热水供热系统的供热调.docx
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热水供热系统的供热调
三热水供热系统的供热调节
第一节概述
热水供热系统的热用户，主要有供暖，通风，热水供应和生产工艺用热系统等。
这些用热系统的热负荷并不是恒定的，如供暖通风热负荷随室外气象条件（主要是室外气温）变化，热水供应和生产工艺随使用条件等因素而不断地变化。
为了保证供热质量，满足使用要求，并使热能制备和输送经济合理，就要对热水供热系统进行供热调节。
在城市集中热水供热系统中，供暖热负荷是系统的最主要的热负荷，甚至是唯一的热负荷。
因此，在供热系统中，通常按照供暖热负荷随室外温度的变化规律，作为供热调节的依据。
供热（暖）调节的目的，在于使供暖用户的散热设备的放热量与用户热负荷的变化规律相适应，以防止供暖热用户出现室温过高或过低。
根据供热调节地点不同，供热调节可分为集中调节，局部调节和个体调节三种调节方式。
集中调节在热源处进行调节，局部调节在热力站或用户入口处调节，而个体调节直接在散热设备（如散热器，暖风机、换热器等）处进行调节。
集中供热调节容易实施，运行管理方便，是最主要的供热调节方法。
但即使对只有单一供暖热负荷的供热系统，也往往需要对个别热力站或用户进行局部调节，调整用户的用热量。
对有多种热负荷的热水供热系统，通常根据供暖热负荷进行集中供热调节，而对于其它热负荷（如热水供应，通风等热负荷），由于其变化规律不同于供暖热负荷，则需要在热力站或用户处配以局部调节，以满足其要求。
对多种热用户的供热调节，通常也称为供热综合调节。
集中供热调节的方法，主要有下列几种：
1．质调节——改变网路的供水温度；
2．分阶段改变流量的质调节；
3．间歇调节——改变每天供暖小时数。
近年来，在热水供热系统中，由于供暖热用户与网路采用间接连接，以及采用变速水泵技术来改变网路循环水量，故也采用了质量—流量调节——即同时改变网路供水温度和流量，进行集中供热调节。
第二节供暖热负荷供热调节的基本公式
供暖热负荷供热调节的主要任务是维持供暖房屋的室内计算温度tn。
当热水网路在稳定状态下运行时，如不考虑管网沿途热损失，则网路的供热量应等子供暖用户系统散热设备的放热量，同时也应等于供暖热用户的热负荷。
根据第一篇供暖工程各章所述，在供暖室外计算温度为t'w，散热设备采用散热器时，
则有如下的热平衡方程式
；（8-1）
W（8-2）
W（8-3）
W（8-4）
式中
——建筑物的供暖设计热负荷，W；
——在供暖室外计算温度
下，散热器放出的热量，W；
——在供暖室外计算温度
下，热水网路输送给供暖热用户的热量，W；
q’——建筑物的体积供暖热指标，即建筑物每lm3外部体积在室内外温度差为1℃时的耗热量，W／m3.℃，
V——建筑物的外部体积，m3；
——供暖室外计算温度，℃，
tn——供暖室内计算温度，℃，
tg'——进入供暖热用户的供水温度，℃;如用户与热网采用无混水装置的直接连接方式（如图7—la），则热网的供水温度
；如用户与热网采用混水装置的直接连接方式（如图7—1b、c），则
t'h——供暖热用户的回水温度，℃；如供暖热用户与热网采用直接连接，则热网的回水温度与供暖系统的回水温度相等，即
；
t'p.j——散热器内的热媒平均温度，℃；
G'——供暖热用户的循环水量，kg／h；
C——热水的质量比热，c=4187J／kg.℃；
K'——散热器在设计工况下的传热系数，W／m2.℃；
F——散热器的散热面积，m2。
散热器的放热方式属于自然对流放热，它的传热系数具有K=a（tp.j-tn）b的形式。
如就整个供暖系统来说，可近似地认为:
t'p.j=（t'g+t'h）／2，则式（8-3）可改写为
W（8-5）
若以带“'”上标符号表示在供暖室外计算温度t'w下的各种参数，而不带上标符号表示在某一室外温度tw（tw>t'w）下的各种参数，在保证室内计算温度tn条件下，可列出与上面相对应的热平衡方程式。
即
（8-6）
W（8-7）
W（8-8）
W（8-9）
若令在运行调节时，相应tw下的供暖热负荷与供暖设计热负荷之比，称为相对供暖热负荷比
，而称其流量之比为相对流量比
，则
（8-10）
（8-11）
同时，为了便于分析计算，假设供暖热负荷与室内外温差的变化成正比，即把供暖热指标视为常数（q'=q）。
