質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的模擬應(yīng)用

牛建軍 張 航

(華潤(rùn)置地(太原)有限公司，山西 太原 030000)

質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的模擬應(yīng)用

牛建軍 張 航

(華潤(rùn)置地(太原)有限公司，山西 太原 030000)

主要針對(duì)質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的原理及理論計(jì)算進(jìn)行了分析，運(yùn)用TRNSYS建立了模型，并進(jìn)行了模擬計(jì)算，同時(shí)與變頻調(diào)節(jié)的模擬結(jié)果作了分析對(duì)比，得出了質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的節(jié)能性。

質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)，模擬，分析

0 引言

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，能源已經(jīng)成為建筑、生物、化工等領(lǐng)域發(fā)展必不可少的組成部分。我國(guó)已經(jīng)成為世界最大的能源消費(fèi)國(guó)。能源已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，也是我國(guó)全面發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和強(qiáng)力支撐。但是我國(guó)的能源利用率低，能源損耗嚴(yán)重，大量的能源浪費(fèi)嚴(yán)重阻礙著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步。

對(duì)集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)的主要目的是使熱用戶的室內(nèi)溫度達(dá)到規(guī)定的溫度，并在此基礎(chǔ)上提高用戶的舒適度。因此，在進(jìn)行供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)，要以熱用戶的需求為前提，既能保證供熱質(zhì)量，又要實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能降耗。集中供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式現(xiàn)在大致分為五種：質(zhì)調(diào)節(jié)方法，水泵的耗電量大；流量調(diào)節(jié)方法，能夠節(jié)省水泵的耗電量，但流量過多的減少，將造成供熱系統(tǒng)水力失調(diào)，工程中也不單獨(dú)使用；階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方法，節(jié)能效果較好，但水泵仍為定頻泵，這種調(diào)節(jié)方式本質(zhì)仍為質(zhì)調(diào)節(jié)，其實(shí)水泵的節(jié)能空間還很大；間歇調(diào)節(jié)法，只作為輔助調(diào)節(jié)的方法，一般應(yīng)用在具有較好蓄熱能力的建筑；質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)法，則是根據(jù)供熱系統(tǒng)中實(shí)時(shí)負(fù)荷變化，既改變供熱溫度，又改變供熱流量，這種調(diào)節(jié)方法需安裝高自控能力的設(shè)備，否則難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，該調(diào)節(jié)方式能夠節(jié)省水泵的電耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

TRNSYS(Transient System Simulation)是在美國(guó)威斯康星大學(xué)太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)室里開發(fā)的，之后歐洲的一些學(xué)者又對(duì)該軟件做了進(jìn)一步的開發(fā)并逐步完善了該模擬軟件的各項(xiàng)應(yīng)用功能。與此同時(shí)，美國(guó)的熱能系統(tǒng)專家針對(duì)HVAC(Heating,Ventilation and Air Conditioning)系統(tǒng)開發(fā)了專門的應(yīng)用模塊。其實(shí)，TRNSYS軟件是由許多模塊組成，模塊包括各種領(lǐng)域及其領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)備，并通過特殊的控制模塊相連，使整個(gè)系統(tǒng)能夠運(yùn)作起來，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行參數(shù)的編寫。

1 質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的原理及理論計(jì)算分析

質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)方法：在集中供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)中流量和溫度均隨著室外氣象參數(shù)的變化而變化，即供熱溫度和流量根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷的變化而相應(yīng)的改變。它通過調(diào)節(jié)水泵的流量和供水溫度進(jìn)而節(jié)省水泵的耗電量，最重要的是它能夠最大程度的降低能耗。質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)方式將會(huì)成為集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)技術(shù)研究的主流方向。

在供暖系統(tǒng)中，采用供熱調(diào)節(jié)方式的目的就是使室內(nèi)溫度保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，即在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，不考慮管網(wǎng)沿途損失，系統(tǒng)建筑物的耗熱量即熱負(fù)荷、散熱器的散熱量、系統(tǒng)的供熱量都相等，其穩(wěn)態(tài)平衡公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Q1=Q2=Q3

(6)

Q1=qV(tn-tw)

(7)

(8)

Q3=Gc(tg-th)

(9)

(10)

(11)

(12)

根據(jù)式(12)可以得到質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)中供水計(jì)算式和回水計(jì)算式：

(13)

(14)

(15)

對(duì)式(15)取對(duì)數(shù)得：

(16)

整理得:

(17)

設(shè):

