一種蓄熱調(diào)峰的集中供熱系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用分布式蓄熱的手段，增強(qiáng)末端的自適應(yīng)性能、簡化控制流程，實(shí)現(xiàn)高效、低成本運(yùn)行的集中供熱系統(tǒng)和方法。屬于集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國供熱計(jì)量改革的不斷開展，供熱系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化。為適應(yīng)這種結(jié)構(gòu)變化，對于系統(tǒng)的調(diào)控能力和自動化程度都提出了很高的要求。
[0003]供熱計(jì)量改革的一個主要目標(biāo)就是節(jié)能，在這樣的大前提下，對集中供熱系統(tǒng)的而言，就是要實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn):熱源“按需供熱”、熱用戶“按需用熱”。
[0004]按需供熱，簡單說就是熱源根據(jù)實(shí)際的用熱需求供給熱量，同時各級熱網(wǎng)都盡可能采取“大溫差、小流量”的運(yùn)行模式。這樣供熱系統(tǒng)的運(yùn)行能耗就會得到較好的控制。
[0005]按需用熱，換言之就是要“熱盡其用”，其最終目的在于降低系統(tǒng)總熱負(fù)荷。按需用熱主要體現(xiàn)在以下兩個方面:
1.消除“過熱戶”，在保證系統(tǒng)中各終端用戶的舒適性的同時降低實(shí)際的總熱負(fù)荷；
2.通過“行為節(jié)能”，即盡可能減少對于無用熱需求的時段和區(qū)域的供熱，“行為節(jié)能”的可行性與供熱計(jì)量的成敗有密切的關(guān)系。
[0006]現(xiàn)有的集中供熱系統(tǒng)也經(jīng)歷了從恒流量系統(tǒng)到變流量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。隨著供熱計(jì)量改革的不斷開展，以變流量系統(tǒng)為基礎(chǔ)產(chǎn)生了很多節(jié)能運(yùn)行方法和措施。(詳見參考資料I中的平衡調(diào)節(jié)方法分類表)
但實(shí)際上，集中供熱系統(tǒng)是一個具有很大慣性的系統(tǒng)，而“行為節(jié)能”卻對系統(tǒng)的靈活性提出了很高的要求。現(xiàn)有的集中供熱系統(tǒng)對于“行為節(jié)能”的支持是比較有限的，當(dāng)末端人為調(diào)節(jié)的幅度變大時，系統(tǒng)的運(yùn)行成本并不能同步降低。如參考資料2中的“管網(wǎng)負(fù)荷日線圖”所述，負(fù)荷形態(tài)呈駝峰狀，并可以看出分戶計(jì)量后的峰谷波動幅度明顯大于分戶計(jì)量
、廣.刖。
[0007]由于“水栗功率與水栗流量的立方成正比”，在變流量系統(tǒng)中熱量輸配系統(tǒng)的消耗相對偏高。
[0008]例如，以恒定的流量輸送熱能，輸送熱量Q對應(yīng)消耗循環(huán)栗電量E ；
如果，一半時間負(fù)荷為平均負(fù)荷的1.5倍，另一半時間負(fù)荷為平均負(fù)荷的0.5倍，
此時，采用變流量系統(tǒng)輸送熱能，則輸送熱量Q對應(yīng)消耗循環(huán)栗電能比例為 (0.5 3)/2+(1.5 3)/2=1.75倍，即需要多消耗75%的電能；
如果，一半時間負(fù)荷為平均負(fù)荷的1.3倍，另一半時間負(fù)荷為平均負(fù)荷的0.7倍，
此時，采用變流量系統(tǒng)輸送熱能，則輸送熱量Q對應(yīng)消耗循環(huán)栗電能為 (0.7 3)/2+(1.3 3)/2=1.27倍，即需要多消耗27%的電能；
以上僅是標(biāo)準(zhǔn)工況下電能的消耗，變流量系統(tǒng)或多或少會造成系統(tǒng)的水力失調(diào)或熱力失調(diào)。因?yàn)楦鱾€節(jié)點(diǎn)的回水溫度會隨著末端負(fù)荷的波動而產(chǎn)生變化，導(dǎo)致實(shí)際的運(yùn)行效率偏低。
