建筑节能技术第6章-供暖系统运行监控与量化管理课件

供暖系统运行监控与量化管理节能技术第六章供暖系统运行监控与量化管理节能技术第六章1目录Contents供暖系统节能技术发展与现状第一节供暖系统运行管理存在的问题第二节供暖系统运行管理节能措施第三节供暖系统量化管理节能技术第四节供暖系统监管平台应用技术第五节供暖系统量化管理应用实例第六节目录Contents供暖系统节能技术发展与现状第一节供暖系统2供暖系统节能技术发展与现状供暖系统节能技术发展与现状3供暖系统节能技术发展与现状本章首先讲述供暖系统节能技术发展与现状,发现国内供暖企业节能运行管理存在多种问题,基于此,本章创新性地提出“供暖系统运行监控与量化管理节能技术”,以精确热负荷预测为基础,计算机监管技术平台为依靠,分析调控优化为手段,为供暖企业节能运行管理提供理论与实践体系支撑,保证供暖系统科学化、高效化、节能化运行。供暖系统在供暖期对建筑物供暖时,在任何室外条件下,都应当保证建筑物室内温度符合用户的要求,使房间温度保持在一定范围内,如(202)。在通常情况下,供暖系统在建成投入运行后,总有一些用户的室温达不到设计要求,比如设计问题、供暖区域的扩建改建问题、维修维护调整等,都会使供暖系统的流量不能按需分配,即存在不同程度的水力失调现象。所以要求在供暖系统投入运行初期,利用预先安装的调节阀门,对管网各支路的流量进行合理调节,使各用户的流量合理分配。供暖系统节能技术发展与现状本章首先讲述供暖系统节能技术发展与4供暖系统节能技术发展与现状运行调节可以根据调节地点不同分为集中调节、局部调节和个别调节。在运行过程中,建筑物热负荷会随着室外气象条件的变化而变化,所以对热源的供热量也应进行相应的调节,目的在于使热用户散热设备的散热量与其热负荷的变化相适应。这种调节方法称为运行调节,即供暖调节。采用上述调节方法是一种间接调控手段,系统在实际运行过程中难以操作,也不易达到按需供暖的理想状态。其原因如下:1)供暖系统的计量监控技术还没有得到普遍应用,计量手段或计量仪表也不普及,所以只能通过监测管网温度或循环水量的间接方法来间接控制供暖系统的供热量,如质调节、质量-流量调节、间歇调节等。2)传统观念的影响。对于大多数供暖系统的管理者来说,只有温度和流量的概念,没有明确的热量概念,如瞬时供热量或热负荷、累计供热量等。供暖系统节能技术发展与现状运行调节可以根据调节地点不同分为集5供暖系统节能技术发展与现状直到20世纪80年代初,我国才开始使用热量计量装置,少数供暖系统采用热量计进行示范研究。进入20世纪90年代,我国热量表的研制开发工作正式启动,一些企业单位开始研制相应的产品,先后以多种形式进行热计量仪表装置的研制开发。我国的供暖行业在运行管理供暖调节方面完全能从根本上改变传统的管理模式,可以采用热量计量仪表实行“热量调节法”实行科学的量化管理,从而能大大提高供暖系统运行管理水平,使供暖质量得到保障,同时还可以按需供暖,减少能源的浪费,降低能耗,节省运行成本。供暖系统节能技术发展与现状直到20世纪80年代初,我国才开始6供暖系统节能技术发展与现状供暖系统运行调节实行量化管理的主要任务是:通过监测计量仪器或计算机监控系统,对供暖系统进行温度、流量、热量、能耗等监测计量,根据室外气象条件及用户相应的热负荷,按要求来控制系统的瞬时供热量(热负荷)和每天所要求的供热量(按需供暖),在保证供暖质量的前提下,尽量减少能量的无效损耗,提高供暖效率,节约能源。根据运行记录数据,分析供暖系统的供暖质量和供暖效率,统计实际能耗(燃煤或燃油、燃气的消耗量以及耗电、耗水量等),计算实际供暖指标,进行经济技术分析和效益核算,并做好下一供暖期的运行管理计划和准备工作。供暖系统节能技术发展与现状供暖系统运行调节实行量化管理的主要7供暖系统节能技术发展与现状就目前我国供暖现状来看,完全采用“热量调节法”实现量化管理模式还有一定困难。其原因如下:1)对于量化管理模式,消费者还需要一个认识和接受过程,同时管理人员的技术水平有待进一步提高,必须进行专门的岗位技术培训才能实现规范化管理。2)我国的热量计量仪表还需要不断完善,目前还处于发展过渡阶段,关键技术尚待改进提高。如大面积推广使用,生产企业还需要树立品牌形象,同时通过广泛宣传,使用户更多地了解和认识节能的好处和意义。3)国家还需要制定切实可行的相关政策。供暖系统节能技术发展与现状就目前我国供暖现状来看,完全采用“8供暖系统运行管理存在的问题供暖系统运行管理存在的问题9供暖系统运行管理存在的问题就传统的供暖系统而言,其采用的供暖调节方法在一般供暖系统实际运行过程中难以控制,特别是锅炉供暖系统运行调节难以实现,至少是供热负荷控制不准确。即使考虑了多余的散热器和大流量问题,以及锅炉每天运行时间,供暖系统运行过程控制也不能做得很理想。其原因有以下几个方面。1热媒温度控制问题供暖系统在运行过程中,特别是锅炉供暖采用质调节供暖,供暖用户一定,网路供、回水温度取决于锅炉燃烧状态和室外气象条件。一般说来,锅炉在运行过程中,其瞬时供热量(出力)经常在变化,当然网路供水温度也随之改变。即使锅炉运行状态调节得较好,给煤量和鼓引风量也不变,但由于燃煤结焦、拔火(层燃炉)或清灰等原因,加之室外温度变化的影响,供水温度仍在不断变化。所以司炉工很难准确地控制供、回水温度,即供热量只能大致控制在一个范围内,误差较大。供暖系统运行管理存在的问题就传统的供暖系统而言,其采用的供暖10供暖系统运行管理存在的问题2运行管理调控问题随着室外温度的变化,要求网路供、回水温度也要相应变化,也就是说,锅炉的供热负荷要相应变化,以适应供暖建筑热负荷的变化。