设置均压罐的热用户与热网连接方式

设置均压罐的热用户与热网连接方式 设置均压罐的热用户 与热网连接方式 ? 北京建筑工程学院 李 锐 摘要 在热网与热用户之间设置均压罐是热网与热用户的一种间接连接方式 , 可以改善热 水管网的水力失调 , 提高热水管网的水力稳定性 , 减少热网系统能耗 。介绍了均压罐的作用 、 特点和工作原理 , 并举例分析这种连接方式的应用效果 。 关键词 供热管网 均压罐 连接方式 J o i n i n g h e a t u s e rs a n d h e a t s u p p l y n e t w o r k w i t h a p r e s s u r e2e q u a l i zi n g t a n k ?By Li Rui A bs t r a c t This is a ki n d of i n di r ec t j oi ni ng me t h o d of t h e h e a t s up p l y ne t w o r k a n d h e a t us e rs . S uc h j oi ni ng me t h o d c o ul d i mp r o ve h y d r a ulic dis o r de r a n d s t a bili t y of h e a t ne t w o r k a n d r e d uce e ne r gy c o ns u mp t i o n of h e a t ne t w o r k . Pr es e n ts t h e f u nc t i o n , c h a r ac t e ris t ics a n d p ri ncip le of p r ess u r e2e q ualizi n g t a n ks . Gi ves a n e xa mp le t o a n al ys e ap p lic a t i o n ef f ec t of s uc h j oi ni ng me t h o d . Ke yw o r ds h e a t s up p l y ne t w o r k , p r ess u r e2e q ualizi n g t a n k , j oi ni ng me t h o d ? Beijing Ins tit ut e of Civil Engine e ring a nd Arc hit e ct ure , Beijing , China ? 0 引言 ; 在热用户系统中 , 水从均压罐出来 , 经热 热网回水管路 用户循环水泵和供水管流入热用户 , 热用户的回水经热用 在我国 , 热用户与热水供热网常用的连接方式有直接 户系统的回水管返回均压罐 。 连接和间接连接 。在有混合装置的直接连接方式中 , 采用 在这种连接方式中 , 热用户与热网之间并不是绝对分 的混合装置一般为水喷射器 , 或者是混水泵 。近年来由于 离 , 热网水与热用户系统的水在均压罐处出现了掺混 , 但 国外技术和设备的引进 , 在一些新建成的供热工程中 , 出 是热用户与热网之间的水力工况互不影响 。当热网提供的 现了设置均压罐的连接方式 , 这种连接方式使热水管路的供水温度满足热用户要求或高于热用户系统的供水温度时 , 运行水力失调状况得到很大的改善 , 热水管路的水力稳定 均可以采用这种系统 。当热网的供水温度与热用户系统的 性增强 , 同时使供热系统的运行能耗降低 。本文介绍这种 供水温度相同时 , 热网的水直接供给热用户使用 ; 当热网 连接方式 , 并分析这种连接方式的特点 。 的供水温度高于热用户系统的供水温度时 , 热网的供水与 1 设置均压罐的连接方式来自热用户的回水在均压罐内混合 , 达到热用户要求的供 水温度之后 , 向热用户系统供水 。 