扰性差,安装中的泄漏甚至就可能导致预制保温管道和集中锅炉房中的水漏光,集中锅炉房的静压也影响着居民散热器的静压。间接连接则意味着通过热交换器将安装在建筑物中的系统与预制保温管网完全隔离,同样,预制保温管网也通过热交换器与锅炉隔离。因此系统每一部分都可以在各自的温度和静压下工作。
建议:区域供热系统应采用间接连接。
集中锅炉房
集中锅炉房的高效运转需要自动控制和监测。总的来说,自动控制的费用基本相同,与集中锅炉房的规模无关。自动控制只有在集中锅炉房的出力超过50MW时才会带来效益,这种规模的新锅炉的效率大致在88%-90%,如果电厂采用热电联产的方式进行区域供热,将会对蒸汽透平机的电力生产带来好处。热电联产使用的锅炉至少要在200MW以上,大约40%用于生产电力,60%用于供热。热电厂应全年运行。在冬季,热电厂将热传递到本地的区域供热网,将回水用于冷却蒸汽透平的凝汽,在区域供热网的回水不足时,使用冷却塔来冷却凝汽。在夏季,热也可以用来驱动制冷循环。热电厂的效率大约在90%-92%。
建议:本地集中锅炉房的出力应大于50MW,且最终它们应与不小于200MW的热电厂联网。考虑到本地集中锅炉房具有较长的停工保养期,应对其配备烟气冷却装置以提高效率。
燃料
在现代技术下,由于燃烧排气总是可以得到净化,采用何种燃料并不是问题。但含污染物少的燃料将产生较少的污染物,因此净化处理烟气也较为简单。煤炭是一种民用燃料并会在一段可预见的将来被使用。本地的供热厂甚至在改造或重建之前就应该尽可能使用洁净煤,在改建成流化床锅炉之后,也仍应该使用最好品质的煤。低品质的煤可用于热电厂,那儿有大规模的净化设备。煤在运抵之前应尽可能改善其品质,通过清洗可以减少其中的灰份,这也会对其燃烧、效率和排放有较大影响。
建议:本地供热厂使用的煤应具有高品质,其硫份和灰份含量要低。
燃烧
当前,最高效的煤燃烧方法是流化床燃烧。燃烧可以在常压或高压下进行。被碾成6mm大小或更小碎片的煤同水或空气混合,然后喷撒入已形成灼热煤粉旋流的火中,向锅炉炉管放热。通过控制供煤量和炉管中的水流量保持炉火温度恒定在850-870?C的相对低的水平上。这一较低的燃烧温度可以使SOX的排放量减少约400mg/nm3,即减少了约75%;NOX的排放量低于500mg/ nm3。
建议:40MW以下的小型集中锅炉房应淘汰,将其预制保温管道连接到更大的本地区域供热网。本地旧供热厂的锅炉需要完全更新,应该被带有流化床的现代锅炉或燃气锅炉取代。新建的供热厂应采用这种现代锅炉,最小出力为50MW。
污染物排放控
全年运行的热电厂应该装备能对其排放气体进行彻底净化的设备,首先是净化SOX、NOX和粉尘,其次也包括重金属。硫的净化设备通常能除去90%的硫化物,氧化氮经它净化后的排放量也可低于200mg/nm3。本地供热厂必须精选优质煤以减少污染物排放,同时用布袋除尘器来收集粉尘,一般可以使污染物排放量低于5mg/nm3。当本地供热厂与热电厂联网时,本地供热厂的运行时间将大大减少,有希望低于20%。在这些前提下,一年的总排放量在目前来讲是可以接受的。据此,本地供热厂应装备流化床锅炉且仅当热电厂出力不足时使用。
建议:本地供热厂的锅炉应尽快配备过滤装置以去除烟气中的粉尘,并装备烟气冷却装置以提高效率、减少SOX排放量。
温度
通过热交换器将热量传递到预制保温管网的供水温度应为130℃,回水温度约为70℃。这一温度的确定是为了让现有系统也能在这种参数下运行。
建议:锅炉的供水温度应为130℃,回水温度为70℃。
静压
锅炉环路的定压是由当前温度下的汽化压力和锅炉水环路最高点位置决定的,系统最高点位置的压力也必须能大于当前温度下的汽化压力。因此,在锅炉最高温度为130℃的情况下,所需静压应为200Kpa(2bar)的汽化压力加上系统最高点高度所转化来的KPa值。
建议:系统静压值不应超过技术上判定的值。
膨胀定压系统
开式膨胀定压系统要求膨胀水箱的底部高于锅炉环路的最高点20米。这一位置要求不采取昂贵措施是很难实现的,而且不管怎样都会给系统的安装和维护带来困难。闭式膨胀定压系统可以安放在集中锅炉房的任何位置,它唯一的缺点就是需要对安全阀进行控制和监测,但集中锅炉房有专业人员,他们有能力对安全阀进行操作。
