去耦罐在動力分布式供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用探索

翟夢嫻

摘要：指出了去耦罐是水系統(tǒng)采暖中平衡一次循環(huán)及二次循環(huán)的重要原件，保證循環(huán)的相對獨立。詳細闡述了動力分布式供熱系統(tǒng)中水力耦合作用，結(jié)合去耦罐的功能、作用及運行方式，分析了其在動力分布式供熱系統(tǒng)中的適用情況。提出了將去耦罐與動力分布式供熱系統(tǒng)相結(jié)合的探索。

關(guān)鍵詞：去耦罐； 動力分布式系統(tǒng)；平衡

中圖分類號：TU995

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16013703

1引言

在動力分布式供熱水系統(tǒng)中存在管路之間的系統(tǒng)耦合作用，為降低耦合作用所產(chǎn)生的影響，介于鍋爐和末端采暖系統(tǒng)之間會引入一個緩沖分壓裝置，它的內(nèi)部能產(chǎn)生一個壓力損失近乎為零的區(qū)域，它能使一次及二次循環(huán)相對獨立運行，這種裝置被稱為去耦罐。去耦罐的引入保證了動力分布式供熱系統(tǒng)的安全運行，而這一特性恰好符合當今供暖、制冷系統(tǒng)舒適、節(jié)能需求。在考慮與各種技術(shù)的結(jié)合時不僅要考慮動力分布式供熱系統(tǒng)的運行效率，同時也要考慮去耦罐引入的可行性。因此，筆者提出將一種動力分布式供熱系統(tǒng)與去耦罐相互結(jié)合的技術(shù)。

2動力分布式供熱系統(tǒng)中水力耦合作用

在供熱系統(tǒng)的運行過程中，導(dǎo)致管網(wǎng)中某些管段的流量發(fā)生變化的原因是多方面的，引起其余管路流量也隨之發(fā)生變化，這種在熱水供熱系統(tǒng)中由于某一管段水力參數(shù)變化導(dǎo)致該管段其余水力參數(shù)變化或其他管路水力參數(shù)變化的現(xiàn)象，被稱作水力耦合。

在動力分布式供熱系統(tǒng)運行中，存在冷熱不均現(xiàn)象，主要因為水力耦合作用造成的。因此，供熱管網(wǎng)的水力平衡非常重要，它決定著系統(tǒng)運行的效果，由于種種原因，水力解耦難以實現(xiàn)，水力耦合普遍存在。

2.1水力耦合的原因

在流量調(diào)節(jié)過程中通過每個管段的流量發(fā)生變化時都會引起其他管段的流量發(fā)生變化，使各個管段的流量調(diào)節(jié)相互作用，很難準確分配各個管段的流量而導(dǎo)致水力耦合作用，經(jīng)常是已調(diào)好的流量的環(huán)路發(fā)生變化，二級泵變頻調(diào)節(jié)，不得不反復(fù)調(diào)節(jié)。二級泵的調(diào)節(jié)精度不夠，也不能在管段發(fā)生作用時，立刻發(fā)生反應(yīng)；并且不能適應(yīng)管網(wǎng)耦合特性和流量與阻力之間的非線性關(guān)系，是水力耦合產(chǎn)生和難以控制的原因。

2.2水力耦合的影響因素

水力耦合的影響因素多種多樣。主要有以下幾種。

（1）在設(shè)計過程中，壓頭阻力的準確計算比較困難，工作量大，過程繁瑣，管道阻力基本數(shù)據(jù)的研究落后，管道阻力部件的實際阻力數(shù)有很大差別，這是根源上導(dǎo)致的水力耦合。

（2）系統(tǒng)在設(shè)計中會有不同程度的富裕量，只依靠管徑變化不足消除剩余量，截止閥及閘閥調(diào)節(jié)性能差，容易產(chǎn)生水力耦合。

