城市集中供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)就其本質(zhì)可分為質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)，其他調(diào)節(jié)方式，如分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)、間歇調(diào)節(jié)實(shí)際上是這兩種調(diào)節(jié)方式的結(jié)合或變異。在變流量供熱系統(tǒng)中，流量基本上由用戶決定，如果用戶需要提高室內(nèi)溫度，則開(kāi)大溫控閥，增加流量，流量的增加將引起熱網(wǎng)壓力下降，下降的壓力由調(diào)速循環(huán)泵提高轉(zhuǎn)速補(bǔ)償。板式換熱器價(jià)格，合肥板式換熱器廠家，服務(wù)咨詢熱線0551-67317122。

　　間接連接供熱系統(tǒng)中，熱量通過(guò)換熱器進(jìn)行傳遞，因此流量控制必須考慮換熱器在流量變化時(shí)的熱力特性。流量的變化將使換熱器的傳熱系數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而影響一級(jí)管網(wǎng)的流量和供回水溫度。

　　1 調(diào)節(jié)參數(shù)的確定

　　① 一級(jí)管網(wǎng)的量調(diào)節(jié)方式

　　在直接連接系統(tǒng)中，由于散熱器熱流量一般按供熱系統(tǒng)定流量考慮，加之用戶的熱力入口沒(méi)有設(shè)置變流量調(diào)節(jié)設(shè)備，若流量變化較大，戶內(nèi)系統(tǒng)熱力工況將發(fā)生嚴(yán)重失調(diào)。因此，直接連接系統(tǒng)不宜采用流量變化較大的純粹量調(diào)節(jié)。

　　在間接連接系統(tǒng)中，二級(jí)管網(wǎng)對(duì)于用戶而言是直接連接系統(tǒng)，采用質(zhì)調(diào)節(jié)。一級(jí)管網(wǎng)的量調(diào)節(jié)可以采取兩種方式：

　　a. 一種方式是固定供水溫度，改變流量。在熱負(fù)荷降低時(shí)，一二級(jí)管網(wǎng)供回水溫度降低，換熱器對(duì)數(shù)平均溫差升高或基本不變，由下式：

　　Ф=KA△tm (1)

　　式中Ф——換熱器換熱量，W

　　K——換熱器傳熱系數(shù)，W/(m2·K)

　　A——換熱面積，m2

　　△tm——換熱器對(duì)數(shù)平均溫差，℃

　　當(dāng)熱負(fù)荷降低而對(duì)數(shù)平均溫差變化很小時(shí)，傳熱系數(shù)和傳熱面積應(yīng)相應(yīng)減小，但換熱器換熱面積無(wú)法變化，因此只能通過(guò)降低傳熱系數(shù)適應(yīng)熱負(fù)荷的變化。傳熱系數(shù)降低意味著供熱介質(zhì)流速的下降，也可認(rèn)為在截面積不變的情況下流量的降低。但計(jì)算表明，流量小幅下降并不能明顯使傳熱系數(shù)下降，即傳熱系數(shù)對(duì)流量變化不敏感。

　　由于量調(diào)節(jié)下供水溫度不變，當(dāng)一級(jí)管網(wǎng)流量大幅度降低時(shí)，供回水溫差加大，回水溫度將大幅降低。為保證傳熱溫差，一級(jí)管網(wǎng)回水溫度應(yīng)高于二級(jí)管網(wǎng)回水溫度，即流量的變化將受到換熱器傳熱性能的制約。有兩種方法可以使流量變化幅度減小，從而使流量變化與換熱器傳熱性能相適應(yīng)。一種方法是減小換熱器傳熱面積，在有多臺(tái)換熱器的熱力站中，當(dāng)室外溫度升高，熱負(fù)荷減小時(shí)，可關(guān)閉部分換熱器，減少換熱面積。二級(jí)管網(wǎng)變?yōu)榉蛛A段變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)或旁通混水連接，一級(jí)管網(wǎng)回水溫度升高，流量增加。另一種方法是分階段改變一級(jí)管網(wǎng)供水溫度，在不同的室外溫度階段采用不同的供水溫度，減小流量的降低幅度。

　　b. 另一種方式，我們可以設(shè)定一級(jí)管網(wǎng)的供回水溫差不變，而供回水溫度隨熱負(fù)荷的變化改變。這樣將使換熱器對(duì)數(shù)平均溫差的變化與一級(jí)管網(wǎng)流量的變化相適應(yīng)，使流量的變化程度降低，降低換熱器熱力工況的失調(diào)程度。

