供热系统稳态热力工况建模与热力失调探究

供热系统稳态热力工况建模与热力失调探究

刘辰

天津市河北区供热燃气公司 天津市

摘要：因为集中供热系统具备不过多浪费能源、较大的燃料选择空间、绿色环保等优势，在整个世界中都得到了极广泛的运用。然而，我国的集中供热系统的能源利用率并不高，由系统热力失调导致的能源消费的情况非常严峻。故而，对供热系统的热力工况以及热力失调进行探究，不单单可以精确地掌控热力参数，而且有利于节约能源。

关键词：供热系统；稳态；热力工况；建模；热力失调；探究

1. 供热系统稳态热力工况建模

1. 基于稳态热力工况分析的空间管网

在水力工况计算之中，供、回水管网往往是呈现对称状的空间分布，能够把供热管网系统简化成平面网络来开展工作。而相比较而言，热力工况的计算设计了热源以及热用户的热力计算，与此同时，供、回水管段的热水温度也有所差异性。除此之外，热网在真实的应用之中，会受到众多因素的干扰而导致空间结构无法呈现对称状，进而导致热力计算出现很大的偏差。故而，应当创建涉及热源、热用户、供热管网的空间网络拓扑结构。

与水利工况计算中对管段的定义有所差异，热力工况计算是把保持水流量以及管道直径不变，而且温度在一段距离内没有发生变化的一段管道记为一个计算管段。故而，热力工况计算的管道跟水力工况计算的管道还是有些许差异性。举个例子，若不顾虑管段热损失的时候，连接热源以及热用户的进出口管段应当从水利工况计算来开展工作，因为水流量以及管道直径不变，可以将它称为一个管段，然而，以热力工况计算的视角来看，因为进出口管段的水的温度并不相同，按照相应的标准应该不能算是一样的管段。

2. 供热系统换热设备热力特性分析

供热系统主要由三大成分构造：热源、供热管网、热用户，在供热系统中发挥着非常重要的作用。因此，可以从这三个方面来探究系统的热力工况。

热源热负荷主要是由循环水流量、供水温度以及回水温度来确定的。在循环水流量和供水温度已经定下的前提下，回水温度可以通过热力平衡公式来获得，进而计算出热源热负荷。

换热器的热力特性在供热系统的供热管网中发挥了非常重要的作用，有有效系数、热用户的热水循环流量以及加热流体与被加热流体之间的最大温差三者相乘所得。

热用户的热力特性跟供热系统的连接方式有着非常密切的联系，而连接方式主要有两大类—直接连接与间接连接，不同的连接方式其热力特性将会有所差异。此外，若供热系统运转稳定，在理想的并没有二级网管的热损失的情况下，热用户其实等同于从二级网获得了自己所需的热量。

3. 不同连接方式下的供热系统稳态热力工况建模

1.直接连接方式

对于拥有多个节点以及管段的直接连接供热系统，因为在实际的运转中难免会有所热损失，因此，在创建的空间网络拓扑结构的前提下，根据节点力量和有向管段热平衡方程来创建供热系统稳态热力工况模型。在这一过程之中，会应用到节点热量平衡方程、有向管段热平衡方程、矩阵方程组等计算方式，以增加模型的精确性。

2.间接连接方式

在相同的前提下，间接连接供热系统稳态热力工况模型供热系统稳态所采用的的其它计算公式与直接连接方式下的模型相同，但是矩阵方程组则需要将热用户节点流量热当量对角阵换成换热器节点流量当量对角阵。

2. 热力失调与供热调节

1. 热力失调度的定义

当供热系统运转的时候，常常会因为供热管网的供水温度与起初的设想温度不相一致，或者供热管网的循环水流量的配置与热用户所要求的循环水流量有所差距等等而导致供热管网的供热热负荷没有达到热用户的要求。

当供热系统发生水力失调的时候，常常会用水力失调度来表达实际的水力失调情况，类同于此，也是用热力失调度来定义热力失调的情况。对于间接连接的供热系统来说，会将换热站在一定时间内得到的热量除以相同时间内需要的热量的结果，来当成是换热站热力失调度。

热用户发生热力失调极其有可能是因为一级网侧或者二次网侧的供、回水温度不稳定而发生的，也有可能是因为水利工况产生波动导致的。除此之外，所有热用户的热力失调度的大小范围不一致，会出现不一致热力失调现象。

2. 供热调节

1.供热调节的基本原理

当供热系统开展调节工作的时候，热用户的室内温度难免会受到室外的气候因素的变化以及热源、供热管网等调解方案的干扰与影响，进而导致热用户所需要的热负荷产生一定的波动变化。在这样的前提条件下，若供水温度或者流量的调节不能适应这一变动，就会导致热用户室内温度与所要求的产生偏差，从而出现热力失调的现象。故而，为了确保供热系统的整体稳定，必须要对供热系统开展供热调节工作。

2.集中质调节

集中质调节是现阶段应用最广泛、最常用的一种供热调节方法，分阶段改变流量的质调节是市场最为认可的具备较高经济效益的方法，在近些年得到了诸多应用机会。

在开展直接连接供热系统的质调解的工作的时候，只需要调节加热设备热水入口温度。分阶段改变流量的质调节则是将供暖期按照室外温度划分成多个不同的层次，在每一个层次根据不同的质调节标准来进行供热调节。

一级网质调节、二级网质调节具有非常广泛的应用空间，是最为基本的调节方式之一，具备能源消耗低、绿色环保的特点，符合现如今大力呼吁的可持续发展理念，极其适用于间接连接供热系统的质调解的工作。

3. 总结

综上所述，本论文对热水供热系统的稳态热力特性展开了具体的分析，分别创建了考虑管段热损失以及不考虑管段热损失的稳态热力工况模型，为确保供热系统减少能源投入与多余消耗、高效运行提供理论方面的依据。继而，再分析了供热系统的热力失调的定义等，阐述了供热调节的质调节在直接连接供热系统以及间接连接供热系统之中的应用。

参考文献：

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[4]王磊. 供热系统稳态热力工况建模与热力失调研究[D].哈尔滨工业大学,2012.

[5]周守军. 基于管网动态模型的城市集中供热系统参数预测及运行优化研究[D].山东大学,2012.

作者简介：刘辰（1988-11-17），男，汉族，籍贯：河北省，当前职务：科员，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：热力与供热