建议:应该采用闭式膨胀定压系统,并要由专业技术人员进行监测和维护。
输送-使用
1.蓄能器
蓄能器的主要作用是平衡从锅炉输送出来的热量和建筑物中用户消耗的热量之间的差距。建筑物的热负荷可能有急剧变化,例如整面墙都被太阳直射或在夜幕降临时整个建筑物的灯都被打开时。当本地系统与蓄能器相连时,蓄能器可以在热需求较大时短时间地提供热量而不必启动其他的锅炉。此外,在热电厂运行时,蓄能器可以使得热电厂在没有其他锅炉辅助的情况下处理每天24小时发生的负荷变化。蓄能器是一个大水箱,它处于系统的工作压力下。考虑到系统膨胀容积的需求,应将蓄能器的体积增大20%,则蓄能器也可承担闭式膨胀水箱的功能。
建议:蓄能器应该成为每个本地区域供热网的一部分,而这类本地区域供热网应与热电厂或其他地区的区域供热网联网。蓄能器通过本地锅炉或热电厂的热交换器储存能量。蓄能器同时可被用作膨胀系统。
2.温度
本地区域供热网的供回水温度应分别为120℃和70℃,这一温度是根据现有系统的当前值得出的。供水温度可以按室外温度调节,当同时生产生活热水时最低只能达到70℃,否则可以低到30-40℃,这也可以减少预制保温管道的热损失。
建议:供水温度为120℃,回水温度为70℃。供水温度应该按室外温度进行调节,但至少应必须满足所有热力站的热需求。
3.静压
120℃的高温要求在系统最高点的汽化压力为100KPa(1bar),系统静压由压力表位置和系统最高点位置的高度差转化来的KPa值加上汽化压力100KPa后构成。对本地锅炉开式膨胀水箱的放置高度可通过类似方法得到。蓄能器则具有闭式膨胀水箱的功能。
建议:系统静压值不应超过技术上判定的值。应采用闭式膨胀水箱。
4.预制保温管道
对工作温度在100℃以上的系统,当今仅可采用预制保温管道,它由钢管、聚氨脂泡沫塑料和高密度聚乙烯外壳构成。这种系统的发展很完善,各种所需尺寸的管道都有,埋设和安装都安全而又相对简单,预制保温管网的热损失也非常小。
建议:应该采用预制保温管道。因为它们是压力容器,应该用X射线检测管路的所有焊缝。所有系统应该用超过最高工作压力1.3倍的压力进行测试。系统应安装泄漏报警设备。
5.流量
预制保温管网中的流量是定流量还是变流量运行由与热交换器连接的方式来决定。运行良好的区域供热系统意味着较低的回水温度,而这一点只有通过变流量才能实现。二通阀按实际需要改变流过热交换器的流量,可以实现较低的回水温度和变流量。
控制阀
控制阀有二通阀和三通阀,它们依靠锥形阀芯和阀座之间的相对运动来工作。锥形阀芯的形状随应用范围的不同而变化。我们通常将阀芯行程和它所引起的流量变化的关系称作阀芯特性。为了在散热器系统中获得满意的工作效果,理想情况是一次侧控制阀一定的阀芯位置变化将使散热器散热量发生相应的变化。为达到这个目标,需要阀芯具有对数特性。其它的阀芯特性还有线性特性,如恒温阀,和指数特性。
阀权度
阀门的阀权度或压力权值表明阀门在所处环路中所分担的压差份额。在设计合理的环路中,三通阀阀权度为30%,二通阀阀权度为50%或更多。对其他阀门而言,它们所承受的压差需要计算才能得出,并最好在所能得到的压力范围内工作。
二通阀
二通阀只有一个入口和一个出口,阀芯和阀座在二者之间,用于控制流过阀门的流量。
连接
连接的方式决定了其功能。
最简单的连接方式就是使水泵压出的水流经阀门,按需要调节阀门改变流量。当水流过用热设备,如热交换器后,再返回泵中,这一环路中的流量将是变化的。如果在控制阀之后的供回水管之间连接一个旁通管路使之分为两个环路,旁通管路之后设置循环泵。当控制阀按照实际需求调节流量时,旁通管路之前的环路将是变流量的,旁通管路之后的环路将保持定流量但变温度。控制阀设置在供水或回水管上对控制而言都没有影响,但如果旁通管处在系统的较高位置,则最好将控制阀设置在回水管上,这样可以减少空气进入用热设备的危险。通风设备旁通管路的布置应尽可能靠近散热器以避免温度波动。二通阀可以用来在供水环路中保持定流量,但在这种情况下需要在控制阀前装一旁通管路,而旁通管路的管阻应与控制阀处于设计工况时的阻力一样大(三通阀阀内已经具有设计合理的旁通)。