但实际上，由于室外的风速和风向，特别是太阳辐射热的变化与室内外温差无关，因此这个假设会有一定的误差。
如不考虑这一误差影响，则:
（8-12）
亦即相对供暖热负荷比
等于相对的室内外温差比。
综合上述公式，可得
（8-13）
式（8-13）是供暖热负荷供热调节的基本公式。
式中分母的数值，均为设计工况下的已知参数。
在某一室外温度tw的运行工况下，如要保持室内温度tn值不变，则应保证有相应的tg、th、
（Q）和
（G）的四个未知值，但只有三个联立方程式，因此需要引进补充条件，才能求出四个未知值的解。
所谓引进补充条件，就是我们要选定某种调节方法。
可能实现的调节方法，主要有：
改变网路的供水温度（质调节），改变网路流量（量调节），同时改变网路的供水温度和流量（质量—流量调节）及改变每天供暖小时数（间歇调节）。
如采用质调节，即增加了补允条件G=1。
此时即可确定相应的tg、th和
（Q）值了。
第三节直接连接热水供暖系统的集中供热调节
一、质调节
在进行质调节时，只改变供暖系统的供水温度，而用户的循环水量保持不变，即G=1。
对无混合装置的直接连接的热水供暖系统，将此补充条件G=1代入热水供暖系统供热调节的基本公式（8-13），可求出质调节的供、回水温度的计算公式。
℃（8-14）
℃（8-15）
或写成下式
℃（8-16）
℃（8-17）
式中
——用户散热器的设计平均计算温差，℃；
——用户的设计供、回水温度差，℃。
对带混合装置的直接连接的热水供暖系统（如用户或热力站处设置水喷射器或混合水泵，见图7-16、c），则
，
。
式（8-16）所求的tg值是混水后进入供暖用户的供水温度，网路的供水温度下τ1，还应根据混合比再进一步求出。
混合比（或喷射系数）u，可用下式表示：
u=Gh／Gg（8-18）
式中Gg——网路的循环水量，kg／h；
Gh——从供暖系统抽引的回水量，kg／h。
在设计工况下，根据热平衡方程式（见图8-1）
由此可得
（8-19）
式中
——网路的设计供水温度，℃。
在任意室外温度tw下，只要没有改变供暖用户的总阻力数S值，则混合比u不会改变，仍与设计工况下的混合比u，相同，即
（8-20）
即
℃（8-21）
根据式（8-21），即可求出在热源处进行质调节时，网路的供水温度τ1随室外温度tw（即
）的变化关系式。
将式（8-16）的tg值和式（8-20）的
代入式（8-21），由此可得出对带混合装置的直接连接热水供暖系统的网路供、回水温度。
℃（8-22）
℃（8-23）
式中
——网路与用户系统的设计供水温度差，℃。
根据式（8-16），（8-17），（8-22）和（8-23），可绘制质调节的水温曲线。
散热器传热系数K的公式中的指数b值，按用户选用的散热器型式确定。
实际上，整个供热系统中各用户选用的散热器型式不一，通常多选用柱型和M-132型散热器。
根据附录2-1，以按b=0.3计算为宜，即按1／（1+b）=0.77计算。
[例题8-11试计算设计水温为95℃／70℃和130℃／95℃／70℃的热水供暖系统，当采用质调节时，
、
的水温调节曲线。
如哈尔滨市，供暖室外计算温度为-26℃，求在室外温度tw=-15℃的供、回水温度。
[解]
（1）对95℃／70℃热水供暖系统，根据式（8-16）、（8-17）
其中
1／（1+b）=0.77；tn=18℃
将上列数据代入上式，得
由上式可求出
、
的质调节水温曲线。
计算结果见表8-1。
水温曲线见图8-2。
又如在哈尔滨市（
℃），室外温度tw=-15℃时的相对供暖热负荷比
为
将
=0.75代入上两式，可求得
τ1=79.1℃，τ2=60.3℃
（2）对带混水装置的热水供暖系统（130℃／95℃／70℃），根据式（8-22）和（8-23）
其中，
将数据代入式中，得下式
计算结果见表8-1，水温曲线见图8-2。
对哈尔滨市，当室外温度tw=-15℃（
=0.75）时，代入上两式，可求得
τ1=105.3℃;τ2=60.3℃
从上述的供热质调节公式可见，热网的供，回水温度τ1、τ2是相对供暖热负荷比
的单值函数。
表8-1给出不同设计供回水参数的系统的
和
值。
直接连接热水供暖系统供热质调节的热网水温（℃）表8-1
系统型
式与设
计参数
带混水装置的供暖系境
无混水装置的供暖系统
110℃／
