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摘要：分析了间接连接供热方式质调节、分阶段调节、等温差调节方式，给出不同调节方式下一、二级网供回水温度的计算公式，并通过数学模型计算，绘制出间接连接供热系统不同调节方式一、二级网供回水温度调节曲线。
关键词：集中供热；间接连接；调节
Abstract: the author analyzes the indirect connection heating way quality regulation, stage, and adjust temperature adjustment way, gives a different adjustment modes, level 2 nets supply and return water temperature calculation formula, and through the mathematical model computation, rendering the indirect connection heating system is a different adjustment modes, level 2 nets supply and return water temperature regulation curve.
Key words: the central heating; Indirect link; adjustment
中图分类号:TU833+.1文献标识码：A 文章编号：
0引言
城市集中供热是节能、环保的重要途径，是城市现代化建设主要基础设施之一，也是经济发展、改善人民群众物质生活的重要标志之一。热网循环水泵的能耗一直是专业人士所关注的焦点之一，而热网的不同调节方式直接影响水泵的能耗。长期以来，供热管网集中采用质调节方式，其原因主要是早期缺乏热网水力平衡设备。近几年随着供热技术的发展及先进监控设备在供热系统中的成功应用，供热系统其他调节方式也逐渐趋于成熟并开始被采用。下面对间接连接系统的供热调节方式进行分析，列举出一、二级网六种不同调节方式的组合，分别给出了一、二级网供回水温度的计算公式及调节曲线。
1 供暖系统调节方式
供暖系统的调节实质是在室外温度变化时改变供热条件，使供热负荷跟踪用户热负荷。如不计管路热损失，根据在稳定的条件下，房间的采暖耗热量等于散热器供给房间的热负荷，等于采暖系统输送的热功率。在任意室外温度下，可写出下式：
(1-1)
(1-2)
(1-3)
(1-4)
在采暖室外计算温度 下，同样可写出如下平衡式 ：
(1-5)
(1-6)
(1-7)
(1-8)
式中 、 ——室外温度 和室外计算温度 下，房间热损失，；
、——室外温度和采暖室外计算温度下，供给房间的采暖热负荷，；
、——室外温度和采暖室外计算温度下，采暖系统输送的热功率，；
、——供给采暖系统的实际循环水量和设计循环水量，；
——水的比热，；
、——采暖系统的实际供水温度和设计供水温度，℃；
、——采暖系统的实际回水温度和设计回水温度，℃；
、 ——室外温度和室外采暖设计温度，℃；
、——散热器的实际热媒平均温度和设计热媒平均温度，℃；
——采暖房间设计温度，℃；
、——散热器实际工况和设计工况下的传热系数，；
——散热器的传热面积，；
、——建筑物供暖体积热指标，；
——建筑物的外部体积，。
运行调节时，某一室外温度下的采暖热负荷与采暖设计热负荷之比，称为相对热负荷，用表示；其流量之比，称为相对流量，用表示，则有：
(1-9)
(1-10)
为了便于分析，认为采暖热负荷与室外温度成正比变化，即 ，则有：
(1-11)
综合上述公式，可得到下式：
(1-12)
从上式可以看出，系统供暖热负荷和系统供热量的变化主要取决于冬季室外溫度的变化。公式(1-12) 是系统运行调节的依据。系统的运行调节可通过改变系统的循环水量或改变系统的供/回水温度来实现。根据供暖热负荷供热调节基本公式(1-12)，可以求出热水供热系统调节工况下系统供、回水温度的计算公式如下：
(1-13)
(1-14)
在某一室外温度下，如果忽略管网沿程热损失以及换热器的热损失，则一级网的供热量、换热器的换热量、二级网的得热量三者之间应是相等的关系，即
(1-15)
式中 ——一级网的循环流量，；
——二级网的循环流量，；
——热水的质量比热，c = 4187；
——换热器的传热系数，；
——换热器的换热面积，；
——换热器的传热温差，℃；
——一级网的供水温度，℃；
——一级网的回水温度，℃；
——二级网的供水温度，℃；
——二级网的回水温度，℃。
设带上标“ ’”的符号表示在供暖室外计算温度的各种参数，而不带上标“’”的符号表示在某一室外温度()下的各种参数。相应下的供暖热负荷与供暖设计热负荷之比为相对供暖热负荷比，用表示， 相应的下的运行流量与供暖设计流量之比为相对流量比，用表示，则可得：