设置三通阀或二通阀的旁通管路在主环路上无水泵时将带来相同的结果。当使用二通时,在需要时可以在旁通路上设置一个预设定阀。当使用二通阀时主环路上不带水泵且旁通管路上也不设置预设定阀时,旁通管的阻力应与二通阀的阻力相等。
差压控制
在变流量系统中,控制阀前后的的压差变化很大,这就意味着按阀门实际可能承担压差的最小值选取的控制阀型号在许多时候不得不面临比设计压差大得多的压差。在这种高压差情况下,阀门显得过大并容易引起振荡,振荡不但会引起不必要的磨损,还会导致过高的回水温度并对系统的其他阀门产生影响。差压控制器在变流量系统中也可以用来保持压力恒定。
构造
差压控制器包括:
阀体
控制装置
阀体包括阀芯和阀座。
控制装置由一个膜盒、一套包括一个弹簧组件和膜片两侧连接脉冲管的接口装置的组件及脉冲管组成。脉冲管可以内置在阀体中。
功能
差压控制器可以安装在系统中需要控制的部分-被控环路的前面或后面。一个脉冲管连接到被控环路的前面并被引入膜片的高压侧,另一个脉冲管连接到被控环路的后面并被引入膜片的低压侧。具有内置脉冲管的差压控制器可以安装在被控环路的前面或后面。
流量限制
以大型系统中,可能需要限制相连设备的流量,目的是避免设备之间发生争流现象。
原理
流量限制的原理是:在某个阻力元件上保持恒压以控制流量。
解决方案
通过差压控制器保持阻力元件上压差恒定。这一阻力元件可以是节流孔板,完全开启的控制阀或调节阀。也有一种称之为流量控制器的设备,它实际上是将差压控制器和调节阀集成在了一起。
建议:预制保温管网中的流量应该是变化的。二通阀应该用来控制供向热交换器的热量。差压控制器应该安装在控制阀处,并应同控制阀一起用于控制流量,以使其不超过最大限值。
6.热交换器
要求回水温度较低的现代区域供热系统采用水容量较小的热交换
器可以取得满意的工作效果。
板式热交换器
盘管式热交换器
尽管热交换器内水流速度较高,但两类热交换器的阻力都相对较小。较高的水流速度是适宜的,因为它可以冲刷掉热交换器中的污垢。
建议:应采用板式或盘管式热交换器。
7.水泵
用于区域供热系统中的循环水泵在系统流量减小时扬程会增大。同时,当管阻随流量减小以平方关系降低时,克服阻力所需的压头大大下降。过高的压头不仅导致控制阀产生噪音、控制性能变差和振荡等问题,同时对水泵的运行也带来了不必要的电力消耗。当管阻随流量变化以平方关系变化时,水泵耗电量随流量变化呈立方关系变化。因此,对水泵进行控制可以节省费用。
水泵扬程控制方式
控制水泵扬程的方式有以下几种:
末端用户压差恒定
水泵扬程恒定
水泵扬程与流量呈比例变化
水泵扬程与管道系统阻力同步变化
末端用户压差恒定可以保证所有的热力站都获得所需压力,这样用热量(流量)减少时水泵扬程也可随之减少。此外,在流量趋近于零的时修,整个系统都会处于低压差下。阀门的资用压差是在最小流量下确定的,而靠近水泵的阀门将处于最大流量下,它们所承受的压差也远远高于它们的设计值。
电机控制方法
本文所涉及的电机控制方法只有一种:使用变频器
变频器首先将交流电变为直流电,然后再将直流电变为此刻所需频率的交流电。变频器同标准感应电机一起使用,现有产品的轴功率可以覆盖1.1KW-200KW。变频器的效率很高,大约为96%,其安装和使用也很简便。
建议:一次侧的水泵应该配备变频器以控制扬程。水泵应该布置在供水管上以保证处在较高位置上的热力站获得所需的压头。末端用户上系统最低资用压差应该保持恒定,控制阀应该按这个最低压差选取。就控制阀而言,资用压差变化较大引起的噪音等问题虽然有所减弱,但仍然存在。为使系统良好和安全运行,差压控制器仍然是需要的。
8、热计量
热量表用来在区域供热网中按用户的热量消耗分摊费用,这是一种有效的节能措施。
也可以对整个建筑的耗热量进行计量,然后按房间面积分摊费用。
原理
热量表由以下部分组成:
流量计
温度传感器
积算器
流量计主要有以下几种类型:
*机械式流量计(包括旋翼式和螺翼式)
*超声波流量计
