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城市集中供熱系統(tǒng)的調節(jié)就其本質可分為質調節(jié)、量調節(jié)，其他調節(jié)方式，如分階段改變流量的質調節(jié)、間歇調節(jié)實際上是這兩種調節(jié)方式的結合或變異。在變流量供熱系統(tǒng)中，流量基本上由用戶決定，如果用戶需要提高室內溫度，則開大溫控閥，增加流量，流量的增加將引起熱網壓力下降，下降的壓力由調速循環(huán)泵提高轉速補償。板式換熱器價格，板式換熱器廠家，服務咨詢熱線13869202861。
間接連接供熱系統(tǒng)中，熱量通過換熱器進行傳遞，因此流量控制必須考慮換熱器在流量變化時的熱力特性。流量的變化將使換熱器的傳熱系數(shù)發(fā)生變化，進而影響一級管網的流量和供回水溫度。
1 調節(jié)參數(shù)的確定
?、?一級管網的量調節(jié)方式
在直接連接系統(tǒng)中，由于散熱器熱流量一般按供熱系統(tǒng)定流量考慮，加之用戶的熱力入口沒有設置變流量調節(jié)設備，若流量變化較大，戶內系統(tǒng)熱力工況將發(fā)生嚴重失調。因此，直接連接系統(tǒng)不宜采用流量變化較大的純粹量調節(jié)。
在間接連接系統(tǒng)中，二級管網對于用戶而言是直接連接系統(tǒng)，采用質調節(jié)。一級管網的量調節(jié)可以采取兩種方式：
a. 一種方式是固定供水溫度，改變流量。在熱負荷降低時，一二級管網供回水溫度降低，換熱器對數(shù)平均溫差升高或基本不變，由下式：
Ф=KA△tm (1)
式中Ф——換熱器換熱量，W
K——換熱器傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
A——換熱面積，m2
△tm——換熱器對數(shù)平均溫差，℃
當熱負荷降低而對數(shù)平均溫差變化很小時，傳熱系數(shù)和傳熱面積應相應減小，但換熱器換熱面積無法變化，因此只能通過降低傳熱系數(shù)適應熱負荷的變化。傳熱系數(shù)降低意味著供熱介質流速的下降，也可認為在截面積不變的情況下流量的降低。但計算表明，流量小幅下降并不能明顯使傳熱系數(shù)下降，即傳熱系數(shù)對流量變化不敏感。
由于量調節(jié)下供水溫度不變，當一級管網流量大幅度降低時，供回水溫差加大，回水溫度將大幅降低。為保證傳熱溫差，一級管網回水溫度應高于二級管網回水溫度，即流量的變化將受到換熱器傳熱性能的制約。有兩種方法可以使流量變化幅度減小，從而使流量變化與換熱器傳熱性能相適應。一種方法是減小換熱器傳熱面積，在有多臺換熱器的熱力站中，當室外溫度升高，熱負荷減小時，可關閉部分換熱器，減少換熱面積。二級管網變?yōu)榉蛛A段變流量的質調節(jié)或旁通混水連接，一級管網回水溫度升高，流量增加。另一種方法是分階段改變一級管網供水溫度，在不同的室外溫度階段采用不同的供水溫度，減小流量的降低幅度。
b. 另一種方式，我們可以設定一級管網的供回水溫差不變，而供回水溫度隨熱負荷的變化改變。這樣將使換熱器對數(shù)平均溫差的變化與一級管網流量的變化相適應，使流量的變化程度降低，降低換熱器熱力工況的失調程度。
② 調節(jié)參數(shù)的確定
在非設計工況下，換熱器一二級側的出口溫度一般是未知的，因此對數(shù)平均溫差不易計算，這給換熱器熱力工況分析計算帶來不便。文獻[2]提出采用換熱器有效系數(shù)s，將對數(shù)平均溫差用線性關系近似描述。換熱器有效系數(shù)ε可定義為單位流量熱當量(定義為供熱介質的比定壓熱容與其質量流量乘積)下，換熱流體之間溫差為1℃時換熱器的傳熱量。
有效系數(shù)ε還表示加熱流體溫降或被加熱流體溫升與最大溫差的比值。因此，有效系數(shù)ε實際上表明了換熱器的換熱能力。有效系數(shù)ε不大于1，當換熱器傳熱面積無窮大時，ε=1?？捎蔁崞胶馔茖С觯?