如果要求锅炉的供暖负荷改变,就必须改变锅炉给煤量和鼓引风量。具体地说,根据质调节的原理,随着室外日平均温度的变化,每天去调节锅炉给煤量和鼓引风量,来满足网路所要求的供、回水温度,在运行中难以实现。即使有专人每天去调节,也很难以供、回水温度为依据准确地掌握每天所要求的供暖量。供暖系统运行管理存在的问题2 运行管理调控问题11供暖系统运行管理存在的问题3“间歇”运行,热量控制问题就目前情况来看,大部分供暖系统都是锅炉设备大,用户负荷小,所以在运行过程中锅炉不得不“间歇”运行,即使在冬季最冷时也只能这样。有的系统每天按三班制运行,每天停火若干次。可见,系统在运行过程中,锅炉频繁起火、压火,网路供、回水温度总是在不断变化。如果按间歇调节的方式来控制锅炉运行时间和供水温度,那么锅炉运行在起火和压火过程中的供暖量是无法估计的。这样必然导致系统热用户时冷时热,冷热不均或造成不必要的浪费。供暖系统运行管理存在的问题3“间歇”运行,热量控制问题12供暖系统运行管理存在的问题4循环水量调控问题实际上,人们认可的比较经济合理的分阶段改变流量质调节的供暖调节方法也是很难实现的。因为供暖系统在运行中,除了供、回水温度不易控制外,大多数锅炉供暖系统没有流量监测仪表,系统的流量也无法确定,所以无法实现分阶段改变流量的调节方法。通常的控制方法是,室外温度较低时运行大泵或多台泵,室外温度较高时运行小泵或减少水泵台数。显然,这种分阶段改变流量来调节供热负荷是不确切的。此外,由于大多数供暖系统管网失调比较严重,如管网的实际流量按设计流量运行,则会出现严重的热力失调现象。这就是大多数供暖系统采取大流量、小温差运行的主要原因。供暖系统运行管理存在的问题4 循环水量调控问题13供暖系统运行管理节能措施供暖系统运行管理节能措施14供暖系统运行管理节能措施随着科学技术的发展和供暖市场的需求,我国热量计量仪表和自动控制产品逐步形成了市场,从而为供暖系统实现供暖调节提供了可靠保证。针对上述问题,采用一种简单易行的调节方法热量调节法来实现供热负荷的调节。热量调节法是通过热量监测装置根据热用户的要求直接控制供暖负荷和供热量,系统的循环水量要视管网的水力失调程度而定,一般不应大于设计值。而热媒温度是随供暖系统热平衡关系自然形成的现象,不必人为控制。为了适应人们的习惯,运行过程中仍然给出网路在稳定状态下的温度值。采用热量调节法,只要系统能按照给定的供暖指标并在规定时间内运行,并且达到要求的累计热量,用户室温即可达到要求。即使供暖系统运行状态控制得不稳定也无关紧要,关键是使供暖系统如何优化运行,即在保证供暖质量的前提下,提高供暖效率,减少能耗。供暖系统运行管理节能措施随着科学技术的发展和供暖市场的需求,15供暖系统运行管理节能措施对于锅炉供暖系统,所谓优化运行,主要考虑锅炉负荷率与运行热效率的关系,锅炉运行时间和供暖效果的关系,锅炉间歇运行与热效率的关系,循环水量与动力电耗的关系(改变循环水泵台数或变频控制)。对于热力站供暖系统来说,供暖调节相对比较容易控制,特别是热电站供暖系统,在热力站直接控制蒸汽量或一次管网系统的温度和流量,系统运行调节可以稳定连续工作。但是大多数热力站,如一次管网是高温热水,一般不允许使用者根据气候变化情况调节一次管网的流量,至少要限制一次管网回水温度在一定范围内。这也就限制了热用户调节的可能性。如一次管网流量和供水温度不变,二次管网的供热量在很大程度上取决于换热器的多少,在一定范围内,调节二次管网的流量时换热量的变化不大。这也是热力站目前普遍存在的问题。供暖系统运行管理节能措施对于锅炉供暖系统,所谓优化运行,主要16供暖系统量化管理节能技术供暖系统量化管理节能技术17供暖系统量化管理节能技术为使供暖系统在运行过程中更好地保证供暖质量,有效地提高能源利用率,使动力设备尽可能地在满负荷、高效率的状态下工作,使网路系统在良好的水力工况下运行,首先通过理论分析计算,并根据供暖系统现状,即现有设备、管道和建筑物的特点、用途及所在地区等制订节能技术方案及相应的技术措施。6.4.1供暖系统量化管理节能技术理论计算1 热负荷计算(1)供暖系统建筑热指标及概算热负荷供暖系统建筑热指标是指各类建筑物在设计工况下(最冷时)单位体积、室内外温差为1时的热负荷或单位面积的热负荷,所以它是一个最基本的数据。供暖系统热负荷通常采用体积热指标法和面积热指标法进行概算。供暖系统量化管理节能技术为使供暖系统在运行过程中更好地保证供18供暖系统量化管理节能技术国内外多采用面积热指标法进行概算,即Qi=qiFi(6-1)式中Qi供暖建筑概算热负荷(W);Fi供暖建筑物建筑面积(m2);qi供暖建筑面积热指标(W/m2)。qi表示每平米建筑面积的供暖概算热负荷,它与室内外计算温度、建筑物结构、热工性能等有关,供暖建筑总热负荷Qn为Qn=qiFi=Fi(6-2)式中Qn供暖建筑总热负荷(W);供热建筑平均面积热指标(W/m2);Fi供暖建筑物建筑面积(m2)。供暖系统量化管理节能技术国内外多采用面积热指标法进行概算,即19供暖系统量化管理节能技术(2)运行热负荷Qy供暖系统在冬季运行期间,当室外气象条件改变,如温度升高时,围护结构耗热量就随之减少,所以锅炉供热量也应该相应减少。通常可以忽略室外风速、风向和太阳辐射对热负荷的影响,认为热负荷与室内外温差变化成正比,则=(6-3)即Qy=Qn(6-4)式中Qy供暖建筑总运行热负荷(W);Qn供暖建筑总热负荷(W);tw、tw室外实际日平均温度()与室外设计温度(),可根据当地气象台站预报值计算;tn、tn室内实际日平均温度()与室内设计温度()。