机械式流量计是最老的一种流量计,它包含一个由水流驱动的叶轮装置。在小流量下,机械式流量计的误差很大,但在高于设计流量的情况下它却很灵敏。叶轮的轴和支座都会受到水中杂质的严重磨损,因此需要进行常规检修,对区域供热网来讲,检修标准为每两年进行一次。
超声波流量计没有任何移动部件,它通过声波信号在发射器和接收器之间来回传递工作。通过分析来回信号的频率差异可以得出流速大小,再乘以管道截面积就可得到流量。超声波流量计对水中杂质不敏感并在整个测量范围内都能得到很好的精度,且其测量范围也远远大于相应机械式流量计的测量范围。
温度传感器应分别安装在供回水管道上以测量通过设备后水流的温度降。
在积算器中,温度降和流量在一个计算器中相乘,其乘积即为所消耗热量的数值。这一数值可以通过调制解调器或通讯线路从设置在预制保温管道上的热量表中读出。
建议:对集中锅炉房输出的供热量和向不同建筑物传输热量的计量是为了检查生产和传输效率。热计量使得研究采取不同措施时的效果成为可能,而且,如果有什么地方出错,它也可以给出一个信号来。
用于以上目的时,超声波流量计是目前的唯一选择。
供暖系统
供暖系统是一个综合概念,它指建筑物中所有与供暖有关的设备,例如热媒生产设备、热媒输送设备和热媒使用设备。
单管或双管系统
单管和双管系统的最大不同是环路不同位置散热器的供水温度不同,从而回水温度也不同。在单管系统中,连接的散热器的供水温度较低;而在双管系统中,如果忽略各散热器环路的管路热损失,所有散热器的供水温度都是一样的。单管系统中一个环路的温降为20-25℃,与双管系统中一台散热器的温降相同。在有自由热时,恒温阀关小,双管系统中散热器的回水温度变低,而单管系统中散热器的回水温度将升高。单管系统为定流量而双管系统为变流量。双管系统中水泵的扬程控制可以节省水泵运行费用70%-80%,这种费用在单管系统中是无法节省的。
1、单管系统
单管系统中供水温度的逐渐降低是通过增大散热器面积来补偿的。增大散热器面积后供水温度将变得更低。如果供水温度减小到要求值以下,即用户所得热量过小时,就不能通过增加流量来补偿了。
单管系统的管路散热是无法控制的,尤其是未保温管路的散热量是相当大的。如果在有跨越管的单管环路中的一个或数个恒温阀将通往各自散热器的流量关小,环路中的水流温度将会升高,管路的散热量也会增加。由于重力的作用。尤其在高层建筑中,会大大促进环路中的水流循环。单管系统是定流量运行的,因而要对每个环路进行水力平衡调试。
现有单管系统
现有单管系统通常存在如下问题,即每个单管环路之间及同一环路不同房间之间的热量分配问题。
单管环路之间的热量分配
如果资用压力恒定,单管环路间的热量分配可以通过调节阀门来实现。在高层建筑中,重力作用将导致资用压力的变化,这与供水温度有关,因此每个立管环路上都需要流量自动控制器以恰当分配流量。
散热器散热量
供给散热器的热量是由供水温度、供回水温差和流量决定的。
散热器的散热量是由房间空气温度和散热器表面温度的温差决定的。
如果我们将散热器的流量从开始增加,在恒定的供水温度下,散热器散热量将急剧增加,在通过散热器的水温降达到某个值后,流量即使进一步增加散热量的增加也很小。
引起以上现象的原因是,当散热器整个表面温度大致相同时,散热量就不能继续变大了,因为散热器的散热量是由散热器表面温度和房间空气温度之间的温差决定的,如果这一温差不再变化,散热器的散热量也不会变化。
散热器流量较小时进出口温差较大,大流量时则相反。进出口温差为15-20℃时流量变化才会真正影响到散热量。
如果希望能控制单管系统散热器的散热量的话,其进出口温差应该要大于15℃。
散热器的流量分配
应该设置散热器跨越管,以实现散热器的流量分配。
散热器之间水流阻力的不同决定了流量的分配。如果跨越管的阻力大,则流经相应散热器的流量就大。在单管系统中散热器和跨越管为并联连接,各级散热器和跨越管的阻力相加构成了单管环路的阻力。散热器环路和跨越管的资用压差是一样的,因此二者阻力的不同决定了二者之间流量的比值。这就意味着在散热器环路流量为30%时,跨越管的阻力应该为散热器环路阻力的0.3/0.7=0.45。
在流经散热器的流量为10%时,跨越管的阻力应该为散热器环路阻力的0.11。
散热器进出口温差是如何影响环路供回水温差的呢?