95℃／70℃
130℃／
95℃／70℃
150℃／
95℃／70℃
‘τ2
=70℃
95℃/70℃
110℃／70℃
130℃／80℃
τ1
τ1
τ1'
τ2
τ1
τ2
τ1
τ2
τ1
τ2
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
42.2
61.8
60.9
69.6
78.0
88.3
94.0
102.2
110
46.2
67.8
88.9
79.6
90.0
100.3
110.3
120.2
130
50.2
63.8
76.9
89.6
102.0
114.3
128.8
138.2
150
34.2
39.0
44.9
49.6
54.0
58.3
62.3
68.2
70
39.2
47.3
54.9
62.1
69.0
75.8
82.3
88.7
95
34.2
39.8
44.9
49.6
54.0
58.3
62.3
66.2
70
42.9
62.5
61.8
70.2
78.6
86.7
94.6
102.4
110
34.9
40.9
45.6
50.2
54.6
58.7
62.6
66.4
70
48.2
59.9
71.0
81.5
91.7
101.6
111.3
120.7
130
38.2
44.9
51.0
56.5
61.7
66.6
71.3
75.7
80
注：
b=0.3，tn=18℃。
根据上述质调节基本公式，水温曲线以及例题分析，网路的供，回水温度随室外温度的变化有如下的规律：
1．随着室外温度tw的升高，网路和供暖系统的供，回水温度随之降低，供、回水温差也随之减小，其相对供、回水温差比等于该室外温度下的相对热负荷比，亦即
（8-24）
式中
——网路的相对供回水温差。
其它符号同前。
2．由于散热器传热系数K值的变化规律为
，供回水温度呈一条向上凸的曲线。
3．随着室外温度tw的升高，散热器的平均计算温差亦随之降低。
在某一室外温度tw下，散热器的相对平均计算温差比与相对热负荷比，具有如下的关系式
（8-25）
式中
——它表示在tw温度下，散热器的计算温差与设计工况下的计算温差的比值。
由此可见，在给定散热器面积F的条件下，散热器的平均温差是散热器放热量的单值函数。
因此，进行热水供暖系统的供热调节，实质上就是调节散热器的平均计算温差，或即调节供、回水的平均温度，来满足不同工况下散热器的放热量，它与采用质或量的调节无关。
集中质调节只需在热源处改变网路的供水温度，运行管理简便。
网路循环水量保持不变，网路的水力工况稳定。
对于热电厂供热系统，由于网路供水温度随室外温度升高而降低，可以充分利用供热汽轮机的低压抽汽，从而有利于提高热电厂的经济性，节约燃料。
所以，集中质调节是目前最为广泛采用的供热调节方式。
但由于在整个供暖期中，网路循环水量总保持不变，消耗电能较多。
同时，对于有多种热负荷的热水供热系统，在室外温度较高时，如仍按质调节供热，往往难以满足其它热负荷的要求。
例如，对连接有热水供应用户的网路，供水温度就不应低于70℃。
热水网路中连接通风用户系统时，如网路供水温度过低，在实际运行中，通风系统的送风温度过低也会产生吹冷风的不舒适感。
在这些情况下，就不能再按质调节方式，用过低的供水温度进行供热了，而是需要保持供水温度不再降低，用减小供热小时数的调节方法，即采用间歇调节，或其它调节方式进行供热调节。
二、分阶段改变流量的质调节
分阶段改变流量的质调节，是在供暖期中按室外温度高低分成几个阶段，在室外温度较低的阶段中，保持设计最大流量，而在室外温度较高的阶段中，保持较小的流量。
在每一阶段内，网路的循环水量始终保持不变，按改变网路供水温度的质调节进行供热调节。
即令
将这补充条件代入供暖系统的供热调节基本公式（8-13），可求出对无混水装置的供暖系统
℃（8-26）
℃（8-27）
对带混水装置的供暖系统
℃（8-28）
℃（8-29）
式中代表符号同前。
在中小型热水供热系统中，一般可选用两组（台）不同规格的循环水泵。
如其中一组（台）循环水泵的流量按设计值100%选择，另一组（台）按设计值的70%～80%选择。
在大型热水供热系统中，也可考虑选用三组不同规格的水泵。
由于水泵扬程与流量的平方成正比，水泵的电功率N与流量的立方成正比，节约电能效果显著。
