高层建筑中热力补偿器的使用范围

高层建筑中热力补偿器的使用范围气候补偿器在供热系统中的作用及工作原理，并给出温度控制系统模型及传递函数。同时，具体计算分析了采用气候补偿器，在不同的室外温度时，所对应的用户供、回水温度以及室外管网热媒流量，使系统实现自动补偿，达到节能的目的。0前言随着经济的迅速发展，人民的生活水平有了较大提高，我国建筑业得到了突飞猛进的发展。目前，建筑能耗约占总能耗的30%，并且呈逐年上升的趋势，而建筑消耗的能源大多是热能，其中采暖、空调、卫生热水等热能的消耗占主要部分。由于城市能源的供应越来越紧张，建筑节能问题日益成为人们所关注的焦点。当前，在工程上已经应用的气候补偿器是一种调节热源出力与供暖末端热负荷之间供需平衡的设备，使供热系统实现智能化、按需供热，进而在一定程度上达到建筑节能的目标。1分户热计量的背景、意义及问题由于不同用户的生活习惯、家庭及身体状况等的差异，人们对室内温度的舒适要求以及供热期长短的需求也不一样。同时，为了实现按用热量多少进行收费，打破以往不论是否用热、冷热是否均匀、不合理地按面积收费的方式，因此在住宅建筑中采用分户控制，并逐步实现热表计量。分户热计量控制，即达到“谁用热、谁交钱；用多少、交多少；不交钱、不供热”的目标。这不仅可以满足热用户的需求，有利于提高热用户的自主节能意识，而且可以迫使供热企业提高运行管理水平。由于供热系统是一个多参数对象、多扰动、各参数交叉影响的系统，采用分户控制热表计量之后，用户可通过随意调节流量来调节用热量。当部分用户通过调节流量来调节用热量时，势必会导致系统流量和供、回水压力的变化，这将对其他用户造成影响。人为的随意改动室内供热量大小，不仅缺乏依据和实时性，而且也会给整个系统的稳定性带来较大的人为干扰，不利于节能降耗。2气候补偿器的工作原理2.1基本工作原理当室外气候发生变化时，布置在建筑室外的温度传感器将室外温度信息传递给气候补偿器。气候补偿器根据其中固有的不同情况下的室外温度补偿经验曲线，输出调节信号控制电动调节阀开度，从而调节热源出力，使其输出供水温度符合调节曲线水温以满足末端负荷的需求，实现系统热量的供需平衡。在采用热计量的供热系统中，气候补偿器能够按照室内采暖的实际需求，对供热系统的供热量进行有效的调节，有利于供热的节能。2.2适用范围气候补偿器一般用于供热系统的热力站中，或者采用锅炉直接供暖的供暖系统中，是局部调节的有力手段。气候补偿器在直接供暖系统和间接供暖系统中都可以应用，但在不同的系统中其应用方式有所区别，如下所述。2.2.1直接供暖系统当温度传感器检测到供水温度值在允许波动范围值之内时，气候补偿器控制电动调节阀不动作；当供水温度值高于计算温度允许波动的上限值时，气候补偿器控制电动调节阀门增大开度，增加进入系统供水中的回水流量，以降低系统供水温度；反之亦反。2.2.2间接供暖系统在间接供暖系统中，气候补偿器通过控制进入换热器一次侧的供水流量来控制用户侧供水温度。当温度传感器检测到用户侧供水温度值在允许波动范围值之内时，气候补偿器控制电动调节阀不动作；当用户侧供水温度值高于计算温度允许波动的上限值时，气候补偿器控制电动调节阀门增大开度，通过旁通管的供水流量增大，减少进入换热器的一次侧供水流量，以减小换热量，进而降低用户侧供水温度；反之亦反。3由室外温度动态调节室内供暖虽然分户热计量给用户带来了更多的便利，但由用户随意调节流量大小，不仅会较大地干扰供热系统的稳定性，更不利于节能降耗。