供热工程-第八章 热水供热系统的供热调节

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第八章 热水供热系统的供热调节教学目的：供热调节的目的、 教学目的：供热调节的目的、 集中供热调节的方法、 集中供热调节的方法、 供热调节的基本原理和基本公式 教学重点： 教学重点：直接连接热水供暖系统的 集中供热调节 教学难点： 教学难点：综合供热调节

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第一节 概 述在集中供热系统中，供暖热负荷是系统的主要热 在集中供热系统中， 负荷，而且大部分是唯一的热负荷， 负荷，而且大部分是唯一的热负荷，集中供热系统实 际上是供暖系统。所以，在系统供热运行过程中， 际上是供暖系统。所以，在系统供热运行过程中，主 要考虑供暖热负荷的变化规律来调节供热量 供暖热负荷的变化规律来调节供热量。 要考虑供暖热负荷的变化规律来调节供热量。在供暖 集中供热系统对采暖建筑物供热时， 期，集中供热系统对采暖建筑物供热时，在任何室外 条件下，都应当保证建筑物室内温度符合用户的要求， 条件下，都应当保证建筑物室内温度符合用户的要求， 使房间温度保持在一定范围内， 使房间温度保持在一定范围内，如18±2℃。要达到 ± ℃ 这一要求，不但需要正确的设计， 这一要求，不但需要正确的设计，而且要求对供热系 统的供热量根据热用户的热负荷变化情况进行合理的 调节，即达到热量供需一致。换言之，就是供热系统 调节，即达到热量供需一致。换言之，就是供热系统 应根据室外气象条件的变化而引起建筑物热负荷的变 化来调节供热量，从而达到热量供需平衡， 化来调节供热量，从而达到热量供需平衡，即按需供 以保证室内温度满足用户要求。 热，以保证室内温度满足用户要求。

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供暖系统的初调节在通常情况下， 在通常情况下，供暖系统在建成投入 运行后， 运行后，总有一些用户的室温达不到设计 要求，比如设计问题、 要求，比如设计问题、小区的扩建改建问 维修维护调整阀门等， 题、维修维护调整阀门等，都会使供暖系 统的流量不能按需分配， 统的流量不能按需分配，即存在水力失调 现象。所以要求供暖系统在投入运行初期， 现象。所以要求供暖系统在投入运行初期， 利用预先安装的调节阀门， 利用预先安装的调节阀门，对管网各支路 的流量进行合理调节， 的流量进行合理调节，使各用户的流量达 到所要求的量(合理分配)。 )。这种调节方 到所要求的量(合理分配)。这种调节方 法称为供暖系统的初调节。 法称为供暖系统的初调节。

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供热调节在运行过程中， 在运行过程中，建筑物热负荷会随着室外气象条件 的变化而变化， 的变化而变化，所以对热源的供热量也应

进行相应的 调节， 调节，目的在于使热用户散热设备的散热量与其热负 荷的变化相适应。这种调节方法称为运行调节， 荷的变化相适应。这种调节方法称为运行调节，即供 热调节。 热调节。 供热调节根据调节地点不同分为集中调节、 调节地点不同分为集中调节 供热调节根据调节地点不同分为集中调节、局部 调节和个体调节。 调节和个体调节。 集中调节在热源处进行调节； 集中调节在热源处进行调节； 在热源处进行调节 局部调节在热力站或用户入口处调节 在热力站或用户入口处调节， 局部调节在热力站或用户入口处调节，如分户计 量用户根据室温自行调节； 量用户根据室温自行调节； 个体调节在散热设备处进行 在散热设备处进行， 个体调节在散热设备处进行，如手动或温控阀调节

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集中供热调节的方法通常有1、质调节：供暖系统的流量不变，只改变系统的供回 、质调节：供暖系统的流量不变， 水温度。 水温度。 2、分阶段改变流量的质调节：在采暖期不同时间段， 、分阶段改变流量的质调节：在采暖期不同时间段， 采用不同的流量并改变系统的供回水温度。 采用不同的流量并改变系统的供回水温度。 3、质量 流量调节：根据供暖系统的热负荷变化情况 流量调节： 、质量—流量调节 来调节系统的循环水量， 来调节系统的循环水量，同时改变系统的供回水温 度。 ),系 4、间歇调节：在采暖初末期(室外温度较高时),系 、间歇调节：在采暖初末期(室外温度较高时), 统采用一定的流量和供回水温度， 统采用一定的流量和供回水温度，改变每天的供暖 时数进行调节。 时数进行调节。 5、热量调节：采用热量计量装置，根据系统的热负荷 、热量调节：采用热量计量装置， 变化直接对热源的供热量进行调节控制， 变化直接对热源的供热量进行调节控制，即热量计 量调节法。 量调节法。