(1-16)
整理之后得：
(1-17)
式中 ——水一水换热器的相对传热系数比，即在某一室外温度下水
一水换热器传热系数与设计工况下的传热系数的比值；
——水一水换热器的对数平均温差之比，即在某一室外温度下水一水换热器的对数平均温差与设计工况下对数平均温差的比值；
——某一室外温度下水一水换热器的对数平均温差，℃；
——设计工况下水一 水换热器的对数平均温差，℃；
——一级网相对流量比；
——二级网相对流量比。
由于一、二级网的热量是通过换热器来传递的，所以间接连接系统的调节和控制必须考虑换热器的传热特性。换热器两侧流体的流量变化会导致换热器的传热系数发生变化，为了简化调节工况的计算，俄罗斯学者通过实验数据整理得出管壳式水一水换热器的相对传热系数值可近似由下列公式计算：
(1-18)
综上，在进行运行调节计算时，可分别对一级网流量，一级网供/回水温度、，二级网的流量，二级网供/ 回水温度、六个参数进行调节。间接连接热水供暖系统中，一、二级网分别采取不同的调节方式，会有不同的一、二级网调节方式组合，下面主要介绍六种比较典型的一、二级网调节方式组合。各种调节方式组合的编号及名称如下：
I. 一 级网质调节，二级网质调节
II. 一级网分阶段改变流量质调节，二级网质调节
III. 一级网等温差调节，二级网质调节
IV. 一级网质调节，二级网分阶段改变流量质调节
V. 一、二级网均采用分阶段改变流量质调节
VI. 一级网等温差调节，二级网分阶段改变流量质调节
2 供暖系统不同调节方式热网供、回水温度计算公式
现在对上述所列出的各种一、二级网调节方式组合进行分析，得出每种调节方式组合的水温和流量计算公式。
2.1组合方式I
(1)二级网质调节时供、回水温度计算公式
二级网采用质调节时，将其值代入式(1-13)、(1-14)，得到质调节方式下供、回水温度计算公式：
(1-19)
(1-20)
(2)一级网质调节时供、回水温度计算公式：
一级网也采用质调节时，。将、的值代入式(1-18)，得到管壳式水一水换热器的相对传热系数：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-21)
(1-22)
式中 。
2.2组合方式II
(1)二级网质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)。
(2)一级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式
一级网采用分两个阶段改变流量的质调节，第一阶段，第二阶段。
①第一阶段，将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-23)
(1-23)
式中 。
②第二阶段，一级网供回水温度计算公式同(1-21)、(1-22)。
2.3组合方式III
(1)二级网质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)。。
(2)一级网等温差调节时供、回水温度计算公式
一级等温差调节阶段的相对流量比，二级网采用质调节时，，将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(3-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-24)
(1-25)
式中 。
2.4组合方式IV
(1)二级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式
①第一阶段一一分阶段调节阶段
二级网采用分阶段调节时，将其值代入式(1-13)、(1-14)，得到供、回水温度计算公式：
(1-26)
(1-27)
②第二阶段一一质调节阶段
二级网质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)。
(2)一级网质调节时供、回水温度计算公式
一级网质调节时，。二级网分阶段改变流量质调节，。将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-28)
(1-29)
式中 。
一级网、二级网质调节时管网供回水温度计算公式同(1-21)、(1-22)。
2.5组合方式V
(1)二级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式同公式(1-19)、(1-20)、(1-28) 、(1-29)。
(2)一级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式
①第一阶段一一分阶段调节阶段
