一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)及其控制方法，結(jié)合動力設(shè)備和與之匹配的換熱器及各類閥門等設(shè)備進(jìn)行靈活組合，成為一種既可滿足二次熱網(wǎng)的供熱需求，又可大量減少電力消耗的節(jié)能系統(tǒng)；該系統(tǒng)應(yīng)用于熱力站內(nèi)，可有效提高供熱系統(tǒng)的能源效率，該系統(tǒng)由動力設(shè)備，水?水換熱器，閥門，動力輸出引擎，溫度傳感器，壓力傳感器，控制裝置組成。能夠根據(jù)供熱區(qū)域的供熱面積，單位供熱功率等條件，采用動力設(shè)備與換熱器串聯(lián)或并聯(lián)的兩種方式進(jìn)行組合。
【專利說明】
一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)及其控制方法，用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)的一次熱網(wǎng)和二次熱網(wǎng)之間的熱力站處。
【背景技術(shù)】
[0002]城鎮(zhèn)區(qū)域供熱技術(shù)中普遍采用電力水栗作為二次熱網(wǎng)的循環(huán)栗。在整個供熱期間，水栗需要不間斷的電力驅(qū)動，保證用戶得到足夠的循環(huán)水量。因此，在二次熱網(wǎng)需要大量消耗電能提供循環(huán)動力。經(jīng)過國家大力推廣節(jié)能型建筑技術(shù)，建筑平均需熱量大幅降低。特別是增加建筑外保溫，保溫窗和新型節(jié)能房等，建筑供熱可采用越來越低的溫度。通過低溫輻射加熱和地板供熱等方式，二次熱網(wǎng)供/回水溫度可達(dá)到50/30°C。由于一次熱網(wǎng)的供水溫度保持較高水平可以減少供水流量，從而降低電能消耗，所以節(jié)能的方式是盡可能降低回水溫度。目前，一次熱網(wǎng)的供/回水溫度盡可能保持在130/40°C。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]本發(fā)明提出的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)的一次熱網(wǎng)和二次熱網(wǎng)之間的熱力站處，所述系統(tǒng)包括:動力設(shè)備，水-水換熱器，閥門，動力輸出引擎，溫度傳感器，壓力傳感器和控制裝置；
其中:動力設(shè)備I基于一次熱網(wǎng)的供水和二次熱網(wǎng)的回水之間的溫差提供動力;換熱器設(shè)備2基于動力設(shè)備I的出口熱水和二次熱網(wǎng)的供水溫差傳遞熱量;根據(jù)一次熱網(wǎng)、二次熱網(wǎng)供回水溫度、壓力的變化，調(diào)整閥門的開度，從而保證系統(tǒng)工作的性能;換熱器設(shè)備2能夠讓熱水和冷水之間進(jìn)行充分熱量交換；
根據(jù)供熱區(qū)域的供熱面積，單位供熱功率條件，動力設(shè)備與換熱器采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式;動力設(shè)備具有蒸發(fā)器al，冷凝器a2，膨脹機(jī)a3和工質(zhì)栗a4;
動力設(shè)備I具有與一次熱網(wǎng)的供水管連接的口 Rin，與一次熱網(wǎng)的回水管連接的口Rout ；與二次熱網(wǎng)的供水管連接的口 Lin，與二次熱網(wǎng)的回水管連接的口 Lout ；在動力設(shè)備I的內(nèi)部，口Rin連接蒸發(fā)器I入口，口Rout連接蒸發(fā)器I出口； 口Lin連接冷凝器2入口，口Lout連接冷凝器2出口 ；
根據(jù)本地一次熱網(wǎng)的供水水溫和二次熱網(wǎng)的回水水溫，確定適合該溫度區(qū)間的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行工作；
在動力設(shè)備內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量EorcI，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Eorc2，動力輸出功率為Wore，采用能量平衡公式:Eorcl=Eorc2 + Wore (I);
換熱器中熱水傳遞的熱量為Ehexl，冷水獲得的熱量為Ehex2，若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系為:Ehexl=Ehex2(4)