[0009]當(dāng)平均進(jìn)回水溫差比預(yù)設(shè)的進(jìn)回水溫差縮小10%的時候(按進(jìn)回水溫差20度計(jì)算，進(jìn)回水溫差偏差10%則為18度)，則輸配系統(tǒng)實(shí)際消耗的電能比例為1.1 3=1.331倍，即需要多消耗33.1%的電能；
當(dāng)平均進(jìn)回水溫差比預(yù)設(shè)的進(jìn)回水溫差縮小20%的時候(按進(jìn)回水溫差20度計(jì)算，進(jìn)回水溫差偏差20%則為16度)，則輸配系統(tǒng)實(shí)際消耗的電能比例為(1.2 3) =1.728,即需要多消耗72.8%的電能。
[0010]實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行過程中，進(jìn)回水溫差的偏差經(jīng)常超過20%甚至更多，因此水力失調(diào)或熱力失調(diào)導(dǎo)致的輸配系統(tǒng)能耗上升是很嚴(yán)重的。雖然有一些手段可以降低系統(tǒng)的水力失調(diào)或熱力失調(diào)，但這些方法都會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度、并且調(diào)節(jié)效果也并非十分理想。
[0011]現(xiàn)有的集中供熱系統(tǒng)的主要問題:
1、現(xiàn)有系統(tǒng)中，從熱力網(wǎng)到末端形成聯(lián)動的循環(huán)，互相干擾、調(diào)節(jié)困難。
[0012]2、采用熱計(jì)量收費(fèi)后，“行為節(jié)能”導(dǎo)致末端負(fù)荷的波動性增大，熱網(wǎng)反應(yīng)能力滯后、熱力輸配成本偏尚;
3、如采用通斷時間面積法，難以實(shí)現(xiàn)分室控溫、并且當(dāng)用戶私自改裝末端散熱器時，既影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性也影響計(jì)量的公平性；(詳見參考資料4)
4、末端存在偷水、漏水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，且增加運(yùn)行成本。
[0013]參考資料:
1.供熱系統(tǒng)平衡性調(diào)節(jié)分析高向升張子君宋立軒區(qū)域供熱2012.6期
2.論供熱計(jì)量的推廣與供熱管網(wǎng)運(yùn)行許維波區(qū)域供熱2011.6期
3.通斷時間面積法的應(yīng)用狀況和應(yīng)用中的主要問題劉蘭斌、江億、付林區(qū)域供熱2013.3期
4.大發(fā)展中的新挑戰(zhàn)一關(guān)于熱量表企業(yè)當(dāng)前發(fā)展形勢和問題王樹鐸熱計(jì)量2013.4期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]為解決現(xiàn)有的集中供熱系統(tǒng)的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，通過在熱力網(wǎng)分支節(jié)點(diǎn)處設(shè)置分布式蓄熱/換熱模塊3、將熱力網(wǎng)I水循環(huán)與末端系統(tǒng)2的水循環(huán)隔離，不僅增強(qiáng)了末端系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，也使得熱力網(wǎng)I的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。
[0015]包括熱力網(wǎng)1、末端系統(tǒng)2，其中:末端系統(tǒng)2中包括蓄熱/換熱模塊3、熱網(wǎng)側(cè)換熱器4、內(nèi)側(cè)換熱器5、內(nèi)部循環(huán)栗6、內(nèi)部散熱系統(tǒng)7 ；
熱網(wǎng)側(cè)換熱器4通過管路連接熱力網(wǎng)1，通過熱力網(wǎng)I為蓄熱/換熱模塊3補(bǔ)充熱能；內(nèi)側(cè)換熱器5通過管路連接內(nèi)部散熱系統(tǒng)7，通過內(nèi)部循環(huán)栗6將蓄熱/換熱模塊3中儲存的熱能輸送給內(nèi)部散熱系統(tǒng)7 ;