一、二级网采用分阶段改变流量的质调节，，。将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-30)
(1-31)
式中 。
②第二阶段一一质调节阶段
一级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式同(1-21)和(1-22)。
2.6组合方式VI
(1)二级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)、(1-28) 、(1-29)。
(2)一级网等温差调节时供、回水温度计算公式
①第一阶段一一二级网分阶段调节阶段、一次网等温差调节
一级网等温差调节相对流量比，二级网采用分阶段改变流量质调节时，，将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-32)
(1-33)
式中 。
②第二阶段一一二级网质调节、一次网等温差调节时热网供、回水计算公式同(1-24)、(1-25)。
3 供暖系统不同调节方式下热网调节曲线
以哈尔滨某热网为例，热网设计供回水温度分别为95/70℃，用户设计供回水温度80/60℃，室内计算温度=18℃，室外计算温度=-26℃，选用M-132型散热器，取b=0.3。分阶段点取=0.6和=0.8。
3.1组合方式I调节曲线
图1-1 热网质调节和热用户质调节曲线
3.2组合方式II调节曲线
图1-2 热网分阶段改变流量的质调节和热用户质调节曲线
3.3组合方式III调节曲线
图1-3 热网等温差调节和熱用户质调节曲线
3.4组合方式IV调节曲线
图1-4 热网质调节和热用户分阶段改变流量的质调节曲线
3.5组合方式V调节曲线
图1-5 热网和热用户分阶段改变流量的质调节曲线
3.5组合方式VI调节曲线
图1-6 热网等温差调节和热用户分阶段改变流量的质调节曲线
参考文献
[1] 贺平, 孙刚. 供热工程.第三版.中国建筑工业出版社. 1993
[2] 徐伟, 邹瑜. 供暖系统温控与热计量技术. 中国计划出版社. 2000
[3] Ojic.M, Trifunovic.N, Gustafsson.SI. Mixed 0-1 sequential linear programm- ing optimization of heat distribution district-heating system. Energy and Buildings. 2007
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：集中供热；间接连接；调节
Abstract: the author analyzes the indirect connection heating way quality regulation, stage, and adjust temperature adjustment way, gives a different adjustment modes, level 2 nets supply and return water temperature calculation formula, and through the mathematical model computation, rendering the indirect connection heating system is a different adjustment modes, level 2 nets supply and return water temperature regulation curve.
Key words: the central heating; Indirect link; adjustment
中图分类号:TU833+.1文献标识码：A 文章编号：
0引言
城市集中供热是节能、环保的重要途径，是城市现代化建设主要基础设施之一，也是经济发展、改善人民群众物质生活的重要标志之一。热网循环水泵的能耗一直是专业人士所关注的焦点之一，而热网的不同调节方式直接影响水泵的能耗。长期以来，供热管网集中采用质调节方式，其原因主要是早期缺乏热网水力平衡设备。近几年随着供热技术的发展及先进监控设备在供热系统中的成功应用，供热系统其他调节方式也逐渐趋于成熟并开始被采用。下面对间接连接系统的供热调节方式进行分析，列举出一、二级网六种不同调节方式的组合，分别给出了一、二级网供回水温度的计算公式及调节曲线。
1 供暖系统调节方式
供暖系统的调节实质是在室外温度变化时改变供热条件，使供热负荷跟踪用户热负荷。如不计管路热损失，根据在稳定的条件下，房间的采暖耗热量等于散热器供给房间的热负荷，等于采暖系统输送的热功率。在任意室外温度下，可写出下式：
(1-1)
(1-2)
(1-3)
(1-4)