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供热调节的目的根据供暖热负荷随室外温度的改变 而变化对热源的供热量进行调节控制， 而变化对热源的供热量进行调节控制， 以便维持采暖建筑物室内所要求的温度。 以便维持采暖建筑物室内所要求的温度。

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第二节 供暖热负荷供热调节的基本公式 一、设计条件下热平衡方程式 假定热水供暖系统在稳定状态下连续 运行， 系统的供热量( 运行，则系统的供热量(不包括管网沿途 热损失)应等于热用户散热设备的散热量， 热损失)应等于热用户散热设备的散热量， 同时也应等于供暖热用户的耗热量( 同时也应等于供暖热用户的耗热量(围护 结构热负荷)。 )。基于这一热平衡的基本原 结构热负荷)。基于这一热平

衡的基本原 理，重点讨论供热调节的计算公式和调节 方法。 方法。设供暖系统采用的散热设备主要是 对流散热器， 对流散热器，系统在稳定连续运行的情况 则有如下的热平衡方程式： 下，则有如下的热平衡方程式：

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一、设计条件下热平衡方程式Q 1' = Q 2' = Q 3'' Q 1' = q 'V ( t n - t w )

Q 2' = K ' F ( t 'p . j - t n )' ' ' ' Q 3' = G ' c ( t g - t h ) 3 6 0 0 = 1 .1 6 3 G ' ( t g - t n )

Q1' ——建筑物的供暖设计热负荷，W;' ' Q2 ——在供暖室外计算温度 t w 下，散热器散出的热量，W; ' Q3' ——在供暖室外计算温度 t w 下，热水网络输送给供暖热

用户的热量，W;q ' ——建筑物的供暖体积热指标, W m 3 × C3

,它表示各类建

筑物， 在室内外温差 1 C 时， 1 m 建筑物外围体积的耗热 每 量(供暖热负荷) ;

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' Q1' = Q2 = Q3' ' Q1' = q 'V (t n - t w )

' Q2 = K ' F (t 'p . j - t n ) ' ' ' ' Q3' = G 'c (t g - t h ) 36 00 = 1.163G ' (t g - tn )

V

——建筑物的外部体积； ——建筑物的外部体积； 建筑物的外部体积

' t w ——在供暖室外计算温度； ——在供暖室外计算温度 在供暖室外计算温度；

t n ——在供暖室内计算温度 ——在供暖室内计算温度' t g ——进入供暖热用户的供水温度， ——进入供暖热用户的供水温度 如用户与热网采用 进入供暖热用户的供水温度，

无混水装置的直接连接方式， 无混水装置的直接连接方式，则热网的供水温度 t = t ,' 1

' g

如用户与热网采用混水装置的直接连接方式， 如用户与热网采用混水装置的直接连接方式， 采用混水装置的直接连接方式 则热网的 供水温度 t ﹥ t ;' 1

' g

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' Q1' = Q2 = Q3' ' ' Q1' = qV (tn - tw )

' Q2 = K ' F (t 'p. j - tn ) ' ' ' ' ' Q3 = G'c(tg - th ) 3600 = 1.163G' (tg - tn )' th ——供暖热用户的回水温度， ——供暖热用户的回水温度 如供暖热用户与热网采 供暖热用户的回水温度，

用直接连接方式， 则热网的回水温度与供暖系统的回水 用直接连接方式， 温度相等， 温度相等， t = t ;' 2 ' h

t 'p . j ——散热器内热媒平均温度； ——散热器内热媒平均温度 散热器内热媒平均温度；G ' ——供暖热用户的循环水量， kg h ; ——供暖热用户的循环水量 供暖热用户的循环水量，

c ——热水的质量比热， c = 4187 J ( Kg ) ; ——热水的质量比热 热水的质量比热， CK ' ——散热器在设计工况下的传热系数， ——散热器在设计工况下的传热系数 散热器在设计工况下的传热系数，

F

——散热器的设计散热面积。 ——散热器的设计散热面积。 散热器的设计散热面积

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散热器的传热系数 K = a(t

- tn)b , p× j

' ' tg + th ' Q2 = aF( - tn)1+b 2

为了方便， 为了方便，带“

' ”的符号表示在供暖室外计算温 下的各种参数，以不带“ 度 t 下的各种参数，以不带“ '”的符号表示在某一室外' w

下的各种参数。 温度 t 下的各种参数。w

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二、实际运行的热平衡方程式根据热平衡的基本原理， 根据热平衡的基本原理，供暖系统在任一室外温度 的条件下， 不变， 的条件下，并保证室内计算温度 t 不变，有n

Q1 = Q 2 = Q 3Q1 = qV ( t n - t w ) Q 2 = aF ( t g + th 2 - t n ) 1+ b

Q 3 = 1.163G ( t g - t h )