本發(fā)明中，動力設(shè)備的膨脹機(jī)的機(jī)械功輸出采用同軸連接方式與一套動力引擎裝置相連接，通過該引擎裝置帶動二次熱網(wǎng)的循環(huán)水栗工作;動力設(shè)備的工質(zhì)栗提供該設(shè)備內(nèi)工質(zhì)的循環(huán)動力，工質(zhì)栗采用本地市電供應(yīng);其中，正常工作時，工質(zhì)栗所需的功率遠(yuǎn)小于動力設(shè)備的輸出功率，且可以根據(jù)應(yīng)用場合的工況進(jìn)行配置。
[0005]本發(fā)明中，動力設(shè)備是可以采用有機(jī)朗肯循環(huán)動力設(shè)備。
[0006]本發(fā)明中，在串聯(lián)方式下，一次熱網(wǎng)的供水管在連接動力設(shè)備I的進(jìn)口Rin之前安裝第一閥門3;第一閥門3選擇可調(diào)節(jié)開度的球閥或蝶閥；通過調(diào)節(jié)第一閥門3的開度，可控制進(jìn)入Rin的水流量。在第一閥門3之前的一次熱網(wǎng)供水管道上，安裝第一壓力傳感器Pl和第一溫度傳感器Tl ；動力設(shè)備I的入口 Rin連接蒸發(fā)器al的熱源入口 ；動力設(shè)備I的出口 Rout連接蒸發(fā)器al的熱源出口；動力設(shè)備I的入口Lin連接冷凝器a2的冷源入口 ；動力設(shè)備I的出口 Lout連接冷凝器a2的冷源出口 ；動力設(shè)備I的接口 Rout連接換熱器設(shè)備2的熱水入口Rin ；換熱器設(shè)備2的熱水出口 Rout連接一次熱網(wǎng)的回水管;在一次熱網(wǎng)的回水管上安裝第二壓力傳感器P2和第二溫度傳感器T2。
[0007]本發(fā)明中，二次熱網(wǎng)的回水管在連接動力設(shè)備I的冷水入口Lin之前安裝第二閥門4;第二閥門4也選擇可調(diào)節(jié)開度的球閥或蝶閥。通過調(diào)節(jié)第二閥門4的開度，可控制進(jìn)入Lin的水流量。在第二閥門4之前的管道上，安裝第四壓力傳感器P4和第四溫度傳感器T4;動力設(shè)備I的出口 Lout通過管道連接換熱器設(shè)備2的冷水入口 Lin ；換熱器設(shè)備2的冷水出口 Lout連接二次熱網(wǎng)的供水管；在二次熱網(wǎng)供水管上安裝第三壓力傳感器P3和第三溫度傳感器T3;在動力設(shè)備I的口 Rout與換熱器設(shè)備2的口 Rin之間的連接管上安裝第五溫度傳感器T5;在動力設(shè)備I的口 Lout與換熱器設(shè)備2的口 Lin之間的連接管上安裝第六溫度傳感器T6;第一閥門3和第二閥門4的開度是根據(jù)第一、第二、第三、第四壓力傳感器P1-P4和第一、第二、第三、第四、第五、第六溫度傳感器T1-T6的值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的。第一閥門3用于調(diào)節(jié)來自一次熱網(wǎng)的熱水流量;第二閥門4用于調(diào)節(jié)來自二次熱網(wǎng)的冷水流量。第一閥門3與第二閥門4的調(diào)節(jié)目標(biāo)是動力設(shè)備I獲得足夠的熱量提供動力輸出，且換熱器設(shè)備2處一次熱網(wǎng)熱水傳遞足夠的熱量給二次熱網(wǎng)的冷水。
[0008]本發(fā)明中，在動力設(shè)備I內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量EorcI，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Eorc2，動力輸出功率為Wore。則不考慮到系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的散熱和機(jī)械損耗等，采用如式(I)所示的能量平衡公式:
Eorcl=Eorc2 + Wore(I)
其中，
Eorcl=MlCp(Tl-T5)(2)
Eorc2=M2Cp(T4-T6)(3)