　　② 調(diào)節(jié)參數(shù)的確定

　　在非設(shè)計(jì)工況下，換熱器一二級(jí)側(cè)的出口溫度一般是未知的，因此對(duì)數(shù)平均溫差不易計(jì)算，這給換熱器熱力工況分析計(jì)算帶來(lái)不便。文獻(xiàn)[2]提出采用換熱器有效系數(shù)s，將對(duì)數(shù)平均溫差用線性關(guān)系近似描述。換熱器有效系數(shù)ε可定義為單位流量熱當(dāng)量(定義為供熱介質(zhì)的比定壓熱容與其質(zhì)量流量乘積)下，換熱流體之間溫差為1℃時(shí)換熱器的傳熱量。

　　有效系數(shù)ε還表示加熱流體溫降或被加熱流體溫升與最大溫差的比值。因此，有效系數(shù)ε實(shí)際上表明了換熱器的換熱能力。有效系數(shù)ε不大于1，當(dāng)換熱器傳熱面積無(wú)窮大時(shí)，ε=1?？捎蔁崞胶馔茖?dǎo)出：

　　式中ω、θ——系數(shù)

　　Ws——換熱器小流量側(cè)的流量熱當(dāng)量，J/(h·K)

　　WL——換熱器大流量側(cè)的流量熱當(dāng)量，J/(h·K)

　　在間接連接系統(tǒng)中，一級(jí)側(cè)流量熱當(dāng)量W1=Ws，二級(jí)側(cè)流量熱當(dāng)量W2=WL應(yīng)滿足如下方程：

　　式中Ф——相對(duì)熱負(fù)荷比

　　W1——一級(jí)管網(wǎng)相對(duì)流量熱當(dāng)量比

　　tf,s——任意工況下一級(jí)管網(wǎng)供水溫度，℃

　　tf,r——任意工況下一級(jí)管網(wǎng)回水溫度，℃

　　tf,s,d——設(shè)計(jì)工況下一級(jí)管網(wǎng)供水溫度，℃

　　tf,r,d——設(shè)計(jì)工況下一級(jí)管網(wǎng)回水溫度，℃

　　ts,r——任意工況下二級(jí)管網(wǎng)回水溫度，℃

　　ts,r,d——設(shè)計(jì)工況下二級(jí)管網(wǎng)回水溫度，℃

　　W2——二級(jí)管網(wǎng)相對(duì)流量熱當(dāng)量比

　　ts,s——任意工況下二級(jí)管網(wǎng)供水溫度，℃

　　ts,s,d——設(shè)計(jì)工況下二級(jí)管網(wǎng)供水溫度，℃

　　tin——任意室內(nèi)溫度，℃

　　to——任意室外溫度，℃

　　tin,d——供暖室內(nèi)計(jì)算溫度，℃

　　to,d——供暖室外計(jì)算溫度，℃

　　Фd——設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，形

　　W1,d——設(shè)計(jì)工況下一級(jí)管網(wǎng)流量熱當(dāng)量

　　W2,d——設(shè)計(jì)工況下二級(jí)管網(wǎng)流量熱當(dāng)量

　　由式(5)～(11)可推導(dǎo)出一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度的調(diào)節(jié)公式，在求解過(guò)程中需補(bǔ)充附加條件(調(diào)節(jié)方式)。間接連接系統(tǒng)一級(jí)管網(wǎng)采用量調(diào)節(jié)，二級(jí)管網(wǎng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)，這樣補(bǔ)充的附加條件為：一級(jí)管網(wǎng)供水溫度固定或供回水溫差固定，二級(jí)管網(wǎng)W2=1。將附加條件代入一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度的調(diào)節(jié)公式，若換熱器有效系數(shù)占已知，則可求出任意工況下一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度和質(zhì)量流量。但由式(2)可知，參數(shù)ω、θ在變工況下并不是已知的，必須在確定了換熱器傳熱系數(shù)和一級(jí)管網(wǎng)流量的前提下才能計(jì)算ε。而供熱介質(zhì)的部分參數(shù)和一級(jí)管網(wǎng)流量未知，這也正是我們要計(jì)算的。因此，調(diào)節(jié)方程具有隱函數(shù)性質(zhì)，用解析法是無(wú)法解出的。