供暖系统量化管理节能技术(2)运行热负荷Qy供暖系统在冬季20供暖系统量化管理节能技术(3)供暖期总供热量Qa供暖期总供热量应该根据概算热负荷、供暖期室外平均温度和采暖天数来确定,即Qa=8.6410-2QnN(6-5)式中Qa供暖期总供热量(GJ/年);N供暖天数(室外日平均温度5的天数)(天);twp供暖期室外日平均温度()。其他符号意义同前。供暖系统量化管理节能技术(3)供暖期总供热量Qa供暖期总供21供暖系统量化管理节能技术2能耗计算供暖系统能耗主要考虑燃料(煤、燃气、燃油和电)或用汽量(热电厂供热),以及动力用电等消耗量。(1)耗煤量计算根据锅炉热效率计算公式,即=(Q/QdwB)100%(6-6)Bd=Qd/Qdw(6-7)式中锅炉热效率(%);Q某一时间内累计供热量(kJ);Qdw煤的低位发热量值(kJ/kg);B煤的消耗量(kg);Bd每天耗煤量(kg);Qd每天供热量(kJ)。供暖系统量化管理节能技术2 能耗计算22供暖系统量化管理节能技术煤的低位发热值Qdw一般要通过热量计来测定。但是取样时要注意,应使所取煤样能有代表性,即煤样发热值为整个煤场燃煤的平均发热值。而锅炉热效率是指锅炉运行的平均效率,包括锅炉起火、压火过程。锅炉运行平均效率一般采用现场测试的方法来确定。根据供暖期总供热量、锅炉估算热效率和燃煤热值,计算供暖期全年耗煤量Ba(t),即Ba=Qa/Qdw(6-8)为了便于统一计量,耗煤量应折算成标准煤Bb(t),计算公式如下Bb=BaQdW/Qb(6-9)式中Qb标准煤发热值,Qb=29308kJ/kg。供暖系统量化管理节能技术煤的低位发热值Qdw一般要通过热量计23供暖系统量化管理节能技术(2)燃油燃气量计算如果供暖系统热源采用燃油或燃气锅炉,则燃油(或燃气)耗量与燃煤量计算方法相同,只是锅炉的热效率比较高,一般80%。如果供暖系统采用电锅炉供暖,则电耗只考虑热效率即可(98%)。但是,对于集中供暖系统,如不采用蓄热方式,一般不应直接用高品位电能来供暖。供暖系统量化管理节能技术(2)燃油燃气量计算如果供暖系统热24供暖系统量化管理节能技术3循环水量计算供暖系统循环水量取决于系统所需的热负荷,设计计算供、回水温差,并考虑网路的漏水系数。实际上,就供暖现状来看,循环水量有时并不能完全按照理论计算来确定。循环水量可按下式计算G=(K0.86Qn/t)10-3(6-10)式中G循环水量(t/h);Qn供暖系统总热负荷(W);t供暖系统计算总供、回水温差();K网路散热和漏损系数,一般取1.05;流量附加系数,在设计工况下,取1,对已经投运的系统,考虑用户系统之间热负荷不一致性和网路水力失调等因素取1.01.3。循环水量确定以后,可进行循环水泵的校核或选择计算,以及流量计的选择等。供暖系统量化管理节能技术3 循环水量计算25供暖系统量化管理节能技术4循环水泵的选择与校核计算对于一个已经投运的供暖系统,校核循环水泵是否与网路系统相匹配,其实际流量和扬程是多少,工作效率如何,首先要根据系统的概算热负荷、相应的流量和网路的阻力,并结合系统网路的管径、供暖半径、管道敷设及室内系统形式等情况,来确定系统所需要的实际流量和实际阻力,然后根据现有水泵的特性进行分析计算,校核其运行流量和阻力,如与实际需要值不符合,要进行调整或更换合适的水泵。(1)循环水泵流量计算供暖系统循环水泵流量qV(m3/h)可根据式(6-10)计算。在热负荷确定的条件下,可按设计供回水温差如t=(96-70)=25计算,再乘以流量附加系数,并换算成体积流量,即qV=K(6-11)式中水的密度(kg/m3);供暖系统量化管理节能技术4 循环水泵的选择与校核计算26供暖系统量化管理节能技术(2)循环水泵出口压力的计算循环水泵的出口压力p(Pa)用来克服热媒在系统管道和设备中流动的阻力,以保证流量在系统中合理分配。这个阻力主要包括室外管网阻力,用户系统阻力和热源内部阻力等,即p=(pr+pw+py)K(6-12)式中pr锅炉房内部的压力损失(Pa);pw室外网路供、回水干管的压力损失,由网路水力计算确定(Pa);py用户系统压力损失(Pa);K裕量系数,选择计算时K=1.15,校核计算时可取K=1。锅炉房内部的压力损失一般取(1015)104Pa,但要根据锅炉房内部设备和管道布置情况确定。供暖系统量化管理节能技术(2)循环水泵出口压力的计算循环水27供暖系统量化管理节能技术室外网路阻力一般是根据现有管道布置情况,通过网路水力计算来确定,也可以进行估算,一般可按每米管段压力降R=3070Pa来估算,再加局部阻力的百分数,即pw=RL(1+)(6-13)式中pw管网总阻力(Pa);R估算比摩阻,取3070Pa/m;L管网长度(m);局部阻力与沿程损失的比例百分数,一般取=0.20.3。用户系统压力损失可按压力损失最大的用户考虑,或以主干管线靠近末端压力损失较大的用户来计算。一般来说,与网路直接连接的供暖系统取12104Pa;暖风机供暖系统为25104Pa;水平串联的单管散热器采用36104Pa;换热器取515104Pa。事实上,室内系统由于选用管径都偏大,所以实际阻力都比较小,有的甚至只有30005000Pa,网路的水力稳定性较差,所以网路中其他热用户流量改变时,室内系统流量也有较大的变化。供暖系统量化管理节能技术室外网路阻力一般是根据现有管道布置情28供暖系统量化管理节能技术(3)循环水泵的效率计算供暖系统实际运行过程中,循环水泵效率是隐含指标,看不见也摸不着,但对于供暖系统节能运行意义重大。水泵运行效率高效区为70%80%,但实际运行过程中,大部分供暖系统水泵效率运行普遍为50%60%,甚至更低(30%40%),造成电资源的极大浪费。