式中ω、θ——系數(shù)
Ws——換熱器小流量側的流量熱當量，J/(h·K)
WL——換熱器大流量側的流量熱當量，J/(h·K)
在間接連接系統(tǒng)中，一級側流量熱當量W1=Ws，二級側流量熱當量W2=WL應滿足如下方程：
式中Ф——相對熱負荷比
W1——一級管網相對流量熱當量比
tf,s——任意工況下一級管網供水溫度，℃
tf,r——任意工況下一級管網回水溫度，℃
tf,s,d——設計工況下一級管網供水溫度，℃
tf,r,d——設計工況下一級管網回水溫度，℃
ts,r——任意工況下二級管網回水溫度，℃
ts,r,d——設計工況下二級管網回水溫度，℃
W2——二級管網相對流量熱當量比
ts,s——任意工況下二級管網供水溫度，℃
ts,s,d——設計工況下二級管網供水溫度，℃
tin——任意室內溫度，℃
to——任意室外溫度，℃
tin,d——供暖室內計算溫度，℃
to,d——供暖室外計算溫度，℃
Фd——設計熱負荷，形
W1,d——設計工況下一級管網流量熱當量
W2,d——設計工況下二級管網流量熱當量
由式(5)～(11)可推導出一級管網供回水溫度的調節(jié)公式，在求解過程中需補充附加條件(調節(jié)方式)。間接連接系統(tǒng)一級管網采用量調節(jié)，二級管網采用質調節(jié)，這樣補充的附加條件為：一級管網供水溫度固定或供回水溫差固定，二級管網W2=1。將附加條件代入一級管網供回水溫度的調節(jié)公式，若換熱器有效系數(shù)占已知，則可求出任意工況下一級管網供回水溫度和質量流量。但由式(2)可知，參數(shù)ω、θ在變工況下并不是已知的，必須在確定了換熱器傳熱系數(shù)和一級管網流量的前提下才能計算ε。而供熱介質的部分參數(shù)和一級管網流量未知，這也正是我們要計算的。因此，調節(jié)方程具有隱函數(shù)性質，用解析法是無法解出的。
索柯諾夫教授曾提出計算換熱器傳熱系數(shù)的近似計算式：K=Kd(W1W2)0.5 (12)式中Kd——換熱器在設計工況下的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)式(12)針對管殼式換熱器，并未考慮供熱介質參數(shù)對傳熱系數(shù)的影響，有很大的局限性。筆者考慮目前供熱中常用的板式換熱器，利用計算板式換熱器傳熱系數(shù)的經驗公式，并對不同溫度下供熱介質參數(shù)進行計算調整，先給出溫度和流量的原始值，經過不斷的試算校正，最終得出滿足工況要求的換熱器設計參數(shù)。試算過程通過計算機程序完成，在給定條件下，精確計算出以上兩種量調節(jié)方式下，一二級管網供回水溫度和流量。計算程序專門針對板式換熱器編寫，在計算前，應確定一二級管網的設計參數(shù)，并選取合適的板式換熱器，得到板式換熱器的數(shù)量和設計參數(shù)，確定傳熱系數(shù)和阻力的相應計算公式。
2 算例
2.1 熱網設計參數(shù)
以我國某城市熱網中某座熱力站為研究對象。供暖室外計算溫度為-6℃，開始供暖時室外溫度為8℃，供暖室內計算溫度為18℃，一級管網設計供、回水溫度為127、60℃，二級管網設計供、回水溫度為80、55℃。選定一座供熱面積為20×104m2的熱力站，設計熱負荷為11.24MW。
根據(jù)熱負荷和供熱介質設計參數(shù)選擇板式換熱器。在本算例中，換熱器一級側溫差大，流量小;二次側溫差小，流量大。因此，應考慮供熱介質在換熱器通道內的流速。在選用換熱器時流速一般控制在0.3～0.6m/s，并盡量使一二級側的供熱介質流速保持一致[3]。若選用等截面板式換熱器，勢必大幅增加二級側流速和阻力，傳熱效果也不理想。因此，選用不等截面板式換熱器，二級側為寬流道，一級側為窄流道，兩側供熱介質流速接近。通過選型計算，得板式換熱器總傳熱面積228.8m2，數(shù)量為3臺。