(18)

p稱之為流量?jī)?yōu)化系數(shù)，表示在供熱系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，量調(diào)節(jié)占整個(gè)調(diào)節(jié)過程中的比例(對(duì)數(shù)值)，p∈[0,1]。

對(duì)式(18)進(jìn)行整理，得:

(19)

(20)

把式(20)代入式(13)和式(14)，得到：

(21)

(22)

2 運(yùn)用TRNSYS建模并模擬計(jì)算

2.1 建模

建立一個(gè)某高校的校區(qū)建筑模型(見圖1)，所模擬的高校建筑面積為30萬m2，建筑功能包括基礎(chǔ)教學(xué)樓、體育館、圖書館、學(xué)研大廈、圖書館、行政辦公等建筑，根據(jù)建筑功能的不同，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇不同的熱指標(biāo)，計(jì)算出總的熱負(fù)荷，運(yùn)用TRNSYS軟件對(duì)該高校采暖季采用不同供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)模式進(jìn)行模擬。

2.2 運(yùn)用TRNSYS對(duì)不同供熱調(diào)節(jié)方式進(jìn)行模擬計(jì)算

建筑模型建好后，運(yùn)用TRNSYS軟件對(duì)供熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)搭建模型。根據(jù)建筑熱負(fù)荷及建筑面積，把供熱系統(tǒng)分為4個(gè)區(qū)，并搭建4臺(tái)變頻水泵；所采用的調(diào)節(jié)方式為質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)，并根據(jù)1中理論計(jì)算式搭建起質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，使得所搭建的系統(tǒng)模型能正常運(yùn)行。

同理，運(yùn)用TRNSYS軟件對(duì)變頻調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)搭建模型，并進(jìn)行模擬計(jì)算。

2.3 通過兩種模擬結(jié)果進(jìn)行能耗分析

通過運(yùn)用TRNSYS軟件搭建了供熱系統(tǒng)采用質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)的模型，并模擬計(jì)算出采暖季水泵的電耗量和燃?xì)獾暮臍饬俊榱伺袛嗾{(diào)節(jié)模式是否節(jié)能，就要從供熱系統(tǒng)的總耗能量進(jìn)行考慮，而在所模擬的供熱系統(tǒng)中，包括了變頻水泵的電耗量和鍋爐的耗氣量，從這兩方面出發(fā)決定整個(gè)系統(tǒng)是否節(jié)能。因此，把模擬的結(jié)果即鍋爐的耗氣量和水泵的耗電量分別折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤的總和來判斷所模擬的供熱系統(tǒng)的節(jié)能性。換算式：1kg標(biāo)準(zhǔn)煤等于29 307.6kJ，燃?xì)鉄嶂禐?5.88MJ/m3。

表1 模擬能耗結(jié)果及能耗分析

通過計(jì)算分析，從表1可得，供熱系統(tǒng)在采暖季采用質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)模式的總能耗為1 849.15t標(biāo)準(zhǔn)煤，采用變頻調(diào)節(jié)模式的總能耗為1 958.36t標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能率為5.6%。

3 結(jié)語

結(jié)合某高校校區(qū)，以TRNSYS軟件為模擬平臺(tái)，搭建了質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)模型，對(duì)質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的供熱系統(tǒng)和變頻調(diào)節(jié)的供熱進(jìn)行能耗分析，并得出計(jì)算結(jié)果，得出了采用質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的燃?xì)夂臍饬繛?48.63萬m3，水泵耗電量23.72萬kWh，而變頻調(diào)節(jié)耗氣量為157.24萬m3，耗電量為27.11kWh，所以質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)的總能耗比采用變頻調(diào)節(jié)的低，節(jié)能率為5.6%。

[1] 李德英,陳 疆,李連友.熱水供暖系統(tǒng)“質(zhì)量—流量?jī)?yōu)化調(diào)節(jié)”方法[A].全國(guó)暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2000.

[2] 李德英,許文發(fā).供熱工程[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[3] 趙 娜.供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方法優(yōu)化研究[D].北京:華北電力大學(xué)學(xué)位論文,2011.

Application about the simulation of constant-variable flow adjustment

Niu Jianjun Zhang Hang

(ChinaResourcesLand(Taiyuan)LimitedCompany,Taiyuan030000,China)

The paper analyzes the principle for the quality and flow-rate adjustment and its theoretic calculation, simulates the model by TRNSYS, undertakes the analytic comparison with the simulation results of the frequency conversion, and concludes the adjustment is energy-saving.

quality and flow-rate adjustment, simulation, analysis

2015-08-28

牛建軍(1973- )，男，工程師； 張 航(1989- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)31-0175-02

TU201.5

A