如图 1 所示 , 这种连接方式是在热用户与热网之间设 在设置均压罐的连接方式中 , 热网与热用户系统中需 置均压罐 。热网的水经热网供水管流入均压罐 , 然后返回 要分别设置循环水泵 。 ?? 李锐 , 女 , 1963 年 1 月生 , 硕士研究生 , 工学硕士 , 副 教授 Pat? 2 应用举例 062 5 ———换算系数 , 0 . ; 2 2 mh?由于其独有的性能和特点 , 设置均压罐的热用户与热 λ———管道内壁的摩擦阻力系数 ; 1 网连接方式在欧洲已经被广泛地使用。但在我国才刚刚 3 ρ———水的密度 , kg/ m ; 开始使用 。北京有一些供热系统采用了这种连接方式 。如 G———管段的水流量 , t / h ; t 2 北京市某危改小区供热工程 , 供暖面积50 000 m, 供暖热d ———管道的直径 , m 。 源为 50 台法国产 D T G320 系列燃气锅炉 , 热用户与热网之 对于热水管路 , 认为流动状态处于阻力帄方区 , 阻力 间采用设置均压罐的连接方式 。又如北京市某医院供暖及 λ帄方区的摩擦阻力系数 值为 : 热水供应工程 , 总供热负荷约为 1 800 kW , 热源为 5 台法 国产 D T G320 20 型锅炉 , 供热系统采用设置均压罐的连 1 λ )( = 2 2 d 1 . 14 + 2lg 接方式 。 K 2 3 均压罐的工作原理 式中 1 . 14 为尼古拉兹实验得到的常数; K 为管壁的 当量绝对粗糙度 , m 。 均压罐由一根封闭的短管构成 。根据热网的供水流量 () () λ将式 2摩擦阻力系数 值代入式 1, 可得出管路 与热用户系统的供水流量的相对大小 , 均压罐有两种不同 的比摩阻与管段的水流量和管径之间的关系 : 的运行状态 。在均压罐内部 , 水的流动方向并不是一定的 , 它取决于不同网路循环流量的大小 。 2 G t0 . 25 3 . 1 热网的供水流量大于热用户系统的供水流量时 )( R = 0 . 006 88 K 3 5 . 25 ρ d如图 2a 所示 , 当管路 g中的流量大于管路 g中的流 1 2 Pat? 式中 0 . 006 88 为换算系数 , 。 2 2量时 , 均压罐内的水流方向是 mh? 自上而下 。管路 g中的流量是一般混水系统中的旁通管与热网的供回水管管径基本 1 相同 , 因此它的比摩阻与热网管道的比摩阻相等 。从均压 热网 供 水 管 的 水 流 量 , 管 路罐在系统中的位置看 , 均压罐似可看作混水系统中的旁通 g中 的 流 量 是 热 用 户 系 统 供 2 管 , 但实际上二者是不同的 , 均压罐比相连接的管道的直 水管的水流量 。此时 , 在均压 径大很多 , 因此称之为罐 , 而不是管道 。通常均压罐的直 罐内 , 来自热网的供水一部分 径是相连管道直径的 3 倍以上 。 成为热用户系统的供水 , 另一 由上述分析可知 , 均压罐可能的最大流量是热网供水 部分供水与热网的回水 混 合 , 管内的水流量 , 假设均压罐的直径为 d, 热网供水管的管 j 热用户系统的供水温度与热网 径为 d, 当 d= 3 d, 并且均压罐内的水流量最大时 , 根 g j g 循环的供水温度相同 ; 热网循 环的回水温度比热用户的回水 温度高 。 ()据式 可以得到 : 3 3 . 2 热网的供水流量小于热 5 . 25 d 用户系统的供水流量时 g( )R= R 4 j gd j如图 2b 所示 , 当管路 g1 式中 R———均压罐的比摩阻 , Pa/ m ; j 中的流 量 小 于 管 路 g中 的 流 2 d———热网供水管的直径 , m ;g 量时 , 均压罐内的水流方向是 d———均压罐的直径 , m ; j R ———热网供水管的比摩阻 , Pa/ m 。 g 自下 而 上 。此 时 , 在 均 压 罐 可以求出 : 图 2 均压罐的运行 内 , 来自热网的供水与部分热 ( )R= 0 . 