式(2)，(3)中，Ml為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h；M2為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h;Tl為傳感器Tl測得溫度值，單位°C ； T4為傳感器T4測得溫度值，單位°C ；T5為傳感器T5測得溫度值，單位。C ;T6為傳感器T6測得溫度值，單位。C ;當(dāng)要調(diào)整輸出功率Worc時，可根據(jù)熱水進(jìn)口溫度Tl和冷水進(jìn)口溫度Τ4來調(diào)節(jié)第一閥門3和第二閥門4。調(diào)節(jié)第一閥門3的開度可調(diào)節(jié)熱水流量Ml，調(diào)節(jié)第二閥門4的開度可調(diào)節(jié)冷水流量M2。當(dāng)需要提高輸出功率Worc時，調(diào)節(jié)第一閥門3，增加流量Ml。此時，動力設(shè)備I的蒸發(fā)器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorcl增加。與此同時，增加流量M2，則冷凝器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorc2也增加。當(dāng)保持動力設(shè)備1的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度穩(wěn)定時，即式(2)、(3)中的溫度113435 36不發(fā)生變化。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，動力設(shè)備I所輸出功率Worc提高，反之亦然。
[0009]本發(fā)明中，換熱器設(shè)備2能夠讓熱水和冷水之間進(jìn)行充分熱量交換;換熱器中熱水傳遞的熱量為Ehexl，冷水獲得的熱量為Ehex2，若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系為式(4):
Ehexl=Ehex2(4)
其中，
Ehexl=MlCp(T5-T2)(5)
Ehex2=M2Cp(T6-T3)(6)
式(5 )，( 6 )中，Ml為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h; M2為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h ； T2為傳感器T2測得溫度值，單位V ； T5為傳感器T5測得溫度值，單位°C ； T6為傳感器T6測得溫度值，單位°C ； T3為傳感器T3測得溫度值，單位°C。
[0010]本發(fā)明中，換熱器設(shè)備2的熱交換能力取決于換熱器內(nèi)部的結(jié)構(gòu);在選擇熱交換器時選擇熱交換能力大的換熱器設(shè)備，盡可能提高二次熱網(wǎng)的供水溫度T3，同時也就盡量降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2。
[0011]本發(fā)明中，在調(diào)節(jié)閥門時，同時需要注意壓力P1-P4的變化，讓其始終處于設(shè)備承受的最高壓力之內(nèi)；同時，為保持系統(tǒng)水力工況的平衡及節(jié)能，還需要盡量減少動力設(shè)備I和換熱器設(shè)備2的壓力損失。
[0012]在并聯(lián)方式下，一次熱網(wǎng)的供水管通過第一閥門(3)和第二閥門(4)分別連接動力設(shè)備I的熱水入口 Rin和換熱器的熱水入口 Rin;動力設(shè)備I的熱水出口 Rout和換熱器設(shè)備2的熱水出口Rout直接連接到一次熱網(wǎng)的回水管上;類似的，二次熱網(wǎng)的回水管通過第三閥門(5)和第四閥門(6)分別連接動力設(shè)備I的冷水入口 Lin和換熱器的冷水入口 Lin;動力設(shè)備I的冷水出口 Lout和換熱器設(shè)備2的冷水出口 Lout直接連接到二次熱網(wǎng)的回水管上；
本發(fā)明中，在一次熱網(wǎng)供水管上安裝第一壓力傳感器Pl和第一溫度傳感器Tl;在一次熱網(wǎng)回水管上安裝第二壓力傳感器P2和第二溫度傳感器T2;在二次熱網(wǎng)回水管上安裝第三壓力傳感器P3和第三溫度傳感器T3;在二次熱網(wǎng)供水管上安裝第四壓力傳感器P4和第四溫度傳感器T4;