散热器进出口温差对环路供回水温差没有影响,但散热量对环路的供回水温差有影响。
如果恒温阀减少了通过散热器的流量以减少散热量,将导致散热器进出口温差变大,但由于从水中取走的热量减少,该散热器后的散热器环路的供水温度将有一定程度的提高。
二通或三通阀
单管环路中散热器的散热量可以通过改变供向散热器的流量来控制。在设计室外温度下的最大热负荷可以通过调节单管环路供水温度、调节总流量以及按设计值在各台散热器间进行流量分配得到。运行时则通过调节供水温度以适应当前的室外温度。而散热器上的控制阀仅只能调节减少供给散热器的热量。
单管系统中的二通阀阻力同跨越管阻力一样低,可以使相关的恒温阀和散热器得到理想的流量分配。一个特制的阻流管件被设置于跨越管中为不同尺寸的阀门提供合适的流量分配。因此散热器的散热量是由供水温度决定的,没有理由再去改变流量分配。
二通阀价格便宜,安装方便且不需要任何特殊的设置来保证其正常的工作。
单管系统的三通阀需要对通向各散热器的流量分配进行调节,环路中全部散热器的流量分配要相同。在三通阀进行调节后,其功能与二通阀加跨越管的功能是一样的。三通阀相对较贵,不仅较难找到一种恰当的方法来调节,且在调节后总存在状态被改变的可能。
建议:在所有的散热器上安装高流通能力的与散热器环路管径相同的二通恒温阀。安装与环路管径相同的跨越管,在跨越管中设置特制阻流管件以提供对应于恒温阀的相关阻力。在所有的单管环路上配备流量限制器。
2、双管系统
双管系统的所有散热器都可以采用公称尺寸和相同的进出口温差。恒温阀按流量选用,供水温度决定了恒温阀比例带大小。双管系统阀门和散热器的管阻通常比较高,可能高达5kpa,因此重力作用显得并
不重要。
在双管系统中供水温度增高意味着恒温阀要减少通过散热器的流量,整个系统和供回水温差将变大。同时,恒温阀的比例带变小,从而导致恒温阀更有效地工作,换句话说就是导致了节能。
在双管系统中恒温阀只要有良好的热权度就能保持水力平衡,每台散热器得到的热量至少对保持设定温度是足够的。如果在24小时或更长的时间内逐渐降低供水温度,这会使恒温阀的热权度小于1.0,在一定时间之后房间温度将降低,恒温阀将完全打开。散热器的流量调节是在保持水力平衡的条件下进行的。
双管系统优于单管系统,其优点主要在于:
所有散热器都为同一公称尺寸
能更好利用自由热
比例带按供水温度设定
回水温度由供水温度决定
在有自由热时回水温度更低
预设定每台散热器的流量
在运行环境变化后更易于调节
带有扬程控制的循环泵的运行费用大大降低
垂直或水平系统
垂直散热器系统意味着立管被布置在外墙内侧,每层与立管相连的散热器为一台或最多为两台。这种系统有两大缺点:一是在各户间传播噪音的立管会有许多根,二是在使用单管系统时,每个单管环路上串联的散热器台数有限。垂直系统可以采用单管或双管系统形式。此外,要对房间中外露的立管保温比较困难。
水平散热器系统意味着同一层的几户共享一根立管,共享户数由设计决定。在这种情况下,立管可布置在建筑物中央并保温以便所有的楼层都可以得到相同的供水温度。通向散热器的管道靠墙水平布置或埋入地板中,可以每户一个系统或几户一个系统。
当采用双管系统时,计量各个住户散热器的水流量成为可能,且使每一楼层的所供压差保持恒定。双管系统的缺点在于通往散热器的管路敷设上,沿墙靠天花板或地板水平布置管路都既不美观又不卫生,沿地板布置在通过门时还会带来一些问题。将管路布置在地板中要求建造地板分两步完成,首先铺设一层承力部门,然后将管路铺在上面,在管路进行的压力试验后再在上面铺设一层砂浆并抹平。
埋入的管路应该保温并具有建筑同样的寿命而无须更换。单管和双管系统都可以采用这种敷设方法。
中央布置立管和水平布置散热器管路在新建建筑时有很多优点,当然也可在现有建筑物中使用。其优点有:
立管数量较少
各住户间无噪音传递
各住户的流量计量成为可能
每个楼层都可差压控制
小型化的散热器环路减少了调节量
重力
重力产生的原因是不同温度下的水具有不同密度,重力作用在高层建筑中和高温系统中更为明显。当供水温度按室外温度进行控制时,重力作用也会随供水温度剧烈变化。
在一个18层的建筑中,供水温度为95℃供回水温差为25℃时重力作用为8.4kpa;在50%热负荷下,供回水温差为12.5℃,供水温度为55℃时重力作用为3.1kpa(大概值)。
无论单管或双管系统、水平或垂直系统重力作用压头的影响都是相同的。
对带恒温阀的单管系统而言,重力作用将导致单管环路的流量增加,此时恒温阀会略为关小以保持房间设定温度,但环路的流量增加了,回水温度也升高了。解决这个问题的方法就是在每个单管环路上安装一个流量限制器,然后流量就可以保持不变,不再受供水温度和温差变化引起的重力使用的影响。要注意的是由于资用压差是变化的,静态调节并不能解决问题。