2.2 調節(jié)方式
二級管網采用質調節(jié)方式。一級管網采用質調節(jié)與量調節(jié)，室外溫度由-6℃升至-2℃，采用質調節(jié)，此時流量為管網設計流量;室外溫度由-2℃升至8℃，采用量調節(jié)。
室外溫度由-2℃升至8℃，一級管網供水溫度固定為110℃。當室外溫度升高時，熱負荷降低，一級管網回水溫度將隨之降低，一級管網流量減小。由于板式換熱器熱負荷與流量呈非線性關系，當熱負荷較小時，流量降低很多，不能滿足傳熱要求。在計算中我們發(fā)現(xiàn)，當室外溫度為2℃時，一、二級管網回水溫度之差已經很小。當室外溫度繼續(xù)升高時，熱負荷與流量繼續(xù)減小，受二級管網回水溫度的限制，一級管網回水溫度無法繼續(xù)減小，因此傳熱效果不能達到規(guī)定要求。為保證傳熱效果，我們在量調節(jié)階段采取了兩種解決方法：
?、?方法1
方法1為固定一級管網供水溫度，減少換熱面積。熱力站有3臺板式換熱器，當室外溫度等于2℃時，我們可以關閉1臺。采用方法1，一級管網供回水溫度、質量流量隨室外溫度的變化曲線見圖1、2，二級管網供回水溫度隨室外溫度的變化曲線見圖3。由圖1～3可知，在室外溫度為2℃時關閉1臺換熱器后，由于換熱面積減少，一級管網流量增大，回水溫度升高;一二級管網回水溫差升高。
② 方法2
方法2為分階段降低一級管網供水溫度。供水溫度的變化分為3個階段：室外溫度為-2～3℃時，供水溫度為110℃;當室外溫度為3～6℃時，供水溫度降至100℃;當室外溫度為6～8℃時，供水溫度降至90℃。采用方法2，一級管網供回水溫度、質量流量隨室外溫度的變化曲線見圖4、5，二級管網供回水溫度隨室外溫度的變化曲線見圖6。
由圖4～6可知，由于一級管網供水溫度的分階段降低，一級管網供回水溫差減小，質量流量也分為3個階段，溫差減小與質量流量增大相對應。采用這種方法，使一級管網流量變化幅度減小，提高了一級管網回水溫度，保證換熱的完成。
對于室外溫度由-2℃升至8℃階段，筆者提出一級管網采用固定供回水溫差的變流量調節(jié)，供回水溫差固定為56℃。一級管網供回水溫度及質量流量隨室外溫度的變化曲線見圖7、8。由圖8可知，采用固定供回水溫差法的調節(jié)方式，一級管網質量流量隨室外溫度的升高逐步減小，與固定供水溫度調節(jié)法比較，質量流量變化幅度較小。
2.3 調節(jié)方式的比較
?、?量調節(jié)
當固定一級管網供水溫度時，流量變化幅度較大，有利于降低管網和換熱器阻力，而且供水溫度恒定，操作方法比較簡單。在熱負荷減小到一定程度時，可減少換熱器的投入數(shù)量，但熱力站的控制復雜程度有所增加?？傮w而言，這種調節(jié)方式是經濟、可行的。
分階段降低一級管網供水溫度的調節(jié)方式，實際上減小了流量變化幅度。這種調節(jié)方式由于分階段改變供水溫度，增加了控制難度，而且流量較高，因此運行成本較高。
② 固定供回水溫差的變流量調節(jié)
固定供回水溫差的變流量調節(jié)方式，供回水溫度隨熱負荷的降低而減小，換熱器傳熱溫差、傳熱系數(shù)與一級管網流量的變化相適應，流量的變化幅度比采用固定供水溫度調節(jié)方式小。在這種情況下，換熱器失調度較小，換熱效果易于保證。但流量加大，使換熱器阻力增加，而且一級管網供回水溫度同時改變，控制難度較高。
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