供热系统运行调节与控制(基本知识)

供热系统运行调节的基本知识同方股份有限公司一．供暖热负荷及其变化1．供暖建筑热负荷概算公式Q一．供暖热负荷及其变化1．供暖建筑热负荷概算公式Q=q-A/1000式中，Q——供暖设计总热负荷，A——供暖建筑物的建筑面积，q——供暖建筑面积概算热指标计热负荷。2．供暖建筑面积概算热指标（1）KW；m2；W/m2；指每一平方米供暖建筑面积的设城市热力网设计规范（CJJ34-2002）的推荐植如表1所示。采暖热指标推荐植（W/m2） 表1建筑物类型住宅居住区综合学校办公医院托幼旅馆商店食堂餐厅影剧院展览馆大礼堂体育馆未采取节能措施58-6460-6760-8065-8060-7065-80115-14095-115115-165采取节能措施40-4545-5550-7055-7050-6055-70100-13080-105100-150表中数据适合于‘三北'地区；热指标中已包括约5%的管网热损失。3．供暖热负荷变化（1）影响热指标的主要因素：热指标与建筑物房屋基本耗热量的关系如下式q=工K-F（t-1）/A ⑵nw式中，K——房屋维护结构传热系数，W/m2-°C；F——房屋维护结构传热面积，m2；室内设计温度，一般取18C；室外设计温度，C。对于一个现成的要投入运行的供热系统，在供暖期间其K、F、t和A是确定的，而n室外温度是变化的。从式(1)、(2)中可看出：在非设计条件下，供暖热负荷Q随室外温度变化t,而变化，且呈线性关系。w建筑物房屋耗热量还要计算：①房屋通过门、窗的泠风渗透耗热量；②外门开启泠风渗透耗热量；它的大小与室外温度无关，而与风力大小有关。4•采暖全年耗热量予测供暖热负荷延续图计算却旬荷延时分用由纯图利用供暖期平均温度计算：Q=0.0864-N-Qz np nw式中，Qz――采暖全年耗热量，GJ；N――采暖期天数;采暖期室外平均温度，。c。二•供暖系统水力工况1•系统水力工况分析的意义定义：供暖系统中流量、压力的分布状况。供暖系统供热质量的好、坏，与供暖系统水力工况有着密切的联系。分析水力工况的工具：水压图。水压图的作用：①确定静水压线的依据；

决定系统连接方式；合理配置循环水泵、补水泵和加压泵;指导初调节，分析失调原因。2．水压图绘制和使用（！）管段压力分布的基本概念流体在管道中流动，将引起能量消耗即表现为流体的压力损失，这样，在不同的管段断面，流体的压力值不同。可用流体力学中的伯努利能量方程式来描述。图1总水头线与测压管水头线如图1的某一流体管道，断面1和断面2的伯努利能量方程式为V2 V2Pa4）耳+ZiPg+扌P二p2+Z2Pg+丁P+APi_2Pa4）或：V2+Z或：V2+Z+―i_1 2gp V2乙+Z+—j+AHPg2 2g I-2mHO25）O）；.lMPa等于10mH0、2公式O）；.lMPa等于10mH0、22等于1kg/cm2。水压图通常用后者表示。公式中各项的物理意义：等式左边和右边分别表示断面1和断面2的总水头值（HA和H）。其中，Z称为位置水头，表示流体在该断面相对于基准面（图中的O-O线）B所处的位置高度；P/Pg称为压力能水头，表示流体在该断面的位置高度Z时对管壁的静压力（即等于该处开孔，水的喷出高度）；v2/2g称为动能水头，表示流体在流速下由流动引起的动能。图中AB线称为总水头线，其上各点表示管段上相应各断面处的总水头值；管段上任何两断面之间的压力损失等于这两个断面处流体总水头值之差，如1-2断面的压力损失AH可由下式表示：1-2AH=H-H mH0 （6）1-2 AB2由于热水供暖管道中流速较小，通常在1-3m/s之间，动能水头v2/2g很小，仅0.05-0.46mH20,可以忽略，而只考虑位置水头Z和压力能水头P/pg,用C-D线代替A-B线表示总水头线，由于它的压力就是用测压管测量显示的液面高度（Z+P/pg），故习惯把其称为测压管水头线。（2）水压图绘制方法利用管道的测压管水头线绘制热水供暖系统水压图，可以很方便地将管道中流体的压力的压力分布作出明晰的分析：根据测压管水头线和各断面位置高度，可计算各断面流体的压力能水头值P/Pg（mH0）,即P/Pg=H-Z（mH0）。此值即表示该断面上压力表的读数；22根据测压管水头线可计算管段断面之间的压力损失，即：mH027)AH=H-H=[Z+旦mH027)1—2 CD（1pg丿一般水压图包括如下内容：横坐标表示供热系统的管道单程长度。纵坐标的下半部分，表示供热系统的纵向标高，包括管网、散热器、循环水泵、地形及建筑物的标高，对于外网，当纵坐标无法将供热系统组成表示清楚时，可在水压图的下部标出供热系统示意图，如图2所示。纵坐标的上半部分，表示供热系统的总水头或测压管水头线。