供暖系统在运行调节时， 供暖系统在运行调节时，实际供暖热负荷与供暖设 计热负荷之比， 计热负荷之比，称为相对供暖热负荷比 Q ,其流量之比 称为相对流量比 G ,即-

-

-

Q=-

Q Q1 Q = 2' = 3' ' Q1 Q2 Q3

G=

G G'

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三、供暖系统供热调节基本公式1、根据建筑围护结构的传热基本原理，供暖热负荷 、根据建筑围护结构的传热基本原理， 与室内外温差的变化成正比，如忽略室外风速、 与室内外温差的变化成正比，如忽略室外风速、风向 和太阳辐射热的影响，即把供暖热指标视为常数， 和太阳辐射热的影响，即把供暖热指标视为常数，则Q tn - tw Q= 1' = ' Q tn - tw 1-

即相对供暖热负荷比等于相对的室内外温差比。 即相对供暖热负荷比等于相对的室内外温差比。

1、假定供暖系统设计的散热器面积与实际需要 、

的散热面积相同， 的散热面积相同，则-

Q=

(t g + th - 2tn )1+ b' ' (t g + th - 2tn )1+ b

即相对供暖热负荷比也等于

对应的散热器平均温差比的 1+b 次方。 次方。

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三、供暖系统供热调节基本公式 - t - t 3、 Q= G g' h' 即相对供暖热负荷比还等于对应的管网tg - th

供回水温差比与相对流量比的乘积。 如果系统的实际流 供回水温差比与相对流量比的乘积。 量与设计流量相同，即 G= G =1,则相对供暖热负荷比 =1, 量与设计流量相同，-

G'

就等于对应的管网供回水温差比。 就等于对应的管网供回水温差比。- t - t tn - tw g h Q= = ' =G ' ' ' 1+ b ' tn - tw (t g + th - 2tn ) t g - th -

(t g + th - 2tn )1+ b

上式是在一定假设条件下的热水供暖系统 供热调节的基本公式

。

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式中除 t 、t 、Q 和 G 之外，均为设计工况下的已知参数。 之外，均为设计工况下的已知参数。g

_

_

h

当选定了某种调节方法， 例如质调节、 当选定了某种调节方法， 例如质调节、分阶段改变流量 的质调节、质量—流量调节等，即相对流量已知(如采 的质调节、质量—流量调节等 即相对流量已知( =1) ,此时即可求得相应的 参数值。 用质调节 G =1) 此时即可求得相应的 t 、 t 、 Q 参数值。 ,g _ _

h

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供暖系统供热调节的基本公式表达的供暖热负 荷与管网供回水温度、室外温度之

间的变化如下： 荷与管网供回水温度、室外温度之间的变化如下：Q = tg = f (tg , th , tw ) f (tw )

th =

f (tw )

亦即供暖系统在供热过程中， 亦即供暖系统在供热过程中，在某一室外温度条 件下，相应的采暖建筑热负荷是一定的。 件下，相应的采暖建筑热负荷是一定的。如果供暖系 统设计的散热器面积与实际需要的面积相同， 统设计的散热器面积与实际需要的面积相同，相对流 量确定，且系统在连续稳定状态下运行， 量确定，且系统在连续稳定状态下运行，则对应的管 网供回水温度就一定。换言之，在上述条件下， 网供回水温度就一定。换言之，在上述条件下，只要 管网的供回水温度达到所要求的值，系统供暖热负荷 管网的供回水温度达到所要求的值， 就达到了要求，因此， 就达到了要求，因此，采暖建筑室内温度就可达到设 计值。 计值。

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间歇调节和间歇供暖间歇调节和间歇供暖完全不同 间歇调节只是供暖系统在采暖初末期采用的一种辅 间歇调节只是供暖系统在采暖初末期采用的一种辅 助调节措施,设计时是按连续供暖制度设计的 设计时是按连续供暖制度设计的. 助调节措施 设计时是按连续供暖制度设计的 间歇供暖是一种供暖制度 即在最冷期间， 是一种供暖制度,即在最冷期间 间歇供暖是一种供暖制度 即在最冷期间，每天也只 供暖若干小时。在设计时是按采暖建筑间歇使用 供暖若干小时。 来计算热负荷及其间歇附加值( 来计算热负荷及其间歇附加值(计算负荷的 15%~30%)。因此，选用的设备和管道都要相 )。因此 )。因此， 应的增大， 应的增大，这主要考虑采暖建筑开始使用前需要 预热， 预热，在预热期间必须使供热量大于建筑物的热 负荷才可以使室内温度回升到设定值。 负荷才可以使室内温度回升到设定值。所以间歇 供暖初投资增大，而运行能耗相对减少。 供暖初投资增大，而运行能耗相对减少。

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