=2.73(6-14)式中水泵效率(%);水的密度(kg/m3),取=1000kg/m3;Q循环流量(m3/h);H水泵扬程(mH2O);N水泵轴功率(kW)。供暖系统量化管理节能技术(3)循环水泵的效率计算供暖系统实29供暖系统量化管理节能技术(4)循环水泵的效率测试1)扬程测试，其计算公式为H=+(z2-z1)+(6-15)式中H泵的扬程(m);p1泵进口压力值(MPa);p2泵出口压力值(MPa);液体的密度(kg/m3);g重力加速度(m/s2);z2泵进口测压点到泵水平中心线的垂直距离(m);z1泵出口测压点到泵水平中心线的垂直距离(m);v1泵进口法兰截面处液体平均流速(m/s);v1=(6-16)D1泵进口法兰处管道内径(m);Q泵的流量(m3/h);v2泵进口法兰截面处液体平均流速(m/s);v2=(6-17)D2泵进口法兰处管道内径(m)。供暖系统量化管理节能技术(4)循环水泵的效率测试30供暖系统量化管理节能技术2)流量测试。注意如下事项:便携式超声波流量计原则是不应安装在管段的最高处。流体在管道运行过程中会释放气体,这些气体会在管道的最高处聚集,不易排走,如果流量计安装在此处,在测量过程中会产生较大的误差,因此不易安装在最高处。便携式超声波流量计宜安装在低区或者满管流位置,以保证流量计监测数据的准确性。如果管段中的流体含有大量杂质,并且在流速不是很大的情况下,便携式超声波流量计宜安装在垂直管段上,防止沉积的污泥损害流量计,也大大地提高了监测的准确性。便携式超声波流量计尽可能地安装在均匀流的管段上、直管段或者水平管段,尽量远离阻力设备的干扰,如果因场地等原因无法找到合适的位置,但一定要距前阻力设备10倍直径距离,距后阻力设备5倍直径距离。供暖系统量化管理节能技术2)流量测试。31供暖系统量化管理节能技术3)电动机输入功率(N1)测试。具备测试条件时,应用符合要求的仪表对三相或单相电动机进行输入功率测试。对于不宜直接测试的高压电动机,可利用现场的电流互感器和电压互感器进行电动机参数的测量、换算。采用设备为钳式功率计,如图6-1所示。图6-1钳式功率计供暖系统量化管理节能技术3)电动机输入功率(N1)测试。具备32供暖系统量化管理节能技术4)水泵轴功率的测试计算。其计算公式为N2=N1dc(6-18)式中N2泵轴功率(kW);N1电动机输入功率(kW),现场用功率表测试;d电动机运行效率(%);c传动效率或变频装置效率(%)。对于电动机运行效率d以及传动效率c,实际测量复杂且具有相当大的难度,为此,一般进行估算,取90%100%。这样就可按式(6-14)计算出水泵效率。如现场不具备测试水泵流量和扬程的条件,就采用电功率测试法,利用水泵实测耗电功率,查水泵样本可以近似获得水泵的实际流量、扬程和效率。供暖系统量化管理节能技术4)水泵轴功率的测试计算。其计算公式33供暖系统量化管理节能技术(5)循环水泵的变频控制建筑物的热负荷需求与流量呈线性正比关系,根据运行负荷的变化调整水泵运行频率,水泵频率与流量关系如下=(6-19)式中f、fm水泵运行频率(Hz)、额定频率(Hz);n、nm水泵运行转速(r/min)、额定转速(r/min);G、Gm水泵运行流量(m3/h)、额定流量(m3/h);H、Hm水泵运行扬程(mH2O)、额定扬程(mH2O);P、Pm水泵运行功率(W)、额定功率(W)。在对水泵频率进行变化时,要及时监测管网的压力、流量状况,以及用户室内温度情况,最终来确定水泵运行的最佳频率,建议水泵的频率在3050Hz的范围内进行调节。供暖系统量化管理节能技术(5)循环水泵的变频控制34供暖系统量化管理节能技术5补水泵的选择计算在热水供暖系统中,补给水泵的作用是补充系统的漏水或保持系统补水点的压力(定压作用)。(1)补水量确定热水供暖系统是一个封闭的系统,正常的补水量主要取决于系统的自然漏泄和排污泄水量。系统的单位时间漏水量和系统的规模大小、施工质量、所用设备和阀门质量以及运行管理水平有关。在正常情况下,漏水量一般应为系统总水容量的0.1%0.5%,如系统水容量为200m3(大约6万m2供暖面积)时,每天补水量为5t,不应超过12t。但在选择补水泵时,补水量的确定还应考虑事故补水和系统初次充水等,所以必须加大补水量。补水泵的流量一般可按系统水容量或循环水量的5%10%计算。补水泵流量不宜太大,否则在运行过程中不但耗电多,而且容易使水泵起动频繁,容易损坏水泵和电气设施,影响其使用寿命。特别是对系统压力影响较大,使压力经常处于大幅度波动状态,有时造成系统超压、散热器破裂现象。供暖系统量化管理节能技术5 补水泵的选择计算35供暖系统量化管理节能技术(2)补水泵扬程的确定补水泵的扬程H(m)是用来克服系统补水点的压力和补水管径的阻力,即H=(pb+ps)9.8103-h(6-20)式中H补水泵的扬程(m);pb系统补水点压力(Pa),一般采用系统静水压力值;ps补水泵进、出水管的阻力(Pa);h补给水箱最低水位高出系统补水点的高度(m)。补水点的位置一般设在循环水泵入口处(系统压力最低点),不要设在循环水泵的出口处(系统压力最高点),更不要从锅炉房直接往膨胀水箱里补水。补水泵一般选择两台,其中一台备用。通过上述计算,校核系统所用补给水泵是否符合要求,如果相差较大应及时更换或调节。供暖系统量化管理节能技术(2)补水泵扬程的确定补水泵的扬程36供暖系统量化管理节能技术根据以上热负荷、耗煤量和循环水量等计算结果,结合供暖系统的特点和现有设备条件,通过校核计算,制订相应的技术方案,提出具体节能改造措施。