003 R 5 j g用户系统的回水混合 , 成为热用户系统的供水 , 这时热用 如果系统中均压罐用一个旁通管替代 , 旁通管的直径 户系统的供水温度低于热网循环的供水温度 ; 热网循环的 与热网供水管的直径相同 , 那么将均压罐与旁通管相比较 , 回水温度与热用户系统的回水温度相同 。 () 由式 5可知 , 均压罐的比摩阻仅 仅 是 旁 通 管 比 摩 阻 的 3 . 3 均压罐消除热用户流量调节对热网水力工况影响的 013 % 。因为水流过均压罐的局部阻力小于水流过旁通管的 原理分析 局部阻力 , 所以 , 实际上水流经均压罐的总阻力损失与流 根据热水管路水力计算的基本原理 , 管路的比摩阻由 过旁通管的总阻力损失相比较 , 其比值比 0 . 3 % 还要小 。 下式计算 : 如果均压罐内的水流量小于最大流量 , 它的总阻力损失会 更小 , 因此水在均压罐内流动所产生的总阻力损失可以忽 略不计 。也就是说 , 均压罐内各点的压力值不受热用户流 2 Gλ t ( )1 R = 0 . 062 5 5 ρ d ( )以上的分析表明 , 均压罐与旁通管相比较 , 除了具有 8 G= G= G g2 h2 2混水的作用之外 , 另一个重要作用就是均压 , 均压罐内的 式中 G———热用户系统的循环水量 , kg/ s 。 2 压力基本上不受与其相接的热用户流量调节的影响 。 () () () 7和式 8代入式 6, 并整理得 : 将式 如果热用户与热网 之 间 采 用 设 置 均 压 罐 的 连 接 方 式 , )( ( ( ))Gc t - = Gc t - 9 t t 1 g1 2 g2 h1 h2 那么通过热用户的水流量改变时 , 流经均压罐的流量也相 应地增加或减少 , 热网的水流量保持不变 , 与均压罐相接 Gt - t 1g2 h2 = ( )10 的热网回水管内的水温会改变 , 热网中某一个热用户流量 Gt - t 2g1 h1 的变化并没有转移给其他的热用户 。另外 , 由于有均压罐 , () 由式 10可以看出 , 热网的供回水温差与热用户系 当某一热用户流量变化时 , 均压罐内的压力分布没有变化 , 统的供回水温差之比和热网的循环水量与热用户系统的循 热网管路的压力分布也没有变化 。 环水量成反比 。 4 与均压罐相接的热网的循环水量和水温同理 , 当热网的 供 水 流 量 小 于 热 用 户 的 供 水 流 量 时 , 也可以得到同样的结论 。 在供热系统中 , 由于均压罐的存在使热网与热用户系 5 设置均压罐的连接方式的特点统连接起来 , 因此热网与热用户的循环水量和水温之间存 在一定的关系 。设置均压罐的连接方式与常见的热用户与热网连接方 为了便于讨论 , 假设均压罐与四根管道相接 , 一侧与 式相比较 , 有如下特点 : 热网的供回水管道相连 , 另一侧与热用户的供回水管道相 ) a系统中可以不设置分水器和集水器 , 各种热用户的 连 。 供水管和回水管都连接在同一个均压罐上 。当然 , 根据供 如图 3 所示 , 热网的供水流量大于热用户系统的供水 热系统的大小 , 以及所连接的热用户的情况 , 也可以设置 流量 , 因此均压罐内水的流动方向是自上而下 。 必要的分水器和集水器 。 ) b热网有主循环水泵 , 在每一个热用户系统还分别设 置了网路循环水泵 。从热网设置水泵的情况看 , 这种供热 系统属于水泵分布式的系统型式 。 以下以一个供热系统为例 , 对设置均压罐的热用户与 热网连接方式进行分析 。 某供热系统有 5 个热用户 , 第 1 个热用户与热源之间 的距离是 400 m , 每个热用户之间的距离也是 400 m , 供回 水管道总长 4 000 m , 比摩阻 60 Pa/ m 。每个热用户要求的 3 流量均为 30 m/ h , 热用户内部阻力为 50 k Pa , 供热管道 的局部阻力为沿程阻力的 30 % 。 为了满足上述供热需求 , 有几种不同的供热系统 可供选择 。