在采暖室外计算温度 下，同样可写出如下平衡式 ：
(1-5)
(1-6)
(1-7)
(1-8)
式中 、 ——室外温度 和室外计算温度 下，房间热损失，；
、——室外温度和采暖室外计算温度下，供给房间的采暖热负荷，；
、——室外温度和采暖室外计算温度下，采暖系统输送的热功率，；
、——供给采暖系统的实际循环水量和设计循环水量，；
——水的比热，；
、——采暖系统的实际供水温度和设计供水温度，℃；
、——采暖系统的实际回水温度和设计回水温度，℃；
、 ——室外温度和室外采暖设计温度，℃；
、——散热器的实际热媒平均温度和设计热媒平均温度，℃；
——采暖房间设计温度，℃；
、——散热器实际工况和设计工况下的传热系数，；
——散热器的传热面积，；
、——建筑物供暖体积热指标，；
——建筑物的外部体积，。
运行调节时，某一室外温度下的采暖热负荷与采暖设计热负荷之比，称为相对热负荷，用表示；其流量之比，称为相对流量，用表示，则有：
(1-9)
(1-10)
为了便于分析，认为采暖热负荷与室外温度成正比变化，即 ，则有：
(1-11)
综合上述公式，可得到下式：
(1-12)
从上式可以看出，系统供暖热负荷和系统供热量的变化主要取决于冬季室外溫度的变化。公式(1-12) 是系统运行调节的依据。系统的运行调节可通过改变系统的循环水量或改变系统的供/回水温度来实现。根据供暖热负荷供热调节基本公式(1-12)，可以求出热水供热系统调节工况下系统供、回水温度的计算公式如下：
(1-13)
(1-14)
在某一室外温度下，如果忽略管网沿程热损失以及换热器的热损失，则一级网的供热量、换热器的换热量、二级网的得热量三者之间应是相等的关系，即
(1-15)
式中 ——一级网的循环流量，；
——二级网的循环流量，；
——热水的质量比热，c = 4187；
——换热器的传热系数，；
——换热器的换热面积，；
——换热器的传热温差，℃；
——一级网的供水温度，℃；
——一级网的回水温度，℃；
——二级网的供水温度，℃；
——二级网的回水温度，℃。
设带上标“ ’”的符号表示在供暖室外计算温度的各种参数，而不带上标“’”的符号表示在某一室外温度()下的各种参数。相应下的供暖热负荷与供暖设计热负荷之比为相对供暖热负荷比，用表示， 相应的下的运行流量与供暖设计流量之比为相对流量比，用表示，则可得：
(1-16)
整理之后得：
(1-17)
式中 ——水一水换热器的相对传热系数比，即在某一室外温度下水
一水换热器传热系数与设计工况下的传热系数的比值；
——水一水换热器的对数平均温差之比，即在某一室外温度下水一水换热器的对数平均温差与设计工况下对数平均温差的比值；
——某一室外温度下水一水换热器的对数平均温差，℃；
——设计工况下水一 水换热器的对数平均温差，℃；
——一级网相对流量比；
——二级网相对流量比。
由于一、二级网的热量是通过换热器来传递的，所以间接连接系统的调节和控制必须考虑换热器的传热特性。换热器两侧流体的流量变化会导致换热器的传热系数发生变化，为了简化调节工况的计算，俄罗斯学者通过实验数据整理得出管壳式水一水换热器的相对传热系数值可近似由下列公式计算：
(1-18)
综上，在进行运行调节计算时，可分别对一级网流量，一级网供/回水温度、，二级网的流量，二级网供/ 回水温度、六个参数进行调节。间接连接热水供暖系统中，一、二级网分别采取不同的调节方式，会有不同的一、二级网调节方式组合，下面主要介绍六种比较典型的一、二级网调节方式组合。各种调节方式组合的编号及名称如下：
I. 一 级网质调节，二级网质调节
II. 一级网分阶段改变流量质调节，二级网质调节
III. 一级网等温差调节，二级网质调节
IV. 一级网质调节，二级网分阶段改变流量质调节
V. 一、二级网均采用分阶段改变流量质调节
VI. 一级网等温差调节，二级网分阶段改变流量质调节
2 供暖系统不同调节方式热网供、回水温度计算公式
现在对上述所列出的各种一、二级网调节方式组合进行分析，得出每种调节方式组合的水温和流量计算公式。
2.1组合方式I
(1)二级网质调节时供、回水温度计算公式
二级网采用质调节时，将其值代入式(1-13)、(1-14)，得到质调节方式下供、回水温度计算公式：
(1-19)
(1-20)
(2)一级网质调节时供、回水温度计算公式：
一级网也采用质调节时，。将、的值代入式(1-18)，得到管壳式水一水换热器的相对传热系数：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-21)
(1-22)
式中 。
2.2组合方式II
(1)二级网质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)。
(2)一级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式