根据概算热负荷确定所用锅炉(或换热器)容量及台数;根据计算流量和系统总阻力匹配选用循环水泵的规格和台数;根据锅炉或换热设备、管道布置情况和计算循环水量,确定流量变送器的规格、型号及安装位置,以及总供、回水温度测点位置;根据室外网路布置和用户分布情况,确定各用户多点测温,然后,根据各系统规模和特点选用微机监测计算仪。从而为供暖系统实行量化管理创造必要的条件。供暖系统量化管理节能技术根据以上热负荷、耗煤量和循环水量等计37供暖系统量化管理节能技术供暖系统节能技术方案主要是根据系统现状和概算热负荷、计算耗能量、循环水量以及现有设备及其使用情况和用户具体要求来制订的。1基本情况调查在制订节能技术方案之前,首先要求应用单位提供锅炉房工艺设计施工图和室外供暖管线图以及设计变更图等,然后须详细了解下列情况:(1)建筑规模及特点主要包括供暖建筑面积,建筑物的用途,各类建筑物的建筑面积,建筑结构特点(外墙、外窗、外门、层高和保温等),建筑物最大高度,室内系统主要有哪些形式(单管还是双管系统,是上供下回,还是下供下回等),系统主要使用哪种规格的散热器等。根据上述情况和该系统所在地区的气象条件来确定供暖面积热指标。6.4.2供暖系统量化管理节能技术方案供暖系统量化管理节能技术供暖系统节能技术方案主要是根据系统现38供暖系统量化管理节能技术(2)热源现状1)热源现有锅炉(或换热器)台数、型号、性能、配用鼓引风机型号和电动机功率,以及设备生产厂家。锅炉使用情况,一般运行几台,每天运行几小时,运行效率(要求进行现场测定),使用年限及维修情况。此外还有上煤、除渣方式,其设备使用情况以及锅炉电气控制等。2)热源现有循环水泵台数、型号、性能,电动机功率及生产厂家等,以及系统运行期间循环水泵使用情况。3)水处理方式。所用设备规格、型号,补水泵台数、性能等,补水点位置,系统定压方式,膨胀箱的位置、高度,膨胀管与系统的连接位置,补水控制方式。4)热源仪器、仪表使用情况,如热量计、流量计、水表、电表等装置,以及自动控制、安全报警装置是否能正常工作。供暖系统量化管理节能技术(2)热源现状39供暖系统量化管理节能技术(3)室外管网情况主要包括管道敷设方式,管道平面布置及走向,分支环路数,供热半径,各供、回水管管径,管道保温情况。对地沟敷设系统采用通行或半通行,还是不通行地沟,是否有泄漏和跑水现象或管道淤埋问题,各用户引入口是否有检查井,检查井是否有压力表、温度计和阀门等。(4)供暖系统运行情况供暖系统实际运行天数、起止日期。在运行期间,供暖效果如何(用户室温),是否存在近热远冷、冷热不均现象,最高或最低室温是多少;是否经常有存气现象,是否有倒空(缺水)或膨胀箱溢水问题。此外,通常热源总供、回水温差及最高供水温度是多少,锅炉、循环水泵进出口压力,每天正常补水量,锅炉是否结垢以及定期排污情况,主要存在哪些问题等。(5)能耗情况主要包括以往每年系统总耗煤量,单位面积耗煤量,使用煤种及其发热值,每年耗电量、耗水量以及煤价、电价、水价等。供暖系统量化管理节能技术(3)室外管网情况主要包括管道敷设40供暖系统量化管理节能技术(6)司炉工配备及管理情况锅炉操作管理有无专业技术人员,司炉技术如何,是否具有锅炉房设备维护、维修技能。锅炉运行实行几班制,每班多少人,有无运行管理有关规章制度和奖惩办法等。根据上述调查,确定供暖系统的基本情况和存在的主要问题,针对系统具体情况,提出明确的要求和建议。对不符合要求的设备、管道、仪表、阀门等,必须进行改造或更换,使锅炉房和室内外系统正规化、规范化,从而实行科学化管理,提高供热质量,减少能耗。此外,供暖系统实现科学的量化管理,首先要对司炉和管理人员进行技术培训,使他们熟练地掌握并能有效地使用这项技术,以保证节能技术的正确实施。供暖系统量化管理节能技术(6)司炉工配备及管理情况锅炉操作41供暖系统量化管理节能技术2节能技术方案制订(1)概算热负荷根据应用单位提供的基础资料及基本情况,结合现场调查资料,按照式(6-4)和式(6-5)计算出供热系统运行热负荷和供热量。(2)锅炉的选择与匹配根据系统概算热负荷和原系统锅炉配置情况,校核所用锅炉是否合理,即在最不利情况下,尽量使锅炉在满负荷高效率的状态连续运行。例如某一供暖系统,供暖面积为8.5万m2,配备3台2.8MW(4t/h)锅炉。系统概算热负荷为5.1MW。如果各台锅炉能达到其额定出力,则在最冷时选用两台锅炉运行即可。这样计算锅炉出力1t可供1万多平方米的建筑供暖。当室外温度升高时,可适当减少锅炉运行时间,以免锅炉负荷太小影响锅炉效率,在供暖初期和末期还可以运行一台锅炉。供暖系统量化管理节能技术2 节能技术方案制订42供暖系统量化管理节能技术(3)循环水泵的选择循环水泵应根据计算循环水量和网路系统的总阻力来确定。采用式(6-11)和式(6-12),结合系统现状,考虑现有设备情况,校核水泵实际运行工况,以便确定水泵台数或选用新的规格型号。一般说来,制订方案时,尽量利用原有设备。有条件时,最好采用现场测定的办法,测出系统的总流量和总阻力,计算出系统的总阻力数,然后利用作图或曲线拟合计算的方法来校核、选择水泵。(4)流量变送器的选择及安装在热水供暖系统的监测计量中,流量变送器常采用涡轮流量计、涡街流量计、孔板流量计、超声波流量计、弯管流量计等。选用时应根据供暖系统的特点和用户的要求来确定,用于水质比较干净的系统可采用涡轮流量计,否则采用其他种类的流量计,超声波流量造价较高,弯管流量计比较便宜。流量变送器一般都安装在主环路和分支环路上,有时也可以装在用户入口处,在流量变送器前一般应装过滤器。流量变送器是根据管段的流量和管径来确定的。各种流量计都有一定的流量范围,应使计算流量在流量计流量范围之内偏大一点,有利于提高计量精度。