由于篇幅所限 , 这里只分析两种方案 。 方案 1 如图 4 所示 , 采用常见的供热系统型式 , 热 图 3 设置均压罐的热网 网与热用户采用直接连接 。 根据均压罐处的热量帄衡关系 , 可以列出下面的热帄 衡方程式 : ( )Gc t + Gc t = Gc t + Gc t 6 g1 g1 h2 h2 g2 g2 h1 h1 式中 G———热网供水管内的水流量 , kg/ s ; g1 ) ( c ———水的比热容 , J / kg ??; t ———热网供水管内的水温 , ?; g1 G———热用户回水管内的水流量 , kg/ s ; h2 t ———热用户回水管内的水温 , ?; h2 G———热用户供水管内的水流量 , kg/ s ; g2 t ———热用户供水管内的水温 , ?; g2 G———热网回水管内的水流量 , kg/ s ; h1 t ———热网回水管内的水温 , ?。 ( )图 4 热水网路系统示意图 方案 1 h1 而由热网热源处的质量守恒关系可知 : 在供热系统中 , 为了使每个热用户的流量达到实际要 求 , 一般的方法是选择合适的循环水泵 , 并在各个热用户 处安装调节阀 , 选择循环水泵的扬程时 , 其值需要满足最( )= = G GG7 1g1 h1 远用户的资用压头 ; 这样 , 其他热用户的服务压头往往大 于所需要的资用压头 , 因此热用户的供水管上必须设置调 式中 G———热网的循环水量 , kg/ s 。 1 根据图 4 所示的供热系统中每个热用户需要的流量 , 以及 热网与 热 用 户 系 统 网 路 循 环 水 泵 的 总 能 耗 为 13 . 95 最远热用户需要的资用压头和供回水管道的沿程阻力 、局 kW 。方案 2 与方案 1 相比较 , 水泵的运行能耗减少 26 % 。 3 供热系统采用方案 2 时 , 各热用户调节阀处的有关参数值 部阻力 , 选择热网循环水泵 P1 的流量为 150 m/ h , 扬程 列于表 2 中 。 取最小值 362 k Pa , 循环水泵的效率取 80 % , 则循环水泵 的能耗按下式计算 : ()热用户调节阀的压头值 方案 2 表 2 HGP1 1 热用户1 热用户2 热用户3 热用户4 热用户5 ( ) N = 11 η P11) 174. 8112 . 4 62. 40 0 热网的压头/ kPa式中 H———水泵的扬程 , k Pa ; P1 调节阀消耗压/ k头P a124. 862. 412. 40 0 η ———水泵的全压效率 。P1 调节阀消耗压头的比/ %例 71. 455. 519. 90 0 () 由式 11计算得到 , 按照方案 1 确定的循环水泵 P1 ) 1热网的压头指图 5 中热用户阀门前供水压力与热用户出口回 能耗为 18 . 85 kW 。表 1 列出了供热系统各热用户调节阀 水压力之差 , 热用户 4 和热用户 5 需要的资用压头由水泵 P2 提供 。( , 调节阀消耗的压头比例 = 消耗的压头值 。表中 阀门消 从表 2 中 可 以 看 出 , 在 热 用 户 1 处 调 节 阀 消 耗 的 压) 耗压头/ 热网的压头×100 % 。 头 比 例 占 外 网 提 供 压 头 的 7 1 . 4 % , 在 热 用 户 2 和 热 用 户 3 处 消 耗 压 头 比 例 分 别 为 5 5 . 5 % 和 1 9 . 9 % 。与 方 ()热用户调节阀的压头值 方案 1 表 1 案 1 相 比 较 , 采 用 方 案 2 后 , 热 用 户 1 , 3 调 节 阀 消 耗 热用户1 热用户2 热用户3 热用户4 热用户5 的压 头 , 以 及 能 耗 压 头 占 外 网 提 供 压 头 的 百 分 比 均 有 较 1) 大 幅 度 的 下 降 。 299. 6237. 2174. 8112. 450. 