安装了散热器恒温阀的双管系统也将自我调节来适应重力作用的影响以维持热供应,流量大小和回水温度都保持不变,但恒温阀所承受的总压差太高,如超过25kpa的话可能带来噪音干扰。双管系统的恒温阀就其控制功能而言,可以在高达80kpa的压差下工作。如果在高达建筑物六层的立管下部或每层的每个住户处安装静压值为10kpa的差压控制器,则不管重力作用大小都可以保证恒温阀正常的工作条件。
建议:中央布置立管、采用差压控制、散热器环路水平双管布置不仅能为系统良好运行提供最好的条件,而且为计量和节能提供了最大可能,还能减少采用差压控制循环泵的运行费用。这一方案还能解决巨大的重力作用和其他压差变化带来的问题。
3、恒温阀或手动阀
散热器阀门是用来控制散热器散热量的。它主要有两种类型:
手动控制阀
恒温控制阀
手动控制阀在需要调节冷热时是通过手动来调节的,而供水温度必须按室外温度和相关建筑物条件进行较高精度的调节,供暖系统以外和自由热将引起过热和浪费。
手动阀的特性非常陡峭,很难将其调节到需要值,它要不就关闭,要不就全开。
恒温控制阀称为恒温阀
恒温阀能保持设定温度,即它能在探测到当前房间的温度后按目前需求调节供向散热器的热量。在系统正确设定后(供水温度和恒定的压差值),恒温阀可以利用自由热从而避免房间过热。
恒温阀由两部分组成:
阀体
控制装置(一个内置有温控制器且可以安装在阀体上的恒温元件)
阀体
阀体可分为好几种,有直形和角形并适配不同管径。对阀芯产生作用的小轴周围的密封材料已被制作成了一个整体,在运行过程中很容易更换。
控制装置
控制装置的类型也分为几种,常用的有以下两种:
内置了恒温元件和传感器的控制装置(内装式传感器)
传感器与控制装置分离,通过毛细管相互连接
恒温元件原理
恒温元件的原理很简单。一种物质,如液体、蜡或气体被封闭在一个筒中,当其温度变化时,体积也会相应改变。这个筒,通常是一个膜盒,将随之膨胀或收缩,其形状的变化被传递到阀芯上,从而使通向散热器的流量增加或减小。经验证明,由气液两相物质填充的膜盒在运行中能达到最好的效果和安全性。
恒温阀是比例控制器,根据恒温阀的设定温度和恒温阀所探测到的实际温度之差来调节供热量。如果恒温阀探测到一个比设定温度低的温度,恒温阀将根据二者之差动作,温差越大,开启度越大。
应该将恒温阀设定在所希望的房间温度上,此时的供水温度应至少可使房间达到其设定温度。
建设:要达到良好的热舒适及节约用热,应做到:正确选用恒温阀型号及控制装置,使其具有对系统最高温度和系统正确参数(包括压力、流量和供水温度)进行设定的能力。不管是单管系统还是双管系统,一个精心建造的系统都可节能20%以上。
4、气候补偿
在带手动控制阀的供暖系统中,显然供水温度必须按室外温度调节以达到近似所需求的房间温度。
功能
气候补偿器由以下部分组成:
控制装置
控制电机,控制阀
室外温度传感器
供水温度传感器
回水温度传感器(可选项)
计时装置(可选项)
中央控制站按室外温度调节供水温度,布置在室外建筑物北侧的传感器探测室外温度并将信息传回控制站中,控制站已设定有符合当地情况下不同室外温度下需要供水温度的曲线,控制站通过供水管中的传感器将真实值和曲线进行比较,如果二者不相对应,控制电机将改变控制阀中阀芯的位置。
通过一个安装在回水管中的特殊传感器,控制站还可防止回水温度过高。
计时装置是用来在某一确定时间增加或降低供水温度的。
为什么气候补偿器是必要的?
由于在单管系统中整个环路的水流在流经管路时都要向房间放热,即使在热负荷为零或非常小时也不例外,因此保持供水温度不致太高很重要。要保持需要的房间温度,首要的和最主要的是将供水温度控制在所需的最低温度上。
同样的情况也适用于双管系统,即要保持需要的房间温度,所有散热器的供水温度总是保持在所要求的最低水平上。太高的供水温度将一方面使得通过房间管路的热损失增加,这部分热量在设计时没有考虑;另一方面尽管恒温阀已关闭,但仍会使房间温度过高。
合理供水温度的设定
能保证最不利位置的房间获得需要室内温度的供水温度是合理的供水温度,控制站中设定的曲线给出了在不同室外温度下的所需供水温度。我们可根据具体(气候、建筑)情况,改变曲线的截距和斜率,以符合调节要求。
虽然从理论上完全可以计算得到控制站中的设定曲线,但最好是在零下若干度时根据实际需求校正和整理出该曲线。
测量最不利散热器处的供水温度、进出口温差和其所在的房间温度,看看是否达到了需要的房间温度和足够大的进出口温差。
定时设低供水温度
短期或长时间内设低供水温度是为了减少热消耗。房间温度降低可以节能,房间温度设低后重新恢复到正常水平时的耗热量也不会比有设低温度而正常运行的系统的耗热量高。