　　索柯諾夫教授曾提出計(jì)算換熱器傳熱系數(shù)的近似計(jì)算式：K=Kd(W1W2)0.5 (12)式中Kd——換熱器在設(shè)計(jì)工況下的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)式(12)針對(duì)管殼式換熱器，并未考慮供熱介質(zhì)參數(shù)對(duì)傳熱系數(shù)的影響，有很大的局限性。筆者考慮目前供熱中常用的板式換熱器，利用計(jì)算板式換熱器傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，并對(duì)不同溫度下供熱介質(zhì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算調(diào)整，先給出溫度和流量的原始值，經(jīng)過(guò)不斷的試算校正，最終得出滿足工況要求的換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)。試算過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)程序完成，在給定條件下，精確計(jì)算出以上兩種量調(diào)節(jié)方式下，一二級(jí)管網(wǎng)供回水溫度和流量。計(jì)算程序?qū)ｉT針對(duì)板式換熱器編寫，在計(jì)算前，應(yīng)確定一二級(jí)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并選取合適的板式換熱器，得到板式換熱器的數(shù)量和設(shè)計(jì)參數(shù)，確定傳熱系數(shù)和阻力的相應(yīng)計(jì)算公式。

　　2 算例

　　2.1 熱網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)

　　以我國(guó)某城市熱網(wǎng)中某座熱力站為研究對(duì)象。供暖室外計(jì)算溫度為-6℃，開(kāi)始供暖時(shí)室外溫度為8℃，供暖室內(nèi)計(jì)算溫度為18℃，一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)供、回水溫度為127、60℃，二級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)供、回水溫度為80、55℃。選定一座供熱面積為20×104m2的熱力站，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為11.24MW。

　　根據(jù)熱負(fù)荷和供熱介質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇板式換熱器。在本算例中，換熱器一級(jí)側(cè)溫差大，流量小;二次側(cè)溫差小，流量大。因此，應(yīng)考慮供熱介質(zhì)在換熱器通道內(nèi)的流速。在選用換熱器時(shí)流速一般控制在0.3～0.6m/s，并盡量使一二級(jí)側(cè)的供熱介質(zhì)流速保持一致[3]。若選用等截面板式換熱器，勢(shì)必大幅增加二級(jí)側(cè)流速和阻力，傳熱效果也不理想。因此，選用不等截面板式換熱器，二級(jí)側(cè)為寬流道，一級(jí)側(cè)為窄流道，兩側(cè)供熱介質(zhì)流速接近。通過(guò)選型計(jì)算，得板式換熱器總傳熱面積228.8m2，數(shù)量為3臺(tái)。

　　2.2 調(diào)節(jié)方式

　　二級(jí)管網(wǎng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式。一級(jí)管網(wǎng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)與量調(diào)節(jié)，室外溫度由-6℃升至-2℃，采用質(zhì)調(diào)節(jié)，此時(shí)流量為管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量;室外溫度由-2℃升至8℃，采用量調(diào)節(jié)。

　　室外溫度由-2℃升至8℃，一級(jí)管網(wǎng)供水溫度固定為110℃。當(dāng)室外溫度升高時(shí)，熱負(fù)荷降低，一級(jí)管網(wǎng)回水溫度將隨之降低，一級(jí)管網(wǎng)流量減小。由于板式換熱器熱負(fù)荷與流量呈非線性關(guān)系，當(dāng)熱負(fù)荷較小時(shí)，流量降低很多，不能滿足傳熱要求。在計(jì)算中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)室外溫度為2℃時(shí)，一、二級(jí)管網(wǎng)回水溫度之差已經(jīng)很小。當(dāng)室外溫度繼續(xù)升高時(shí)，熱負(fù)荷與流量繼續(xù)減小，受二級(jí)管網(wǎng)回水溫度的限制，一級(jí)管網(wǎng)回水溫度無(wú)法繼續(xù)減小，因此傳熱效果不能達(dá)到規(guī)定要求。為保證傳熱效果，我們?cè)诹空{(diào)節(jié)階段采取了兩種解決方法：