因此，分阶段改变流量的质调节的供热调节方式，在区域锅炉房热水供热系统中，得到较多的应用。
对直接连接的供暖用户系统，采用此调节方式时，应注意不要使进入供暖系统的流量过少。
通常不应小于设计流量的60%，即
。
如流量过少，对双管供暖系统，由于各层的重力循环作用压头的比例差增大，引起用户系统的垂直失调。
对单管供暖系统，由于各层散热器传热系数K值变化程度不一致的影响，也同样会引起垂直失调。
[例题8-2]哈尔滨市一热水供暖系统，设计供、回水温度
=95℃、
。
采用分阶段改变流量的质调节。
室外温度从-15℃到-26℃为一个阶段，水泵流量为100%的设计流量，从+5℃到-15℃的一个阶段，水泵流量为设计流量的75%。
试绘制水温调节曲线图，并与95℃／70'C的系统采用质调节的水温调节曲线相对比。
[解]1．室外温度为tw=-15℃时，相应的相对供暖热负荷比
=[18-（-5）]／[18-（-26）]=0.75。
从室外温度-15℃（
=0.75）到室外温度tw=-26℃（
=1）的这个阶段，流量采用设计流量
=1，此阶段的水温调节是质调节。
供回水温度数据与上述例题8-1完全相同，见表8-1。
2．开始供暖的室外温tw=+5℃，此时相应的
=（18-5）／[18-（-26）]=0295。
从开始供暖tw=+5℃（Q=0.295）到室外温度tw=-15℃（Q=0.75）的这个阶段，流量为设计流量的75%，亦即
。
将φ=0.75代入式（8-26）、（8-27），并将
，
，1／（1+b）=0.77等已知值代入，可得出此阶段
和
）的关系式。
计算结果列于表8-2，水温调节曲线见图8-2。
表8-2
供暖相对热负荷比
相应哈尔滨市的室外温度tw，℃
0.295
+5.0
0.4
0.4
0.6
-8.4
0.75
-15
0.8
-17.2
1.0
-26
网路和用户的供水温度τ1，℃
网路和用户的回水温度τ2，℃
48．1
38．3
56．6
43．2
71.5
51.5
82．2
57．2
82.3
62.3
95
70
相对流量比
0.75
1.0
3．通过质调节与分阶段改变流量的质调节两种调节方式相对比的方法，也可容易地确定后一种调节方式流量改变后相应变化的供、回水温度。
在某一相同室外温度tw下，采用不同调节方式，网路的供热量和散热器的放热量应是等值的。
根据网路供热量的热平衡方程式
得
℃（8-30）
根据散热器的放热量热平衡方程式
0.5（tg.f+th.f-2tg）=0.5（tg+tb-2tn）
得tg.f+th.f=tg+th℃（8-31）
上式tg、th——在某一室外温度tw下，采用质调节的供、回水温度℃；
G——采用质调节时的设计流量，kg／h；
tg.f、tb.i——在相同的室外温度tw下，采用分阶段改变流量的质调节的供、回水温度，℃；
Gf——采用分阶段改变流量的质调节的流量，kg／h；
=Gf／G——相对流量比；
tn——室内保证的温度，℃。
联立解公式（8-30），（8-31），可得
℃（8-32）
℃（8-33）
如本例题，当tw=-15℃（
=0.75），采用质调节时，利用式（8-16）、（8-17），可得出τ1=tg=79.1℃，τ2=th=60.3℃。
当采用分阶段改变流量的质调节时，在tw=-15℃（
=0.75），φ=0.75时，利用（8-26）、（8-27）或（8-32）、（8-33），可得出tg.f=82.2℃，th.f=57.2℃。
通过上述分析可见，采用分阶段改变流量的质调节，与纯质调节相对比，由于流量减少，网路的供水温度升高，回水温度降低，供、回水温差增大。
但从散热器的放热量的热平衡来看，散热器的平均温度应保持相等，因而供暖系统供水温度的升高和回水温度降低的数值，应该是相等的。
三，间歇调节
当室外温度升高时，不改变网路的循环水量和供水温度，而只减少每天供暖小时数，这种供热调节方式称为间歇调节。
间歇调节可以在室外温度较高的供暖初期和末期，作为一种辅助的调节措施。
当采用间歇调节时，网路的流量和供水温度保持不变，网路每天工作总时数n随室外温度的升高而减少。
它可按下式计算
h／d（8-34）
式中tw——间歇运行时的某一室外温度，℃，
t'w——开始间歇调节时的室外温度（相应于网路保持的最低供水温度），℃。
[例题8-3]对例题8-1的哈尔滨市130℃／95℃／70℃的热水网路，网路上并联连接有供暖和热水供应用户系统。