建筑物蓄积了相当多的热能,重型建筑的蓄热能力要高于轻型建筑。蓄热量的存在意味着当热供应完全或部分关闭时房间温度下降到设低值仍需要持续一段时间。如果房间温度已经下降,这同样意味着建筑物墙体的温度下降了,房间温度要恢复到正常水平之前必须首先补足墙体的蓄热量。
简单计算表明,夜间的设低温度可以节能。我们可以以一个假设没有热惰性的建筑物为例,它的房间温度可以在瞬时由20℃下降到16℃或由16℃上升到20℃。如果该建筑的温度设低周期为一夜,即8小时,则24平均温度为:(20×16+16×8%÷24)=18.7℃;24小时的温度平均下降1.3℃,每下降1℃计算可得节能5%,则共节能5×1.3=6.5%。
在单管系统中,供水温度的控制和在双管系统中同样重要,供水温度应控制在最低的必需的水准上。控制供水温度并定期设低将使定流量系统受益。除了散热器恒温控制阀在总能量消耗方面的节省,由于供水温度设低,立管及其它连接管件的热损失减少,将带来额外的节能。
建议:气修补偿器在带恒温阀的供暖系统中可以使最不利位置的散热器的热权度总是保持在1.0以上。
定期设低温度可以节能,设低时间如果长达数日,将带来更多的节能效果。在房间温度已经下降后,应注意在恰当的时间开始回热过程,在回热过程中供水温度应高于根据设定曲线室外温度应对应的供水温度。
5、流量
恒温阀在具有热权度的情况下使双管系统变流量运行。气候补偿器的确能根据需求调节供水温度,但是从人体、电器、烹饪和太阳辐射得到的自由热是一个不小的量。此外,尽管管道保温良好,供水温度从相连接的最近一台散热器到最远一台散热器也有一定程度的降低。由于最远一台散热器能得到所需的热量,这就意味着最近一台散热器能得到热量超过所需热量。这些热量都要通过恒温阀的节流来调节,但不管设定供水温度怎样,虽然自由热会带来流量变化,恒温阀都保持房间设定温度。
差压控制。
在变流量系统中,不同环路实际压差的变化很大,这就意味着按最小资用压差选用的恒温阀在工作中要被迫面对比其设计压差大许多倍的压差。在这些高压差下,阀门显得过大,并很容易产生振荡。振荡除引起不必要的磨损外,还导致回水温度升高,并影响系统的其它阀门。差压控制即使在变流量情况下也可保持压力为常值。
构造
专门为供暖系统设计的差压控制器有两种型号,一种控制压差为10KPa的常值,一种能在5-25KPa之间调节压差。
差压控制器由以下部分构成:
阀体
控制装置
阀体包括阀芯和阀座。
控制装置包括一个膜盒,一个带弹簧部件的设定装置和一个连接脉冲管的接口,另一个脉冲管内置在阀体中。
功能
差压控制器可以装在立管或支管的供水或回水管上以控制立管或支管,即被控环路的的压差。通常差压控制器被装在回水管上。然后一个脉冲管被用来连接供水管和膜片的高压侧,第二根脉冲管集成在了阀体中。
流量限制
双管系统中的恒温阀在有热权度时可以担负流量控制的工作。如果系统所得到的热量变得过小时,在差压控制器保持系统压差为定值的情况下,可以通过初步的预设定来达到满意的流量分配。
在常规下,单管系统是定流量的,且各个环路的流量必须分别设置,这些流量在理论上可以通过预设定的调节阀设置。正如前面所说过的,高层建筑中的重力作用很强,并随供水温度和供回水温差而变化。因此手动调节阀在这种情况下无法工作,需要自动流量限制器。
原理
流量限制器的工作原理为:通过保持阻力元件上的压差为定值来实现流量限制。
供暖系统的流量限制器包括以下部分:
阀体
控制-设置装置
阀体包括阀芯、阀座和排污阀。
控制-设置装置包括一个膜盒、一个弹簧部件和一个设置旋纽。
功能
流量限制器装在回水管上,其内置的膜片将阀芯和阀座间的压差保持在15KPa的定值上,流量的设定通过改变阀芯和阀座间的阻力来实现,流量限制器还具有关断功能。
建议:在带恒温阀的双管系统中流量将会变化。在恒温阀没有热权度时预设定的调节是它的唯一功能,如果长时间设低供水温度时,初步的预设定可以进行流量分配。
对于最高为六层的建筑,应该在立管底部安装一个具备10KPa预设定压差的差压控制器;在更高的建筑中差压控制器应该安装在每层的支管上。安装差压控制器后每一层立管或每一层散热器环路的资用压差不管重力作用如何将总是不变的。
从理论上讲,单管系统的流量是不变的,但在高层建筑中,重力作用将使流量随供水温度和供回水温差而变化。因此每个单管环路,不管是垂直的还是水平的,都必须安装自动流量限制器。
6.静压
在最高温度小于100℃的情况下,不需要考虑汽化压力的要求,静压仅受建筑物/系统的高度影响。
膨胀定压系统
配备安全阀的闭式膨胀定压系统需要常规的监测和控制,由于不可能在所有建筑和任何时间都有专业的人员值班,因此它并不适用。
如果开式膨胀定压系统的制作材料适宜,它所需的监测要少得多,且不需要任何的维护。所有的开式膨胀系统必须与系统中的热生产设备相连。