而采用自动控制是解决这一问题的有效方法，当在用户端设置一个气候补偿反馈装置时，它可以根据某时段内室外温度的平均值，给用户提供合适的室内温度调节值，使用户不再盲目地调节室温；或者可以自动地把合适的室温值传递给控制系统，由控制系统实时调节，尽可能避免人为因素对系统稳定性的干扰。基于以上想法，特做如下控制模型，并计算其传递函数，如图3所示。室外温度T0；散热器散热温度Ti，散热器传热系数及面积分别为Ki、Ai；房间外部传热系数及面积分别为K0、A0；室内温度T（t）；室内温度反馈值Th。根据能量平衡可得：输入的热量：Qi=KiAi（Ti-T）（1）输出的热量：Q0=K0A0（T-T0）（2）房间存储的热能：U=cmT（3）热能平衡方程：dU=（Qi-Q0）dt（4）结果：cm■=Qi-Q0=KiAi（Ti-T）-K0A0（T-T0）（5）室内温度T（t）的微分方程：cm■+（KiAi+K0A0）T=KiAiTi+K0A0T0（6）对上式两边取拉普拉斯变换，得：cmsT（s）+（KiAi+K0A0）T（s）=KiAiTi（s）+K0A0T0（s）（7）所以，以T0（s）为输入、T（s）为输出的传递函数：G0=■=■（8）以Ti（s）为输入、T（s）为输出的传递函数：Gi=■=■（9）同时，应根据实际情况结合本地区历年冬季室外环境温度数据和经验，制定出最佳室内温度随室外温度变化曲线，使自动控制系统根据室外温度的变化，自动调整用户室内温度需达到的最佳值。4气候补偿器供热调节节能示例济南市某分户热计量供热系统中，热源供、回水温度为110℃/70℃，与某小区采用换热器直接连接采暖，采暖用户采用质调节，供热系统循环流量G不随室外温度的变化而变化。总供热面积25万平方米，冬季室内计算温度为tn=18℃，用户要求设计供回水温度为95℃/70℃，采暖设计热负荷为12500kW。济南市采暖室外计算温度twn为-7℃，根据采暖设计热负荷，可计算室外计算温度twn条件下，采暖用户要求的流量G为：G=■=■=430（t/h）（10）用户采用铸铁M-132散热器，b=0.286，则由下式可得：tg=tn+0.5（tg′+th′-2tn）Q1/（1+b）+0.5（tg′-th′）Q（11）th=tn+0.5（tg′+th′-2tn）Q1/（1+b）-0.5（tg′-th′）Q（12）G0=■=■（13）Q=cG0（tg-th）（14）其中，tg′、th′分别为采暖室外设计温度twn条件下，采暖用户的设计供、回水温度，℃；tg、th分别为某一室外温度tw条件下，采暖用户的供、回水温度，℃；Q为采暖用户的相对热负荷比；Q为用户侧热流量，W；G0为某一室外温度tw条件下，外网进入采暖用户的供水流量，t/h；τg′为外网供水温度，它不随室外温度变化，℃；c为热水的比热，c=4.187kJ/（kg·℃）。以室外温度tw=-5℃为例进行计算，则采暖用户的相对热负荷比Q为：Q=■=■=■（15）此时tg=90.16℃；th=66.74℃。同理可求出，当室外温度分别为-7℃、-5℃、0℃、5℃时，tg、th、Q随tw的变化如表4-1所示。由上表数据可看出，气候补偿器可以根据室外温度的变化，动态调整系统供热量，避免因供热不均导致室温过高或过低的现象实现系统按需供热，达到节能的目的。5总结气候补偿器是适用于二次网采用定流量质调节供热系统中的节能设备，其能根据不同室外温度条件下采暖用户的供水温度要求和室外温度补偿经验曲线自动控制电动调节阀开度，从而调节热源出力，进而实现系统热量的供需平衡。分户热计量可以合理地利用能源，提高用户的生活质量。当使用气候补偿器反馈系统时，该模式可以减少人为因素对管网系统稳定性的干扰，使室内温度及时随室外温度变化得以自动调整，有利于节能降耗。露源供水供稿,