水压图的应用确定管道上任何一点的压力；选择连接方式，静压线位置，保证不压坏，不倒空，不汽化确定用热设备(散热器和换热器)处的压力；确定用户资用压头；确定管道比摩阻；确定循环水泵扬程。3.管网阻力特性基本公式流体在管道中流动必须克服管道阻力，流体产生一定的压力损失。流体在管道中的压力损失与管道粗细、管网布置形式和流体的流动速度(流量)有关，基本关系如下：

AP=S-G2； Pa (8)或 AH=S-G2； mHO(9)式中，AP、AH 分别为以Pa、mHO为单位的管段压降；2G――管段的体积流量，m3/h；S――管段的阻力特性系数，它的物理意义是通过单位流量管道(或管网)阻力的变化。当视水的密度P(kg/m3)为常数时，则S值只是管道直径、长度、绝对粗糙度的函数，即S的大小只取决于管道的结构。也就是说，对于一定的管网，其阻力特性系数也固定不变。S值用下式计算：当单位为Pa/(m3•h-1)2时：K0.25Pa/(m3•h-1)2 (10)S=6.88X10-9 (l+Pa/(m3•h-1)2 (10)d5.25 d当单位为mH0/(m3•h-1)2时：2K0.2511)12)S=7.02x10-10 +1d)p mH20/(m3•h-1)211)12)管网阻力特性计算：串联管段：总阻力特性系数等于各管段阻力特性系数之和，即nS=S+S+S…+S=YS12 3 n ii=1式中，i――管段编号n串联的管段数。说明：在串联管段中，串联管段愈多，总阻力特性系数值愈大，各串联管段流量相等，总压降为各管段压降之和。并联管段：总阻力特性系数的平方根倒数等于各管段阻力特性系数的平方根倒数之和，即1 =才113)11111 =才113)=+++说明：在并联管段中，各并联管段的压降Ap与总压降相等，即Ap=Ap。当并

联管段的阻力特性系数值增大时，总阻力特性系数值也增大，反之亦然。有源管段：是指有安装水泵的管段，如下图3所示。66图3有源管段

对于无源管段，流体通过该管段时，流体对外作功，流体本身压力降低，此时阻力

特性系数为正值；对于水泵，流体通过水泵时，流体压力增高，说明流体吸收了水泵提供的能量，增强流体的流动，也就是说，水泵的阻力特性系数S<0，为负值。水泵的p阻力特性系数S值为：pA阻力特性系数S值为：pAPS=—pPG2AHS=—pP G2Pa/(m3•h—i)214)mH0/(m3•h-1)2215)外网热用户外网热用户说明：有源管段的阻力特性系数一定小于同一管段在无源情况下的阻力特性系数，即管段串联水泵后，其阻力特性系数减小，有时甚至成为负值，主要取决于水泵扬程的大小。水泵扬程愈高，出现负值的可能性愈大。混水泵连接管段:如图4所示。 - 特点：•混水泵连接管段与热用户并联；•当混水泵不运行，关闭旁通管AB段上的阀门时，外网与用户是简单串联，图4混水泵连接管段此时S=*，则APB与ARB的阻力特性系数S=S,说明对热用户未起并联APB ABARB作用；

•当旁通管AB段上的阀门开启，混水泵运行时，将热用户部分回水抽回与外网供水混合降温后送入热用户，混水泵的水流与热用户的水流相反，此时APB与ARB并联的总阻力特性系数由下式计算：1_1_1由公式可知,S>S，说明在管网中混水泵的作用是增大管网的总阻力特性系数，ABARB亦即减少管网的总流量。（2）管网阻力特性线：以流量为横坐标，压降为纵坐标将管段（管网）的阻力特性（公式8或9）用一条抛物线描绘出来的曲线，成为管网阻力特性曲线。阻力特性系数不同，阻力特性系数也不同。不同阻力特性系数的阻力特性曲线n/in/i图5图5管网阻力特性曲线图6串联管网阻力特性曲线串联管网阻力特性曲线S_S串联管网阻力特性曲线S_S+S12并联管网阻力特性曲线111_+—图7并联管网阻力特性曲线有源管段阻力特性曲线APS=S+S有源管段阻力特性曲线APS=S+S=S-p1p1G2图8有源管段阻力特性曲线水泵的特性:水泵样本给出的基本参数：流量Q,扬程H,效率n,必需汽蚀余量NPSH等，这些参数表示水泵性能是由泵厂以常温清水为介质通过试验测得的值。离心水泵特性如下图所示。工图工图9离心水泵特性曲线□流量；泵的流量是单位时间内泵排出口所输出的液体量。泵厂用实测数据绘制的流量一扬程Q—H曲线，用以表示Q—H的变化关系。一般Q用体积流量ms/h或L/s表示。但在工艺算中还常用重量流量G（kg/h）,两者之间的关系为:Q二G/p式中，Q，——输送温度下流体的体积流量 （m3/h）G 流体的重量流量 （kg/h）P 输送温度下流体的密度 （kg/m3）。□扬程：泵的扬程H是指单位重量液体通过泵获得的能量增量（Pa或m水柱）。泵