蓄熱/換熱模塊⑶中包含蓄能體，熱網(wǎng)側(cè)換熱器4、內(nèi)側(cè)換熱器5都設(shè)置在蓄熱/換熱模塊3之中，并通過蓄熱/換熱模塊3進(jìn)行熱交換，兩者相互獨(dú)立、使得熱力網(wǎng)I水循環(huán)與末端系統(tǒng)2水循環(huán)隔離；
末端系統(tǒng)2中設(shè)有補(bǔ)水模塊8 ;
內(nèi)部散熱系統(tǒng)7可以是串聯(lián)系統(tǒng)或并聯(lián)系統(tǒng)，可以自由選擇散熱器、輻射供暖或風(fēng)機(jī)盤管； 在熱力網(wǎng)I與末端系統(tǒng)2之間設(shè)置智能通斷控制閥9進(jìn)行控制；
蓄熱/換熱模塊3中包含蓄能體，蓄能體可以是相變蓄熱材料、顯熱蓄熱材料或兩者的組合。
[0016]本發(fā)明的集中供熱系統(tǒng)控制方法為:
1、熱力網(wǎng)I采用階段性的恒流量輸配模式，根據(jù)本階段內(nèi)平均負(fù)荷確定運(yùn)行流量；所述的分階段的時間周期一般為天，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的按需供熱；對于晝夜溫差較大，或者供熱負(fù)荷波動性較大的情況，最多將一天劃分為不超過4個階段。
[0017]2、熱力網(wǎng)I輸送的熱量通過蓄熱/換熱模塊3傳入末端系統(tǒng)2，通過蓄熱/換熱模塊3將熱力網(wǎng)I水循環(huán)與末端系統(tǒng)2水循環(huán)隔離；在末端低谷負(fù)荷時段，所獲得的熱量一部分應(yīng)用于內(nèi)部散熱系統(tǒng)7，同時將富余的熱量儲存于蓄熱/換熱模塊3的蓄能體中；在末端高峰負(fù)荷時段，將熱力網(wǎng)I實(shí)時輸送的熱量與蓄能體中儲存的熱量共同應(yīng)用于內(nèi)部散熱系統(tǒng)7 ;
此時，只要末端系統(tǒng)2中的蓄能體具有足夠的蓄能量，就可以實(shí)現(xiàn)移峰填谷；一般設(shè)定為儲存滿足末端系統(tǒng)按設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行30-60分鐘的熱量即可。
[0018]3、熱力網(wǎng)控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)與末端系統(tǒng)2聯(lián)接，包括以下功能:
末端用戶可以預(yù)先設(shè)定的自己的采暖需求，一方面末端系統(tǒng)2可以根據(jù)預(yù)設(shè)需求實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、熱力網(wǎng)控制系統(tǒng)則可以根據(jù)各用戶的預(yù)設(shè)需求估算未來的總需求變化曲線；熱力網(wǎng)控制系統(tǒng)可以對末端系統(tǒng)2和蓄熱/換熱模塊3的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并根據(jù)匯總數(shù)據(jù)對各末端系統(tǒng)2內(nèi)的智能通斷控制閥9進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)節(jié)；
在采暖季中的不同階段，熱力網(wǎng)I運(yùn)行的最佳供回水溫度會有所不同，因此末端的設(shè)定也應(yīng)按不同階段進(jìn)行同步調(diào)整；應(yīng)由熱力網(wǎng)控制系統(tǒng)對末端系統(tǒng)2設(shè)定當(dāng)前階段的回水溫度值，末端系統(tǒng)2則根據(jù)實(shí)時的回水溫度設(shè)定運(yùn)行，由蓄熱/換熱模塊3對該節(jié)點(diǎn)處的熱力網(wǎng)I的回水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制、做到“熱盡其用”。
[0019]4、在部分負(fù)荷狀態(tài)下，熱力網(wǎng)控制系統(tǒng)可以通過各個末端系統(tǒng)2內(nèi)的智能通斷控制閥9，采取智能錯時通斷調(diào)節(jié)，使得各個末端在錯開的時間段內(nèi)有序的從熱力網(wǎng)I獲取熱量，既保證通過各末端流量的穩(wěn)定、也保證熱力網(wǎng)I的水力