循环泵装在供水管还是回水管上
带开式膨胀水箱的供热系统相当于是一个连通管路,循环泵的位置,是装在供水管上还是回水管上,是非常重要的。
开式膨胀水箱有两个功能:
补偿由于温度变化引起的系统水容积变化
不管泵运行与否,保证系统所有部分都充满水
如果循环泵设置在回水管上,全压,即静压与动压之和(该压力可以从水压表上读出),将在膨胀管与系统的连接处升高。膨胀水箱目前所提供的总压力pE划可以计算得出。从泵压出口水压表读出的压力值p1减去管道阻力、设备阻力以及连接处与水泵间的高差后,即为pE。pE换算为水柱将等于连接处与膨胀管最高点,即膨胀水箱底部间的高度差。经验证明,静压应该等于系统的最高点高度加水泵扬程转化为水柱高度的65%,膨胀水箱底部应处于这一高度。
如果水泵设置在供水管上,则当水泵运行时在膨胀管起始端的全压,即膨胀管中的水位高度将降低。
但是,即使在水泵停止运行时整个系统也应充水以防腐蚀,所以膨胀水箱底部应该放在比系统最高点高大约0.5-1米的位置。
建议:水泵应该设置在供水管上,开式膨胀水箱应该放在暖和的地方,其底部应比系统最高点高0.5-1米。
7.水泵
水泵的扬程控制
供热系统当流量减少时,其循环泵扬程将增高,而另一方面,由于管阻与流量的平方成比例变化,流量越小所需压力越小。过高的压差不仅使恒温阀产生噪音、控制特性恶化和振荡等问题,同时会导致运行泵的不必要的电力消耗。当管阻随流量平方变化时,耗电量与流量的三次方成比例变化。因此,应采取措施节省费用。
扬程控制方法
控制水泵扬程的方法有以下几种:
水泵定扬程控制
末端用户定差压控制
水泵扬程与流量比例变化
水泵扬程与管路系统管阻同步变化
水泵定扬程控制在流量减小时会使系统出现过高的压差,在系统流量接近于零时整个系统的压差将相同。阀门和支路的设计压差是按最大流量确定的,在流量减小时,系统压差的增幅远远超过预期值,阀门和支路也承受了比设计值高得多的压差。
末端用户定差压控制在流量变小时为系统提供较小的压差,在流量接近为零时,整个系统都处于低压差下。阀门和支路的设计压差是按其最大流量确定的,在最大流量下,靠近水泵的阀门和支路将承受比设计值高得多的压差。
水泵扬程与流量比例变化意味着水泵出口的扬程在最小流量(零)时将减小到最大流量时的一半。阀门和支路的设计压差是按其最小流量确定的。在最大流量下,靠近水泵的阀门和支路将承受比设计压差高得多的压差。
水泵扬程与管路系统管阻同步变化意味着水泵的性能曲线将随系统曲线同步变化,但水泵扬程最多下降到最大流量时的一半。阀门和支路的设计压差是按最小流量确定的。在最大流量下,靠近水泵的阀门和支路将承受比设计压差高得多的压差。
电机控制方法
循环泵电机的控制有不同方法:
变频控制器是最灵活的控制方法
变频控制器同标准感应电机配合使用,其轴功率可以覆盖1.1-200KW。变频控制器的效率较高,可达95%,安装和使用也很简单。
建议:在大型系统中应该使用水泵的扬程控制,末端支路的定差压控制为最大限度节省水泵运行费用提供了最好机会。压力传感器布置在末端支路,并设定在所需压力的最小值上。立管的阻力等于恒温阀与散热器的阻力、立管管路阻力及差压控制器的阻力之和,对Danfoss的ASV-P或PV型差压控制器来说,其阻力为8KPa。旁通管处的最低所需压差值等于控制阀、差压控制阀及压力传感器和旁通管间的管路(如果有的话)的阻力之和。变频控制器控制标准感应电机。考虑到立管和支管的资用压差变动较大引起的问题虽然有所减弱但仍然存在,要使系统良好并安全地运行,差压控制仍然是需要的。
8.热计量
对每个住户进行热计量意味着个人对热费用负有更大的责任,但计量并不能太精确。居住在建筑物中央的住户可以在完全关掉供热设备的情况下房间温度并不比邻居低多少;而居住在有山墙的房间或建筑物最顶层的住户在相同居住面积的情况下将要付出高得多的费用。
当然可以从理论热负荷的基础上方便地计算出具有山墙和/或屋顶表面的住户与没有这些维护结构的住户间的折算系数。
户式流量计量
如果建筑物有良好保温、立管中央布置、每一住户采用双管散热器环路,可以采用流量计来计量每个住户的热消耗量,考虑到维护和精度最好采用超声波流量计。流量计可放在楼梯井中,很容易抄表。流量计还可以配备远程控制来计量,计量时应该对有山墙的住户或屋顶住户的耗热量进行修正。
每台散热器的散热量计量
安装在每台散热器上并通过蒸发量来计量热量消耗的热量表看起来是一种简单的方案,即使对现有建筑也是如此。但对垂直单管系统而言,管路的散热量很大,因此不能用这种方法计量。
建议:每户安装一台流量计是计量热消费最有效和最安全的方法。这种方法的实施需要应用双管系统、每户一个独立环路和每户供水温度相同。
同样,生活热水的消耗也应该逐户计量,安装在楼梯井中的流量计仍然是最好的解决方案。