样本给出的扬程是以水为基准得出的，在任何条件下泵的扬程与流体的密度无关。而压力与密度有关。泵的扬程是用来克服下列各项阻力或压头差：两端容器液面间距的位差；两端容器液面上压力作用的压头差；泵进出口侧管线、管件、仪表和设备的阻力损失；两端液体出口的速度头差，但此值一般甚小，可忽略不计。根据用途不同，泵的扬程所要克服的阻力或压头差的内容是不同的。□功率和效率：①有效功率：单位时间内对液体所作的功，其计算公式如下式中：NoN式中：NoN=QHp/1020泵的有效功率或No=QHy/367kW；Q——输送温度下泵的流量 ms/s；Q， 输送温度下泵的流量 m3/h；P 输送温度下液体的密度kg/ms；Y——输送温度下液体的相对容重（相对于水）;H 扬程m。效率：泵效率是指泵的有效功率N和泵轴功率N之比，其公式如下o所示：—N/Nx100轴功率：由电机传给泵的功率，其公式如下所示：N二N二QHp/102n或N二QHy/367n泵样本给出的功率和效率都是清水试验得出的如果对于其它流体应换算。□汽蚀余量：汽蚀现象：泵第一级叶轮进口处的压力低于液体在该温度下的饱和汽压时，液体开始汽化而产生汽泡，并随液流到较高压力处，汽泡突然凝结，周围液体迅速集中而产生水力冲击。这种汽化和凝结过程产生对泵的冲蚀，震动和使泵性能下降的现象，称之为汽蚀现象。汽蚀余量（NPSH）：又称为净正吸入头，是指在泵进口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富裕能量，也可以说从卧式泵中心算起（对立式管道泵，从吸

入口中心线算，对其它立式泵从基础顶面算起）。泵进口处的总压力（绝对）减去液体的汽化压力（绝对），可用下面公式表示；（NPSH）=100（P-P）/y+V2/2gSV 0（NPSH）——汽蚀余量，m；P——泵进口处绝对压力，MPa；sP——输送温度下液体的汽化压力（绝对），MPa；vV——进口侧液体的流速，m/s。0必需汽蚀余量（NPSH）:是指在泵进口处所必需具有的超过汽化压力的能量，是r水泵工作时不产生汽蚀现象所必需具有富裕的能量，是水泵本身具有的一种特性，由泵厂通过实验测定，在泵样本中以（NPSH）或Ah表示。r水泵流量G、扬程H、功率N和叶片转速n之间有如下关系：G n H n2N n3G/ n/ H/ n/2‘N/ n/3 （17）②水泵工作点：水泵最佳区段并不就是水泵实际工作点。水泵实际工作点，除与水泵本身的性能曲线有关外，还与水泵连接的管网阻力特性有关。确定水泵工作点最常用的一种方法是作图法。在图上绘制水泵工作特性曲线H-G和管网阻力特性曲线AH-G，其交点即为水泵实际工作点。图11并联水泵工作点在供暖系统中，循环水泵可以多台并联运行，也可以多台串联运行。水泵工作点的求法，是先作出水泵的（并联或串联）综合特性曲线，再与管网阻力特性曲线相交。从图10和11中可看出，无论水泵是并联或串联运行，水泵的流量、扬程都将增加。但并联运行主要是增加流量，串联运行主要是提高扬程。图11并联水泵工作点图10串联水泵工作点注意：在管网阻力特性不变的情况下，减少并联运行水泵台数时，单台水泵的功率

将增加，要提防超载烧坏电机。5．水力工况分析（1）恒压点压力变动：在水泵不变、管道阻力未发生任何变化的情况下，则水压O'图形状不变；但随恒压点压力变化水压图沿纵坐标（虚线代表原水压图）上下平移。此时，流量及流量分配都不发生变化，但系统压力发生变化，可能会造成水压不能满足系统运行的要求，即可能出现超压、倒空、汽化。O'图12恒压点压力变动△H（2）循环水泵出口阀门关小：当水泵出口阀门关小时，系统S值必然增大，根据水泵工作点的变动，水泵扬程将有所增加，系统流量有所减少，动水压图比原水压图（虚线代表原水压图）平缓。表明系统水流量减少，如果系统用户未调节阀门，则用户流量将成比例地减少。△H图13循环水泵出口阀门关小（3）干管泄漏：干管泄漏相当于系统增加了并联环路，表现为系统总阻力系数减少，扬程略有下降，系统总流量增加，各用户流量均减少。同时，泄漏点上游段水力坡线变陡，其下游水力坡线变平缓。

△H△H图14干管泄漏（4）干管堵塞：当干管堵塞时，系统总阻力特性系数增大，循环水泵扬程提高，总循环水量减少，堵塞点上游区段，流体继续循环，在其下游区段，水流停止流动。图15给出三种情况：第一种，回水干管在B点堵塞，恒压点在循环水泵入口处。从图中看出，堵塞点后的区段压力远超过静压线值，系统末端用户严重超压，如果是直接连接，就会导致大量散热器破裂的事故，必须严防发生。第二种，供水干管在A点堵塞，恒压点在回水干管上。从图中