0热网的压头/ kPa 从热网运行的 水 力 工 况 方 面 分 析 , 根 据 前 面 所 述 的 调节阀消耗压/ k头P a249. 6187. 2124. 862. 40 均压罐水力运行的 基 本 原 理 , 采 用 方 案 2 时 , 当 热 用 户 调节阀消耗压头的比/ %例 83. 378. 971. 455. 50 4 或热用户 5 的 流 量 变 化 时 , 均 压 罐 内 各 点 的 压 力 基 本 保持不变 , 因此热用户 1 , 2 和 3 入口处的压头不 发 生 变 ) 1热网的压头指图 4 中热用户阀门前供水压力与热用户出口回 水压力之差 , 每个热用户需要的资用压头均为 50 k Pa 。化 , 热网的总流量 也 没 有 变 化 , 所 以 通 过 均 压 罐 消 除 了 从表 1 中可以看出在距离热源较近的热用户处 , 由于 热用户 4 或 热 用 户 5 的 流 量 变 化 对 其 他 热 用 户 的 影 响 , 热用户需要的资用压头为 50 k Pa , 而外网提供的服务压头 因此热网的水 力 稳定 性 比 较 好 。而 采 用 方 案 1 时 , 热 网 大于 50 k Pa , 因此剩余的压头依靠调节阀消耗掉 , 其中热 的水力稳定性比较差 。 用户 1 调节阀消耗的压头比例占外网提供压头的 83 . 3 % , 供热管网运行的效果体现在管网的水力稳定性上 , 供 能量浪费比较大 。提供给热用户 2 的服务压头也只占外网 热管网运行能耗费用主要体现在循环水泵 总 能 耗 的 大 小 。 提供压头的 21 . 1 % 。距 离 热 源 越 近 的 热 用 户 处 , 能 量 浪 因此 , 在热水网路设计中 , 热水管路的稳定性和热网循环 费得越大 。 水泵的总能耗是需要首先考虑的问题 , 其次是考虑调节阀 方案 2 如图 5 所示 , 热用户 4 和热用户 5 与热网之间 的耗能 , 以使水泵提供的压头尽可能为热用户服务 , 避免 采用设置均压罐的连接方式 。5 个热用户的供回水温度是 能源的浪费 。 相同的 。 6 结语 设置均压罐的热用户与热网连接方式近年来在我国开 始使用 , 均压罐构造简单 , 有其独特的运行特点 , 因此这 种连接方式可以使热水网路的运行水力失调状况得到很大 的改善 , 热水网路的水力稳定性增强 , 同时可以减少供热 系统的运行能耗 。 7 致谢 感谢法国德地氏公司北京代表处提供的工程应用信息 。 参考文献 ( )图 5 热水网路系统示意图 方案 2 在供热系统中 , 设置热网循环水泵 1 台 , 热用户系统 3 网路循环水泵两台 。热网循环水泵 P1 的流量为 150 m/ h , 1 Delpech P , Besse J , Candas F , et al . Réglage des dist ributio ns de 扬程取最小值 237 . 2 k Pa , 循环水泵的效率取 80 % , 按公 chauffage . L es éditio ns parisiennes , 1998 () 式 11计算出热网循环水泵的能耗为 12 . 35 kW 。两台 李 岱 森. 简 明 供 热 设 计 手 册. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 , 2 热用户系统网路循环水泵 P2 相同 , 每台水泵的流量为 30 1998 3 m/ h , 扬程取最小值 50 k Pa , 循环水泵的效率取 52 % , 则 Besse J , Delpech P , Co udray C. Mét ho de d′qéuilibrage d′un réseau p 3 ( ) rimaire de chauffage . Chaud f roid plo mberie , 2000 2: 59 69 file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56