采用集中质调节供热。
试确定室外温度tw=+5℃时，网路的每日工作小时数。
[解]对连接有热水供应用户的热水供热系统，网路的供水温度不得低于70℃，以保证在换热器内，将生活热水加热到60～65℃。
根据例题8-1的计算式
由上式反算，当采用质调节时，室外温度tw=0℃（Q=0.41）时，网路的供水温度τl=69.9～70℃。
因此，在室外温度tw=0℃时，应开始进行间歇调节。
当室外温度tw=5℃时，网路的每日工作小时数为
当采用间歇调节时，为使网路远端和近端的热用户通过热媒的小时数接近，在区域锅炉房的锅炉压火后，网路循环水泵应继续运转一段时间。
运转时间相当于热煤从离热源最近的热用户流到最远热用户的时间。
因此，网路循环水泵的实际工作小时数，应比由式（8-34）的计算值大一些。
第四节间接连接热水供暖系统的集中供热调节
供暖用户系统与热水网路采用间接连接时（图8-3），随室外温度tw的变化，需同时对热水网路和供暖用户进行供热调节。
通常，对供暖用户按质调节方式进行供热调节，以保持供暖用户系统的水力工况稳定。
供暖用户系统质调节时的供、回水温度tg/th，可以按式（8-16）、（8-17）确定。
热水网路的供、回水温度τ1字：
和τ2，取决于一级网路采取的调节方式和水-水换热器的热力特性。
通常可采用集中质调节成质量-流量调节方法。
1．热水网路采用质调节
当热水网路同时也采用质调节时，可引进补充条件Gyl=1。
根据网路供给热量的热平衡方程式，得出
（8-35）
根据用户系统人口水-水换热器放热的热平衡方程式，可得
（8-36）
式中
——在室外温度tw时的相对供暖热负荷比；
——网路的设计供，回水温度，℃;
τ1，τ2——在室外温度tw时的网路供、回水温度，℃；
——水-水换热器的相对传热系数比，亦即在运行工况tw时，水-水换热器传热系数K值与设计工况时K'的比值；
△t'——在设计工况下，水—水换热器的对数平均温差，℃；
℃（8-37）
△t——在运行工况tw时，水-水换热器的对数平均温差，℃。
℃（8-38）
水-水换热器的相对传热系数
值，取决子选用的水-水换热器的传热特性，由实验数据整理得出。
对壳管式水-水换热器，K值可近似地由下列公式计算
（8-39）
式中
——水-水换热器中，加热介质的相对流量比，此处亦即热水网路的相对流量比；
——水-水换热器中，被加热介质的相对流量比，此处亦即供暖用户系统的相对流量比。
当热水网路和供暖用户系统均采用质调节，
=1，
=1时，可近似地认为两工况下水-水换热器的传热系数相等，即
=1（8-40）
根据式（8-35）和将式（8-38）、（8-40）值代入式（8-36），可得出供热质调节的基本公式。
（8-41）
（8-42）
在某一室外温度tw下，上两式中
、△t'、τ'l、τ'2为巳知值，tg及th值可从供暖系统质调节计算公式确定。
来知数仅为τ1及τ2。
通过联立求解，即可确定热水网路采用质调节的相应供、回水温度τ1及τ2值。
2．热水网路采用质量—流量调节
供暖用户系统与热水网路间接连接，网路和用户的水力工况互不影响。
热水网路可考虑采用质量-流量调节，即同时改变供水温度和流量的供热调节方法。
随室外温度的变化，如何选定流量变化的规律是一个优化调节方法的问题。
目前采用的一种方法是调节流量使之随供暖热负荷的变化而变化，使热水网路的相对流量比等于供暖的相对热负荷比，亦即人为增加了一个补充条件，进行供热调节
（8-43）
同样，根据网路和水-水换热器的供热和放热的热平衡方程式，得出
根据式（8-39），在此调节方式下，相对传热系数比
值为
（8-44）
将式（8-43）、（8-44）代人．上述两个热平衡方程式中，可得
（8-45）
（8-46）
在某一室外温度tw下，上两式中，
、△t'，τ'1、τ'2为已知值，tg和th值可由供暖系统质调节计算公式确定。
诵过联立求解，即可确定热水网路按Gyi=Q规律进行质量-流量调节时的相应供、回水温度τ'1和τ'2值。
采用质量-流量调节方法，网路流量随供暖热负荷的减少而减小，可以大大节省网路循环水泵的电能消耗。
但在系统中需设置变速循环水泵和配置相应
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