供暖系统量化管理节能技术(3)循环水泵的选择循环水泵应根据43供暖系统量化管理节能技术(5)测温点布置与设计1)设定总供、回水温度测点。首先在热源确定总供、回水温度测点,测温点的位置必须能够反映系统总供、回水温度的实际值,而且不受替换锅炉运行的影响。一般不要设在分水器和集水器上,应该在总供、回水管上。2)设定多点测温位置。多点测温的布置与设计,可根据供暖系统平面图和用户规模及其所在位置来进行,要求尽可能地反映主要用户的供暖情况,一般设在用户引入口和分支环路的回水管上。(6)微机监测系统的设计与选择微机监测系统是用来监测供暖系统的锅炉、外网、用户的各项运行参数,显示其运行状态。通过采集的参数计量和记录系统供热量、循环水理、耗煤量等。根据系统的规模,使用流量计数量,多点测温分布情况和所用锅炉的特点以及用户要求来选择不同型号的微机监测仪和各种测温元件、测压元件、流量变送器等。供暖系统量化管理节能技术(5)测温点布置与设计44供暖系统量化管理节能技术(7)室外管网校核计算与改造为了消除系统热力失调,有效地进行热力平衡调整,必须对网路系统进行校核计算,分析各环路、各用户的水力工况,根据网路水力计算,分别进行调整。要求系统所有用户引入口必须设置检查井,在供、回水管上安装压力表、温度计和调节阀等,如图6-2所示。图6-2热用户引入口示意图1关断阀2热量表3温度传感器4调节阀5过滤器6压力表7温度计8泄水阀供暖系统量化管理节能技术(7)室外管网校核计算与改造为了消45供暖系统量化管理节能技术在供暖系统中,通常都希望网路系统中的流量能按设计要求在各热用户之间进行合理分配,在用户系统内部,则希望流量能按规定值在各散热设备之间进行正确分配。一般说来,不论设计多么仔细,在水力计算时也进行了水力平衡工作,但在建成投入运行后,总有些用户的流量达不到要求(流量偏大或偏小),某些用户的室温不符合规定值(室温过高或过低),即所谓冷热不均的热力失调现象。特别是扩建或改建系统,若施工后在系统运行初期也不进行重新调整,热力失调现象更为严重。有的系统,虽然水力失调不太严重,流量基本能够按要求的量在各用户之间进行分配,但是由于系统各用户的建设处于不同的时期,设计年代不同,设计人员也不同,设计负荷有时相差很大,所以,采用同一热源,同一热媒温度供暖,同样会引起热力失调现象。下面介绍一种简而易行的平衡调整方法等温降调整法。6.4.3供暖系统室外平衡调整供暖系统量化管理节能技术在供暖系统中,通常都希望网路系统中的46供暖系统量化管理节能技术1平衡调整原理根据Q=Gc(tg-th)=Gct(6-21)各用户的相对流量为=(6-22)式中Q用户热负荷(W),即热源供给热用户的热量;G用户流量(kg/h);c水的比热容J/(kg);tg、th用户供、回水温度();用户相对流量,即用户的实际流量和规定流量之比;Qs、Qg用户的实际供热量和规定供热量(W);ts、tg用户的实际供、回水温差()和规定供、回水温差()。系统在运行过程中,总希望用户的实际供热量与规定供热量相符合,即Qs=Qg,则=(6-23)供暖系统量化管理节能技术1 平衡调整原理47供暖系统量化管理节能技术式中,用户供、回水温差理论上也等于热源总供、回水温差。所以在系统运行过程中,要使各用户流量按规定的数量进行分配,以达到规定供热量,其供、回水温差必须和热源总供、回水温差相一致。对于原设计热负荷不同的用户,在平衡调整时,适当使其供、回水温差增大或缩小。如果其用户设计热负荷(即散热器片数或面积)比同类型建筑热负荷大,则在调整时,使其供、回水温差加大,反之,如设计热负荷小,则使其供、回水温差缩小。供、回水温差增大或缩小值应根据用户室内温度实测情况来定。如室内温度偏低,则减小其供、回水温差,如室内温度偏高,加大其供、回水温差。通过不断调整用户引入口阀门,使其室内温度逐步达到规定值。总之,无论原供暖系统是何状态,或采用哪种调整措施,最终目的是通过不断调整使用户室内温度逐步达到要求值。供暖系统量化管理节能技术式中,用户供、回水温差理论上也等于热48供暖系统量化管理节能技术2平衡调整措施(1)调整前准备在各用户引入口设置检查井,在各环路、各用户供/回水管安装压力表、温度计和调节阀。在系统运行初期,根据各环路、各用户供/回水压力表,供、回水温差和热源总供、回水温差,分别进行调整。(2)调整顺序当系统运行达到热力稳定后,记录各环路、各用户的供/回水温度和供/回水压力及热源总供/回水温度。找出供、回水温差大于和小于热源总供/回水温差的环路或热用户,按其规模大小和温差偏离程度大小确定平衡调整顺序,先对规模较大且温差偏离程度较大的环路或热用户进行调整。供暖系统量化管理节能技术2 平衡调整措施49供暖系统量化管理节能技术(3)调整依据通过各环路或用户供/回水阀门来调节流量,使其供、回水压力差达到新的数值,即式中p调整后某环路或某热用户的供、回水压力差(Pa);py调整前记录的某环路或某热用户的供、回水压力差(Pa);ty调整前记录的某环路或某热用户的供、回水温差();tr调整前记录的热源总供、回水温差();压差修正系数,对于小于热源总供、回水温差的环路或热用户,=0.950.98;温差偏离程度较小的取较大值,反之取较小值;对于大于热源总供、回水温差的环路或热用户,=1.031.06,温差偏离程度较大时取较大值,反之取较小值。供暖系统量化管理节能技术(3)调整依据通过各环路或用户供/50供暖系统量化管理节能技术(4)调整方法及步骤为了提高调整效率,在运行初期最好能使网路供水温度达到60左右,并能保持恒定不变。