（3）由于動力分布式供熱系統(tǒng)水泵均采用變頻泵，變頻泵發(fā)生動作往往有延時，這也是影響水力耦合的因素。

（4）系統(tǒng)中用戶的減少和增加，即供熱管網(wǎng)中用戶點發(fā)生變化，使得各個管段流量重新分配，導(dǎo)致水力耦合。

3去耦罐的功能和作用

去耦罐俗稱混水罐或水力平衡器，是指在使用水系統(tǒng)采暖中，因各回路之間存在水力耦合，即當某一支路或用戶的流動狀態(tài)發(fā)生變化時，其余支路或用戶的流量及熱源流量都將發(fā)生變化，因而各個循環(huán)回路的水力平衡被攻破。利用一個通過建立壓損近乎為零的區(qū)域，讓水泵實現(xiàn)各自的循環(huán)，互不干擾，熱量的零損失傳遞的裝置，進行解耦處理，該裝置被稱為去耦罐。去耦罐通常安裝在水系統(tǒng)干管處。去耦罐的作用是隔離一次側(cè)與二次側(cè)之間的水力耦合，使其水力工況互不影響。鍋爐在非常輕松的狀態(tài)下有充足的時間和能力來供給混水缸熱源，而二次末端各分支回路可根據(jù)自身散熱需求量來從混水缸所取恒溫水，以避免由于壓損消耗的能量損失。在供熱系統(tǒng)中，設(shè)置去耦罐，通過鍋爐循環(huán)泵和采暖末端循環(huán)泵的設(shè)置將熱源和供熱，末端分割成了各自獨立的循環(huán)系統(tǒng)，通過水力耦合達到互不影響的效果[1]。

4去耦罐的運行方式

在傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)運行時，依據(jù)各回路流量的不同，去耦罐實現(xiàn)不同的工作方式，如圖1所示，Gpr即供熱系統(tǒng)側(cè)循環(huán)流量，Gsec即鍋爐側(cè)循環(huán)流量。當供熱系統(tǒng)側(cè)循環(huán)流量低于鍋爐側(cè)循環(huán)流量時，鍋爐的熱水和管路系統(tǒng)的自循環(huán)冷水形成循環(huán)回路；當供熱系統(tǒng)側(cè)循環(huán)流量等于鍋爐側(cè)循環(huán)流量時，去耦罐系統(tǒng)與分集水器系統(tǒng)無差別；當供熱系統(tǒng)側(cè)循環(huán)流量高于鍋爐循環(huán)流量時，在去耦罐中，供水的分支直接旁通回鍋爐，此時鍋爐回水溫度升高。表明管路攜帶的熱量基本滿足采暖負荷，鍋爐此時將停止工作，以達到節(jié)能。在動力分布式供熱系統(tǒng)運行時，依據(jù)各回路流量的不同，去耦罐實現(xiàn)不同的工作方式，具體方式與傳統(tǒng)式相同。

5去耦罐在動力分布式供熱系統(tǒng)中的適用情況

在傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)運行中，去耦罐通常用于各回路流量相差較大、易產(chǎn)生水力耦合的系統(tǒng)中。去耦罐通過熱源與供熱系統(tǒng)之間的流量差異進行解耦，可大大降低各支路之間及支路與干管之間的水力耦合作用。去耦罐的使用可降低一次系統(tǒng)主循環(huán)泵的功率、揚程等選型參數(shù)，同時還具有排污、排氣的功能[2]。

在動力分布式供熱系統(tǒng)運行中，若二次泵采用定頻泵，運行調(diào)節(jié)與傳統(tǒng)式相同，去耦罐可隔離一次側(cè)、二次側(cè)之間的水力耦合，保證其獨立運行。若二次泵采用變頻泵，去耦罐作用相似于混水泵，此時，可視情況采用。在動力分布式供熱系統(tǒng)中，去耦罐的使用防止了調(diào)節(jié)中呈現(xiàn)的水力失調(diào)現(xiàn)象。當某一支路不工作時，可封閉該支路的循環(huán)泵。使用去耦罐構(gòu)建系統(tǒng)有利于管理與節(jié)能[3]。在動力分布式供熱系統(tǒng)中，去耦罐的使用防止了調(diào)節(jié)中呈現(xiàn)的水力失調(diào)現(xiàn)象。相比于傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)，動力分布式供熱系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)，這在一定程度上增加了水力耦合發(fā)生的可能性，這不僅使供熱系統(tǒng)的水力工況處于來回變化狀態(tài)，又會使控制部件的使用壽命減少，因此有兩種控制方式。在北歐仍采用穩(wěn)態(tài)控制模型[4]。

