集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況的動(dòng)態(tài)模擬和控制

1、集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況的動(dòng)態(tài)模擬和控制 簡(jiǎn)介： 推薦了利用集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況計(jì)算機(jī)模擬分析軟件決定系統(tǒng)水力工況調(diào)整控制值的新方法，并對(duì)實(shí)際投入運(yùn)行供熱系統(tǒng)，在不同氣候條件，不同用戶特點(diǎn)條件下的運(yùn)行控制策略舉行了模擬分析，提出了系統(tǒng)的控制方案。設(shè)想利用現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)模擬分析相集合，使用系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的水力工況舉行模擬分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。 關(guān)鍵字：集中供熱 管網(wǎng) 水力工況 動(dòng)態(tài)模擬 目前，我國許多城市的集中供熱和空調(diào)系統(tǒng)的規(guī)模正不斷地?cái)U(kuò)大。如熱、電、冷產(chǎn)，區(qū)域集中供熱、供冷系統(tǒng)等。但隨著供熱、供冷規(guī)模的擴(kuò)大，管網(wǎng)的水力工況將變得非常復(fù)雜，其水力失調(diào)問題將

2、變得非常突出。從而使其供熱、供冷質(zhì)量下降，消失不能滿意用戶要求的狀況。對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)，一般可以通過初調(diào)整，使各用戶的流量達(dá)到設(shè)計(jì)值。但對(duì)于一個(gè)規(guī)模大管網(wǎng)復(fù)雜的系統(tǒng)，使用目前常用的方法（如阻力系數(shù)法、正常流量法、回水溫度法和閱歷試湊法），因?yàn)槭艿礁鞣N條件的制約，存在精確度不高，需反復(fù)調(diào)試，工作量過大等問題。其效果不是很抱負(fù)。因此有須要尋覓一種精確有效的調(diào)整控制方法。 實(shí)際運(yùn)行的供熱空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中任何一個(gè)調(diào)整裝置的工作參數(shù)發(fā)生變化，必定引起管網(wǎng)之間流量的重新分配。而且在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，隨著氣候變化和用戶使用狀況的變化，其用戶所需的熱（冷）量是動(dòng)態(tài)變化的，因此系統(tǒng)調(diào)整控

3、制應(yīng)適應(yīng)這種變化。筆者設(shè)想利用現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)模擬分析相集合，利用水力管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的水力工況舉行模擬分析，進(jìn)而使用分析的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行工況舉行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，這不僅可以提高調(diào)整的精度，避開人工調(diào)整的工作量，而且可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水力工況的動(dòng)態(tài)控制。非常有利于系統(tǒng)的節(jié)能。 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，首先務(wù)必計(jì)算出控制值的大小即調(diào)整閥的開度。本文重點(diǎn)推薦利用集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況計(jì)算機(jī)模擬分析軟件決定系統(tǒng)調(diào)整控制值的新方法，并通過對(duì)實(shí)際投入運(yùn)行供熱系統(tǒng)，在不同氣候條件，不同用戶特點(diǎn)條件下的運(yùn)行控制策略舉行模擬分析，提出系統(tǒng)的控制方案。 1 水力工況的模擬方法 復(fù)雜供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況

4、計(jì)算機(jī)模擬分析軟件運(yùn)用節(jié)點(diǎn)質(zhì)量流量平衡方程，回路壓力平衡方程、圖論理論與斯考德-恒斯雷試算迭代法建立數(shù)學(xué)模型而開辟，計(jì)算機(jī)模擬時(shí)對(duì)自立回路的抉擇，水泵性能特性曲線，熱壓值的計(jì)算、固定質(zhì)量流量所在分支的處理按【文獻(xiàn)3】供應(yīng)的方法舉行處理。2 流量調(diào)整控制方法 對(duì)于一個(gè)新投入運(yùn)行的供熱空調(diào)系統(tǒng)，在各管網(wǎng)分支阻力已知的前提下，各用戶入口實(shí)際的流量分配一定。因設(shè)計(jì)中受管徑的限制和其它因素（如自然熱壓）的影響而存在不同程度的不平衡率，即用戶的實(shí)際需流量和自然分配的流量不相同。這就務(wù)必實(shí)行流量調(diào)整的方法，使囫圇管網(wǎng)的回路壓力平衡方程得到滿意。本文采用的流量調(diào)整控制方法為固定流量法，即在舉行網(wǎng)絡(luò)解算時(shí)，將已