对小于热源总供、回水温差的环路或热用户,节流其供水或回水管阀门,反之,对大于热源总供、回水温差的环路或热用户,开大其供水或回水管阀门。对于供暖半径不太大(小于1000m),且网路保温性能较好的系统,各用户供水温度降不大(小于1),则可用各用户回水温度和热源总回水温度进行比较作为计算依据。对大于热源总回水温度的热用户关小其引入口阀门,对小于热源总回水温度的热用户开大阀门。由于热水供暖系统是由热源、热网和热用户构成的一个复杂的密闭系统,系统中各环节的水力工况变化都是相互制约的,无论任何部位的状态发生变化,即阻力改变,都会引起一系列的变化,导致各用户之间的流量再分配。供暖系统量化管理节能技术(4)调整方法及步骤为了提高调整效51供暖系统量化管理节能技术上述“等温降”平衡调整法可使网路流量在各用户之间合理分配,解决了网路水力失调问题。但是用户内部系统各立管之间以及各散热器之间也存在流量分配不均的矛盾,只有在所用用户系统的平衡调整工作做好以后,才能保证全系统的供暖质量。所以对用户系统也必须进行平衡调整,使所有用户室温都达到要求。与网路平衡调整相比,用户系统的平衡调整由于缺少检测仪表,加之用户系统比较复杂,调整又不方便,所以带有很大的盲目性,难度较大。对于用户系统不同的形式,应采取相应的调整措施。综上所述,供暖系统热力平衡调整工作是一项细致而复杂的工作,而且要反复多次进行,需要花费很多时间,所以应该组织专人进行。供暖系统热力平衡,流量在各用户之间合理分配,是实行量化管理、保证供暖质量的基本条件。供暖系统量化管理节能技术上述“等温降”平衡调整法可使网路流量52供暖系统监管平台应用技术5供暖系统监管平台应用技术553供暖系统监管平台应用技术“集中供暖系统量化管理节能服务平台”是针对集中供暖系统(煤、气、油锅炉或热力站)用能管理需求,运用供暖节能技术、量化管理技术、计算机网络技术和自控技术等,通过对建筑供暖系统运行监测、数据分析、自动调控技术、运行管理等关键技术环节的优化集成,开发的综合性能源管理服务工具。该系统总结了国内先进的运行管理方法、节能优化技术和智能化工程经验,采用了国际先进的自动化系统原理和网络系统架构,实现了集中供暖监控系统按需供暖高效运行。平台的应用可以为供暖系统运行和管理人员提供灵活多样的技术管理工具,提高供暖系统的运行效率,改善系统的运营管理水平。该技术监管平台已在多个供暖系统中应用,获得了良好效果和用户好评。供暖系统监管平台应用技术“集中供暖系统量化管理节能服务平台”54供暖系统监管平台应用技术供暖系统监管技术平台的设备组成见表6-1,其系统构架如图6-3所示。6.5.1监管技术平台的设备组成表6-1监管技术平台的设备组成设备地点系统使用功能需要安装的设备数据中心监测、操作平台服务器组、UPS电源、防火墙、交换机、操作系统、数据库软件、杀毒软件供暖系统建筑信息管理分布式计算机、网络连接设备用能管理电、热、气、水等能源的计量仪表,仪表通信设备节能策略根据具体节能方案安装传感器、控制器等设备系统自控需要安装比较全面的楼宇自控设备供暖系统监管平台应用技术供暖系统监管技术平台的设备组成见表655供暖系统监管平台应用技术图6-3供暖系统量化管理节能服务平台系统架构供暖系统监管平台应用技术图6-3供暖系统量化管理节能服务平56供暖系统监管平台应用技术监管技术平台功能模块主要包括管理模块和技术模块。1 管理模块(1)基本信息模块1)功能:记录供暖系统的全面信息,用户可执行添加、查询、修改等操作。2)内容:热源、换热站、管网、供暖建筑的基本信息和详细信息等。(2)设备管理模块1)功能:对供暖系统的所有用能设备进行统一的、系统的、全周期的管理。2)内容:设备基本信息、设备购置信息、设备使用信息、设备维护信息、设备报废信息。6.5.2监管技术平台功能模块介绍供暖系统监管平台应用技术监管技术平台功能模块主要包括管理模块57供暖系统监管平台应用技术(3)系统监测模块1)功能:对系统运行参数进行监测、记录,实现历史运行数据的查看。2)内容:监测内容包括系统各个组成部分(热源、换热站、管网、热用户)的能耗和运行参数。(4)成本管理模块1)功能:供暖系统运营成本的统计分析。2)内容:统计内容包括能源成本、材料成本、维修成本、人工成本、管理成本等。(5)用户服务模块1)功能:实现对报修、咨询、收费、投诉等客户服务工作的信息化、标准化管理。2)内容:包括设备维修、用户投诉、收费管理等。(6)系统评价模块1)功能:建立量化的系统评价体系,结合系统信息、能耗分析、运行状况等,综合评价主要用能系统。2)内容:给出系统评价标准,对各个系统的能耗、效率、维护、合理性等方面进行评价。供暖系统监管平台应用技术(3)系统监测模块58供暖系统监管平台应用技术2 技术模块(1)能耗分析模块1)功能:对供暖系统各项能耗进行统计,结合具体情况给与分析,对用能情况做出评价。2)内容:对用能数据进行统计分析,提供修正、同比、环比、对标等处理,综合分析系统用能情况。(2)运行策略模块1)功能:根据用能系统的运行参数分析系统运行状态,提供优化的运行控制算法。2)内容:节能策略的设定、模拟、效果分析、运行和运行监控。供暖系统监管平台应用技术2 技术模块59供暖系统监管平台应用技术表6-2运行策略策略名称策略内容锅炉房按需供暖策略根据气象数据调整锅炉供热量,实现按需供暖(在锅炉具备联动的条件下,可实现自动控制)气候补偿控制策略根据室外温度及供热曲线,利用电动三通阀调节一次水流量,达到按需供暖的效果分时分区控制策略对于小区内住宅及公共建筑可从热源处进行划分的供暖系统,可加装分时分区控制设备,对不同类型的建筑实施不同的运行策略,从而达到合理用热及节能的目的室温调控技术由于建筑物的功能不同,故其对室温的要求不一样(如幼儿园、医院的手术室等对室温的要求较高),故可在供暖管上加装温控阀,对室内温度进行调控一次网变流量策略在供暖季初末寒期,根据供暖需求实现一次网水泵变流量调节,确保一次网基本维持较大温差运行二次网定流量策略在二次网水力平衡调试的基础上,根据二次网水力热力工况,确定最优的二次网定流量运行方案循环水泵变频控制策略(分布式系统)为实现一次及二次系统的运行调节,达到最佳工况,需要对一、二次循环水泵进行变频控制。