質量—流量調節的模擬應用

牛建軍 張 航

(華潤置地(太原)有限公司，山西 太原 030000)

質量—流量調節的模擬應用

牛建軍 張 航

(華潤置地(太原)有限公司，山西 太原 030000)

主要針對質量—流量調節的原理及理論計算進行了分析，運用TRNSYS建立了模型，并進行了模擬計算，同時與變頻調節的模擬結果作了分析對比，得出了質量—流量調節的節能性。

質量—流量調節，模擬，分析

0 引言

當前我國經濟迅速發展，能源已經成為建筑、生物、化工等領域發展必不可少的組成部分。我國已經成為世界最大的能源消費國。能源已經成為我國經濟發展的基石，也是我國全面發展的堅實基礎和強力支撐。但是我國的能源利用率低，能源損耗嚴重，大量的能源浪費嚴重阻礙著我國社會經濟的發展和進步。

對集中供熱系統進行運行調節的主要目的是使熱用戶的室內溫度達到規定的溫度，并在此基礎上提高用戶的舒適度。因此，在進行供熱系統調節時，要以熱用戶的需求為前提，既能保證供熱質量，又要實現供熱系統的節能降耗。集中供熱系統的調節方式現在大致分為五種：質調節方法，水泵的耗電量大；流量調節方法，能夠節省水泵的耗電量，但流量過多的減少，將造成供熱系統水力失調，工程中也不單獨使用；階段改變流量的質調節方法，節能效果較好，但水泵仍為定頻泵，這種調節方式本質仍為質調節，其實水泵的節能空間還很大；間歇調節法，只作為輔助調節的方法，一般應用在具有較好蓄熱能力的建筑；質量—流量調節法，則是根據供熱系統中實時負荷變化，既改變供熱溫度，又改變供熱流量，這種調節方法需安裝高自控能力的設備，否則難以實現預期效果，該調節方式能夠節省水泵的電耗，達到節能的目的。

TRNSYS(Transient System Simulation)是在美國威斯康星大學太陽能實驗室里開發的，之后歐洲的一些學者又對該軟件做了進一步的開發并逐步完善了該模擬軟件的各項應用功能。與此同時，美國的熱能系統專家針對HVAC(Heating,Ventilation and Air Conditioning)系統開發了專門的應用模塊。其實，TRNSYS軟件是由許多模塊組成，模塊包括各種領域及其領域內的設備，并通過特殊的控制模塊相連，使整個系統能夠運作起來，可根據實際情況對每個模塊進行參數的編寫。

1 質量—流量調節的原理及理論計算分析

質量—流量調節方法：在集中供熱系統調節中流量和溫度均隨著室外氣象參數的變化而變化，即供熱溫度和流量根據實時負荷的變化而相應的改變。它通過調節水泵的流量和供水溫度進而節省水泵的耗電量，最重要的是它能夠最大程度的降低能耗。質量—流量調節方式將會成為集中供熱系統運行調節技術研究的主流方向。

在供暖系統中，采用供熱調節方式的目的就是使室內溫度保持動態穩定，即在穩態狀態下，不考慮管網沿途損失，系統建筑物的耗熱量即熱負荷、散熱器的散熱量、系統的供熱量都相等，其穩態平衡公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Q1=Q2=Q3

(6)

Q1=qV(tn-tw)

(7)

(8)

Q3=Gc(tg-th)

(9)

(10)

(11)

(12)

根據式(12)可以得到質量—流量調節中供水計算式和回水計算式：

(13)

(14)

(15)

對式(15)取對數得：

(16)

整理得:

(17)

設:

(18)

p稱之為流量優化系數，表示在供熱系統進行運行時，量調節占整個調節過程中的比例(對數值)，p∈[0,1]。

對式(18)進行整理，得:

(19)

(20)

把式(20)代入式(13)和式(14)，得到：

(21)

(22)

2 運用TRNSYS建模并模擬計算

2.1 建模

建立一個某高校的校區建筑模型(見圖1)，所模擬的高校建筑面積為30萬m2，建筑功能包括基礎教學樓、體育館、圖書館、學研大廈、圖書館、行政辦公等建筑，根據建筑功能的不同，按照國家標準選擇不同的熱指標，計算出總的熱負荷，運用TRNSYS軟件對該高校采暖季采用不同供熱系統調節模式進行模擬。

2.2 運用TRNSYS對不同供熱調節方式進行模擬計算

建筑模型建好后，運用TRNSYS軟件對供熱調節系統搭建模型。根據建筑熱負荷及建筑面積，把供熱系統分為4個區，并搭建4臺變頻水泵；所采用的調節方式為質量—流量調節，并根據1中理論計算式搭建起質量—流量調節的控制系統，使得所搭建的系統模型能正常運行。

同理，運用TRNSYS軟件對變頻調節供熱系統搭建模型，并進行模擬計算。

2.3 通過兩種模擬結果進行能耗分析

通過運用TRNSYS軟件搭建了供熱系統采用質量—流量調節和變頻調節的模型，并模擬計算出采暖季水泵的電耗量和燃氣的耗氣量。為了判斷調節模式是否節能，就要從供熱系統的總耗能量進行考慮，而在所模擬的供熱系統中，包括了變頻水泵的電耗量和鍋爐的耗氣量，從這兩方面出發決定整個系統是否節能。因此，把模擬的結果即鍋爐的耗氣量和水泵的耗電量分別折算成標準煤，根據標準煤的總和來判斷所模擬的供熱系統的節能性。換算式：1kg標準煤等于29 307.6kJ，燃氣熱值為35.88MJ/m3。

表1 模擬能耗結果及能耗分析

通過計算分析，從表1可得，供熱系統在采暖季采用質量—流量調節模式的總能耗為1 849.15t標準煤，采用變頻調節模式的總能耗為1 958.36t標準煤，節能率為5.6%。

3 結語

結合某高校校區，以TRNSYS軟件為模擬平臺，搭建了質量—流量調節供熱系統模型，對質量—流量調節的供熱系統和變頻調節的供熱進行能耗分析，并得出計算結果，得出了采用質量—流量調節的燃氣耗氣量為148.63萬m3，水泵耗電量23.72萬kWh，而變頻調節耗氣量為157.24萬m3，耗電量為27.11kWh，所以質量—流量調節的總能耗比采用變頻調節的低，節能率為5.6%。

[1] 李德英,陳 疆,李連友.熱水供暖系統“質量—流量優化調節”方法[A].全國暖通空調制冷2000年學術年會論文集[C].2000.

[2] 李德英,許文發.供熱工程[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[3] 趙 娜.供熱管網運行調節方法優化研究[D].北京:華北電力大學學位論文,2011.

Application about the simulation of constant-variable flow adjustment

Niu Jianjun Zhang Hang

(ChinaResourcesLand(Taiyuan)LimitedCompany,Taiyuan030000,China)

The paper analyzes the principle for the quality and flow-rate adjustment and its theoretic calculation, simulates the model by TRNSYS, undertakes the analytic comparison with the simulation results of the frequency conversion, and concludes the adjustment is energy-saving.

quality and flow-rate adjustment, simulation, analysis

2015-08-28

牛建軍(1973- )，男，工程師； 張 航(1989- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)31-0175-02

TU201.5

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