5、知流量的用戶分支作為固定流量分支，在網(wǎng)絡(luò)解算過程中，固定流量分支不參加網(wǎng)絡(luò)解算的迭代過程，使其流量保持不變。待網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)束，其他分支流量都計(jì)算出來后，再計(jì)算各固定流量分支的調(diào)整參數(shù)。 固定流量法一般與斯考德-恒斯雷協(xié)作使用。在網(wǎng)絡(luò)解算的同時(shí)求出調(diào)整參數(shù)。 3 系統(tǒng)分析模型 以圖1所示的住所室內(nèi)供暖系統(tǒng)為分析對(duì)象。假設(shè)其每個(gè)用戶的供暖熱負(fù)荷全都，均為Q3488W，總熱負(fù)荷41856W；室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度tn18，設(shè)計(jì)供水溫度為95，回水溫度為70，散熱器選用鑄鐵散熱器。立管總流量Gz1440kg/h，每戶入口的調(diào)整閥選用Danfoss公司的RTD一N型預(yù)調(diào)閥。 圖1 分析模型-住所室內(nèi)供暖系統(tǒng)暗示圖

6、為便于電算分析，將全部管段以及的管段的始末節(jié)點(diǎn)舉行了編號(hào)，計(jì)算各管段的阻力數(shù)，按要求建立原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件。舉行系統(tǒng)模擬時(shí)，將每個(gè)用戶按固定流量分支參加系統(tǒng)計(jì)算，其模擬結(jié)果反算出每個(gè)用戶入口進(jìn)入設(shè)計(jì)流量調(diào)整閥的預(yù)設(shè)壓降。進(jìn)而可以計(jì)算出每個(gè)調(diào)整閥的開度。 4 系統(tǒng)運(yùn)行控制策略 在囫圇供暖期內(nèi)，因室外氣候條件的變化，如氣候變暖時(shí)，用戶所需的供熱量削減，則用戶入口的供水流量也相應(yīng)削減。其控制方案可采用調(diào)整建造物熱力入口總壓力和調(diào)節(jié)調(diào)整閥的開度以增大其壓降值方法來實(shí)現(xiàn)。 4.1 調(diào)節(jié)用戶入口調(diào)整閥的壓降設(shè)定值 本文模擬了熱力入口總壓力45 Kpa，用戶入口流量分離為80、90、100、110、120

7、kg/h時(shí)，系統(tǒng)用戶入口調(diào)整閥的預(yù)設(shè)壓降值。結(jié)果如表2所示。 表2 不同用戶流量時(shí)調(diào)整閥的預(yù)設(shè)壓降值（熱力入口總壓力45 Kpa） 立管編號(hào) 分支號(hào) 用戶編號(hào) 不同用戶流量(kg/h)時(shí)調(diào)整閥的預(yù)設(shè)壓降值(Kpa) 80 kg/h 90 kg/h 100 kg/h 110 kg/h 120 kg/h 立 管 12 用戶106 45376.4 44730.5 44008.6 43210.7 42336.9 13 用戶105 44564.4 43827.1 43003.1 42092.4 41094.9 14 用戶104 44132.2 43404.5 42591.1 41692.1 40707.