在外网水力调节平衡的前提下,通过水泵变频控制也可达到节能的效果供暖系统监管平台应用技术表6-2运行策略策略名称策 略 内60供暖系统监管平台应用技术(3)故障诊断模块1)功能:实现对系统硬件故障、操作问题、节能问题等的自动诊断和解决建议。2)内容:对系统设备的运行状态进行评估,对性能恶化及故障进行判断,及时发现系统问题,采取解决措施。供暖系统监管平台应用技术(3)故障诊断模块61供暖系统监管平台应用技术监管技术平台交互界面主要包括:运行监测界面(图6-4)、操作界面(图6-5)、能耗分析界面(图6-6)等,运行管理人员只需在操控中心,就可控制供暖系统的监管运行,操作简单方便,自动化程度高,系统运行良好稳定,真正做到集数据采集、分析、调控、反馈于一体的系统集成。6.5.3监管技术平台交互界面图6-4运行监测界面图6-5操作界面图6-6能耗分析界面供暖系统监管平台应用技术监管技术平台交互界面主要包括:运行监62供暖系统量化管理应用实例6供暖系统量化管理应用实例663供暖系统量化管理应用实例北京某供暖系统供暖面积为110万m2,使用3台28MW的燃煤锅炉;一次网配置2台75kW的循环水泵(一用一备)。室外供暖计算温度为-9,室内供暖计算温度为1822。锅炉房根据建筑所需实行量化管理供暖。考虑管网的热损失,热源设计工况下供热指标取50W/m2。2016年该锅炉房每天的供热量随室外温度的变化关系见表6-3,循环水泵变频控制参数见表6-4。该系统在运行过程中通过锅炉供热运行调节实施热量总量控制、分户调节方法,并根据供暖系统量化管理运行调节参数,实现按需供暖,高效运行。这样可以指导运行管理人员依据室外温度的变化,按照表6-3中的每日供热负荷和供热量进行供暖调节。同时在完成管网水力平衡调节后,按照表6-4进行变流量输配调节控制,随时调整运行工况,以满足热用户需求,从而便于管理人员及时掌握供暖系统的实际能耗和能效状况,达到按需供暖、经济运行的目的。根据系统实际运行监测的计量数据,一个供暖期每平方米热能消耗0.25GJ,一次管网输送电耗0.2kWh,节能效果显著。供暖系统量化管理应用实例北京某供暖系统供暖面积为110万m264供暖系统量化管理应用实例表6-3锅炉供热量化管理运行调节参数室外温度/建筑物热负荷/kW累计供热量/(GJ/d)折合标煤量/(t/d)实际耗煤量/(t/d)-955000.04752.00216.18275.14-852963.04576.00208.17264.95-750925.94400.00200.17254.76-648888.94224.00192.16244.57-546851.94048.00184.15234.38-444814.83872.00176.15224.19-342777.83696.00168.14214.00-240740.73520.00160.13203.81-138703.73344.00152.13193.62036666.73168.00144.12183.42134629.62992.00136.11173.23232592.62816.00128.11163.04330555.62640.00120.10152.85428518.52464.00112.09142.66526481.52288.00104.09132.47燃煤的低位发热值按Qdw=23027kJ/kg(5500kcal/kg)计算。锅炉运行平均热效率按75%计算。供暖系统量化管理应用实例表6-3锅炉供热量化管理运行调节参65供暖系统量化管理应用实例表6-4循环水泵变频控制参数室外温度/建筑物热负荷/kW累计供热量/(GJ/d)折合标煤量/(t/d)水泵运行频率/Hz-9550004752216.1850.0-8529634576208.1748-750925.94400200.1746-648888.94224192.1644-546851.94048184.1542-444814.83872176.1541-342777.83696168.1439-240740.73520160.1337-138703.73344152.1335036666.73168144.1233134629.62992136.1132232592.62816128.1130330555.62640120.128428518.52464112.0926526481.52288104.0924注:循环水泵运行效率为65%70%。供暖系统量化管理应用实例表6-4循环水泵变频控制参数室外温66思考题1.说明供暖系统运行管理热量调节方法及基本公式。2.供暖输配系统水力平衡有哪几种调节方法?3.供暖系统运行过程中热量计量基本计算公式有哪些?4.什么是水力失调,什么是热力失调?5.说明循环水泵效率如何测定及计算的?6.供暖系统全年能耗和能效如何测定及计算?思考题1.说明供暖系统运行管理热量调节方法及基本公式。67ThankyouThank 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