　?、?方法1

　　方法1為固定一級(jí)管網(wǎng)供水溫度，減少換熱面積。熱力站有3臺(tái)板式換熱器，當(dāng)室外溫度等于2℃時(shí)，我們可以關(guān)閉1臺(tái)。采用方法1，一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度、質(zhì)量流量隨室外溫度的變化曲線見(jiàn)圖1、2，二級(jí)管網(wǎng)供回水溫度隨室外溫度的變化曲線見(jiàn)圖3。由圖1～3可知，在室外溫度為2℃時(shí)關(guān)閉1臺(tái)換熱器后，由于換熱面積減少，一級(jí)管網(wǎng)流量增大，回水溫度升高;一二級(jí)管網(wǎng)回水溫差升高。

　　② 方法2

　　方法2為分階段降低一級(jí)管網(wǎng)供水溫度。供水溫度的變化分為3個(gè)階段：室外溫度為-2～3℃時(shí)，供水溫度為110℃;當(dāng)室外溫度為3～6℃時(shí)，供水溫度降至100℃;當(dāng)室外溫度為6～8℃時(shí)，供水溫度降至90℃。采用方法2，一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度、質(zhì)量流量隨室外溫度的變化曲線見(jiàn)圖4、5，二級(jí)管網(wǎng)供回水溫度隨室外溫度的變化曲線見(jiàn)圖6。

　　由圖4～6可知，由于一級(jí)管網(wǎng)供水溫度的分階段降低，一級(jí)管網(wǎng)供回水溫差減小，質(zhì)量流量也分為3個(gè)階段，溫差減小與質(zhì)量流量增大相對(duì)應(yīng)。采用這種方法，使一級(jí)管網(wǎng)流量變化幅度減小，提高了一級(jí)管網(wǎng)回水溫度，保證換熱的完成。

　　對(duì)于室外溫度由-2℃升至8℃階段，筆者提出一級(jí)管網(wǎng)采用固定供回水溫差的變流量調(diào)節(jié)，供回水溫差固定為56℃。一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度及質(zhì)量流量隨室外溫度的變化曲線見(jiàn)圖7、8。由圖8可知，采用固定供回水溫差法的調(diào)節(jié)方式，一級(jí)管網(wǎng)質(zhì)量流量隨室外溫度的升高逐步減小，與固定供水溫度調(diào)節(jié)法比較，質(zhì)量流量變化幅度較小。

　　2.3 調(diào)節(jié)方式的比較

　?、?量調(diào)節(jié)

　　當(dāng)固定一級(jí)管網(wǎng)供水溫度時(shí)，流量變化幅度較大，有利于降低管網(wǎng)和換熱器阻力，而且供水溫度恒定，操作方法比較簡(jiǎn)單。在熱負(fù)荷減小到一定程度時(shí)，可減少換熱器的投入數(shù)量，但熱力站的控制復(fù)雜程度有所增加?？傮w而言，這種調(diào)節(jié)方式是經(jīng)濟(jì)、可行的。

　　分階段降低一級(jí)管網(wǎng)供水溫度的調(diào)節(jié)方式，實(shí)際上減小了流量變化幅度。這種調(diào)節(jié)方式由于分階段改變供水溫度，增加了控制難度，而且流量較高，因此運(yùn)行成本較高。

　?、?固定供回水溫差的變流量調(diào)節(jié)

　　固定供回水溫差的變流量調(diào)節(jié)方式，供回水溫度隨熱負(fù)荷的降低而減小，換熱器傳熱溫差、傳熱系數(shù)與一級(jí)管網(wǎng)流量的變化相適應(yīng)，流量的變化幅度比采用固定供水溫度調(diào)節(jié)方式小。在這種情況下，換熱器失調(diào)度較小，換熱效果易于保證。但流量加大，使換熱器阻力增加，而且一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度同時(shí)改變，控制難度較高。