6去耦罐在動力分布式供熱系統(tǒng)中的優(yōu)勢

6.1提高按需供熱運行精確性endprint

動力分布式供熱系統(tǒng)在用戶處分別設(shè)置用戶分循環(huán)泵并采用變頻控制，去耦罐可降低一次管網(wǎng)與二次管網(wǎng)之間由于系統(tǒng)耦合作用而產(chǎn)生的壓力損失，大大提高了按需供熱運行的精確性。

6.2提高經(jīng)濟效益

去耦罐避免了局部加壓而引起整個管網(wǎng)的流量及壓力的增加，從而降低了輸配能耗和運行成本，提高了經(jīng)濟效益。

6.3延長管道使用壽命

去耦罐最大程度的避免了水力耦合作用，從而降低了管路水蝕，延長管道使用壽命。Dian-ce Gao ，Shengwei Wang等提出了一種一級泵與二級泵混合使用的冷凍水輸配系統(tǒng)的能耗控制策略，使得系統(tǒng)冷凍水二次側(cè)的水泵的能耗在開啟階段可節(jié)約70%左右，在正常運行階段可節(jié)約50%左右[5]。水泵的頻繁開啟，使得管網(wǎng)曲線呈現(xiàn)階段性變化，隨之，水力耦合現(xiàn)成呈現(xiàn)相應(yīng)階段性發(fā)生。水泵能耗的降低減弱了耦合度。

6.4提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

動力分布式供熱系統(tǒng)中循環(huán)泵數(shù)量多，系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)復(fù)雜，去耦罐可以避免循環(huán)泵的頻繁變頻啟動造成的水力失衡，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

6.5提高管網(wǎng)運行的安全性

去耦罐的安裝是為保證恒定的水量以防止損壞管路設(shè)備，二次側(cè)連接多路循環(huán)管路會使一次側(cè)壓差劇烈變化。特別是增加的壓差使水流速增加，會帶來管路噪聲和壓損，以及設(shè)備磨損。在動力分布式供熱系統(tǒng)中安裝去耦罐，可以避免鍋爐的頻繁啟動造成的能源浪費同時起到了保護鍋爐的作用。

7結(jié)論

動力分布式供熱系統(tǒng)采用以泵代閥的方式進行調(diào)節(jié)，相比傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)水力工況更為復(fù)雜，支管更多，節(jié)點更多，系統(tǒng)更易出現(xiàn)水力失調(diào)。調(diào)節(jié)閥不僅消耗流體動力，并改變了管網(wǎng)的阻力特性，造成管網(wǎng)中的動力機械工作點偏移原高效區(qū)域，導(dǎo)致效率下降。動力分布式供熱系統(tǒng)普遍存在水力耦合現(xiàn)象，將去耦罐用于該系統(tǒng)中將大大改善管網(wǎng)水力失調(diào)，提高水力穩(wěn)定性。目前我國缺乏去耦罐應(yīng)用于動力分布式供熱系統(tǒng)的案例，這一觀點一定會得到廣大設(shè)計人員和用戶的認可，并在動力分布式系統(tǒng)中得到普及使用。

參考文獻：

[1]

郭巖.熱水采暖系統(tǒng)中分集水器與去耦罐的對比研究[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2016（10）.

[2]史永征.一種去耦罐原理教學(xué)演示裝置：CN201320207389.8[P].2013.

[3]郭巖.熱水采暖系統(tǒng)中去耦罐的應(yīng)用探究[J].供熱制冷，2016（7）：64～65.

[4]芬蘭?？酥Z能源有限公司.唐山市中心區(qū)西部供熱工程終審報告[R].廣州：?？酥Z能源有限公司，1994：53～70.

[5]Dian-ce Gao， Shengwei Wang， Yongjun Sun. A fault-tolerant and energy efficient control strategy for primary–secondary chilled water systems in buildings[J]. Energy and Buildings， 2011， 43（13）：3646～3656.

Application of Decoupling Tank in Dynamic Distributed Heating System

Zhai Mengxian

（Xian Nonferrous Metallurgy Design and Research Institute， Xian， Shanxi 710000， China）

Abstract： Decoupling tank is a tool which can keep once circulation and secondary circulation independent. It also ensures relative independence of the cycle.This paper discussed the hydraulic coupling effect on the dynamic distributed heating system. Combined with function and operation mode of the decoupling tank， it also summarized its application in the dynamic distributed heating system. At last， this paper proposed an idea on the combination of decoupling tank and dynamic distributed heating system.

Key words： decoupling tank； power distributed heating systems； balanceendprint