一级网采用分两个阶段改变流量的质调节，第一阶段，第二阶段。
①第一阶段，将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-23)
(1-23)
式中 。
②第二阶段，一级网供回水温度计算公式同(1-21)、(1-22)。
2.3组合方式III
(1)二级网质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)。。
(2)一级网等温差调节时供、回水温度计算公式
一级等温差调节阶段的相对流量比，二级网采用质调节时，，将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(3-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-24)
(1-25)
式中 。
2.4组合方式IV
(1)二级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式
①第一阶段一一分阶段调节阶段
二级网采用分阶段调节时，将其值代入式(1-13)、(1-14)，得到供、回水温度计算公式：
(1-26)
(1-27)
②第二阶段一一质调节阶段
二级网质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)。
(2)一级网质调节时供、回水温度计算公式
一级网质调节时，。二级网分阶段改变流量质调节，。将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-28)
(1-29)
式中 。
一级网、二级网质调节时管网供回水温度计算公式同(1-21)、(1-22)。
2.5组合方式V
(1)二级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式同公式(1-19)、(1-20)、(1-28) 、(1-29)。
(2)一级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式
①第一阶段一一分阶段调节阶段
一、二级网采用分阶段改变流量的质调节，，。将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-30)
(1-31)
式中 。
②第二阶段一一质调节阶段
一级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式同(1-21)和(1-22)。
2.6组合方式VI
(1)二级网分阶段改变流量质调节时供、回水温度计算公式同(1-19)、(1-20)、(1-28) 、(1-29)。
(2)一级网等温差调节时供、回水温度计算公式
①第一阶段一一二级网分阶段调节阶段、一次网等温差调节
一级网等温差调节相对流量比，二级网采用分阶段改变流量质调节时，，将、的值代入式(1-18)，得到：
将的值代入式(1-16)，得到一级网质调节时供、回水温度计算公式：
(1-32)
(1-33)
式中 。
②第二阶段一一二级网质调节、一次网等温差调节时热网供、回水计算公式同(1-24)、(1-25)。
3 供暖系统不同调节方式下热网调节曲线
以哈尔滨某热网为例，热网设计供回水温度分别为95/70℃，用户设计供回水温度80/60℃，室内计算温度=18℃，室外计算温度=-26℃，选用M-132型散热器，取b=0.3。分阶段点取=0.6和=0.8。
3.1组合方式I调节曲线
图1-1 热网质调节和热用户质调节曲线
3.2组合方式II调节曲线
图1-2 热网分阶段改变流量的质调节和热用户质调节曲线
3.3组合方式III调节曲线
图1-3 热网等温差调节和熱用户质调节曲线
3.4组合方式IV调节曲线
图1-4 热网质调节和热用户分阶段改变流量的质调节曲线
3.5组合方式V调节曲线
图1-5 热网和热用户分阶段改变流量的质调节曲线
3.5组合方式VI调节曲线
图1-6 热网等温差调节和热用户分阶段改变流量的质调节曲线
参考文献
[1] 贺平, 孙刚. 供热工程.第三版.中国建筑工业出版社. 1993
[2] 徐伟, 邹瑜. 供暖系统温控与热计量技术. 中国计划出版社. 2000
[3] Ojic.M, Trifunovic.N, Gustafsson.SI. Mixed 0-1 sequential linear programm- ing optimization of heat distribution district-heating system. Energy and Buildings. 2007
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。