8、5 15 用戶103 43664.2 42936.5 42123.1 41224.1 40239.5 16 用戶102 43145.0 42403.7 41575.1 40659.3 39656.3 17 用戶101 42997.0 42340.7 41607.1 40796.3 39908.3 立 管 29 用戶206 32223.8 28084.3 23457.7 18344.1 12743.6 30 用戶205 31411.8 27180.9 22452.2 17225.8 11501.6 31 用戶204 30979.6 26758.2 22040.2 16825.5 11114.2

9、32 用戶203 30511.6 26290.2 21572.2 16357.5 10646.2 33 用戶202 30007.8 25776.9 21048.2 15821.8 10097.6 34 用戶201 29883.8 25744.3 21117.7 16004.1 10403.6 立 管 46 用戶306 28924.5 23908.5 18302.5 12106.3 5320.1 47 用戶305 28112.5 23005.2 17297.0 10988.0 4078.1 48 用戶304 27680.3 22582.5 16885.0 10587.7 3690.7 49 用戶

10、303 27212.3 22114.5 16417.0 10119.7 3222.7 50 用戶302 26708.5 21601.2 15893.0 9584.0 2674.1 51 用戶301 26584.5 21568.5 15962.5 9766.3 2980.1 分析結(jié)果表明： （1）對(duì)于本文的分析模型在系統(tǒng)入口總壓力不變的條件下，隨著用戶需熱量的增大，調(diào)整閥的開度增大，阻力數(shù)減小，則調(diào)整閥的壓降設(shè)定值相應(yīng)減小。 （2）在用戶入口流量相同的狀況下，各用戶調(diào)整閥的壓降調(diào)整值不同，其值的大小取決于供暖系統(tǒng)的制式，自然熱壓的大小，入口總壓力的大小等因素。 4.2 建造物熱力入口總壓力的調(diào)整

11、 本文模擬了系統(tǒng)總壓差分離為30000Pa、40000Pa、50000Pa時(shí)系統(tǒng)舉行調(diào)整后實(shí)際運(yùn)行工況，其電算模擬結(jié)果（如表1）表明，通過削減系統(tǒng)入口總壓力，熱水供暖系統(tǒng)用戶入口調(diào)整閥的開度不變的狀況下，用戶入口流量按等比邏輯降低。從而達(dá)到控制室溫的目的。 表1 不同熱力入口總壓力時(shí)用戶入口流量和調(diào)整閥的壓降值 立管編號(hào) 分支號(hào) 用戶編號(hào) 熱力入口總壓力(30Kpa) 熱力入口總壓力(40Kpa) 熱力入口總壓力(50Kpa) 流量 調(diào)整閥壓降 流量 調(diào)整閥壓降 流量 調(diào)整閥壓降 立 管 12 用戶106 88.9 29891.0 101.46 38979.2 112.7 48067.4 13

12、 用戶105 88.2 29018.2 100.86 37977.4 112.1 46936.6 14 用戶104 87.5 28606.5 100.24 37579.2 111.6 46551.8 15 用戶103 86.8 28170.9 99.66 37143.5 111.1 46116.1 16 用戶102 86.1 27655.5 99.06 36608.9 110.5 45562.4 17 用戶101 85.4 27570.1 98.45 36643.5 110.0 45716.9 立 管 29 用戶206 90.7 14255.3 103.11 18409.6 114.2 225

13、64.6 30 用戶205 89.3 13386.0 101.87 17411.3 113.0 21437.3 31 用戶204 87.8 12989.7 100.57 17028.4 111.9 21067.8 32 用戶203 86.5 12589.8 99.38 16628.5 110.8 20667.9 33 用戶202 85.0 12108.2 98.06 16133.5 109.6 20229.5 34 用戶201 83.4 12055.2 96.75 16209.5 108.5 20364.4 立 管 46 用戶306 92.1 10316.1 104.3 13232.6 115

14、.2 16150.0 47 用戶305 90.2 9449.5 102.6 12237.0 113.7 15025.4 48 用戶304 88.1 9064.5 100.8 11865.5 112.1 14667.3 49 用戶303 86.3 8690.8 99.2 11491.8 110.6 14293.6 50 用戶302 84.1 8220.5 97.3 11008.0 108.9 13796.4 51 用戶301 82.0 8170.1 95.5 11086.6 107.3 14004.0 5 結(jié)束語 為適應(yīng)氣候和用戶用熱變化以及避開系統(tǒng)產(chǎn)生水力失調(diào)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施調(diào)整控制是系統(tǒng)運(yùn)行管理中十分重要的內(nèi)容。而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整和控制始終是我們努力的方向。