在并聯(lián)方式下，來自一次熱網(wǎng)的熱水流量Ml分為兩路，分別進(jìn)入動力設(shè)備I ,Ml,ore ；和換熱器設(shè)備2，M1 ,hex。第一閥門3的開度調(diào)節(jié)Ml，ore，第二閥門4的開度調(diào)節(jié)Ml ,hex。來自二次熱網(wǎng)的冷水流量M2也分為兩路，分別進(jìn)入動力設(shè)備I (M2，ore)和換熱器設(shè)備2，M2，hex。第三閥門(5 )的開度調(diào)節(jié)M2，or c，第四閥門6的開度調(diào)節(jié)M2，hex;第一、第二、第三、第四閥門的開度是根據(jù)第一、第二、第三、第四壓力傳感器P1-P4和第一、第二、第三、第四溫度傳感器T1-T4的值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的。第一閥門3與第三閥門5的調(diào)節(jié)目標(biāo)是動力設(shè)備I處，有機(jī)工質(zhì)獲得足夠的熱量提供動力輸出；第二閥門4和第四閥門6的調(diào)節(jié)目標(biāo)是在換熱器設(shè)備2處，一次熱網(wǎng)熱水傳遞足夠的熱量給二次熱網(wǎng)的冷水。
[0013]在動力設(shè)備I內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量EorcI，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Eorc2，動力輸出功率為Wore;則不考慮到系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的散熱和機(jī)械損耗，能量平衡方程仍然如式(I)所示，其中Eorcl和Eorc2如下式(7)和(8)所示，
Eorcl=Ml,orcCp(Tl-T2)(7)
Eorc2=M2,orcCp(T3-T4)(8)
式(7)，(8)中，Ml，ore為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h;M2，ore為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h;Tl為傳感器Tl測得溫度值，單位°C ； T2為傳感器T2測得溫度值，單位°C ；T3為傳感器T3測得溫度值，單位°C ； T4為傳感器T4測得溫度值，單位°C。
[0014]本發(fā)明中，當(dāng)要調(diào)整輸出功率Worc時，可根據(jù)熱水進(jìn)口溫度TI和冷水進(jìn)口溫度T4來調(diào)節(jié)第一閥門3和第三閥門5;調(diào)節(jié)第一閥門3的開度可調(diào)節(jié)熱水流量Ml，orc，調(diào)節(jié)第三閥門5的開度可調(diào)節(jié)冷水流量M2，orc;當(dāng)需要提高輸出功率Wore時，調(diào)節(jié)第一閥門3，增加流量Ml，orc;此時，動力設(shè)備I的蒸發(fā)器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorcl增加；與此同時，增加流量M2，ore，則冷凝器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorc2也增加。當(dāng)保持動力設(shè)備I的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度穩(wěn)定時，即式(7)、(8)中的溫度TI，T2，T3，T4不發(fā)生變化，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，動力設(shè)備I所輸出功率Worc提高，反之亦然。
[0015]在并聯(lián)方式下，動力設(shè)備I的出口Rout處的水溫一般較高;為了進(jìn)一步提高熱利用水平，可添加一個換熱器裝置進(jìn)一步降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2;還可將動力設(shè)備I的出口Rout處的熱水接入換熱器設(shè)備2內(nèi)部熱水管的水溫相等的位置處，與一次熱網(wǎng)熱水進(jìn)行混合；
與并聯(lián)方式中換熱器設(shè)備2的作用和優(yōu)選方式類似，這里換熱器設(shè)備2的結(jié)構(gòu)也可以是管殼式，或板翅式換熱器等。設(shè)換熱器中熱水傳遞的熱量為Ehexl，冷水獲得的熱量為Ehex2，若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系也如式(4)所示。
[0016]其中，Ehexl=MlCp(Tl_T2)(9)
Ehex2=M2Cp(T3-T4)(10)
式(9)，(10)中，Ml ,hex為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h;M2,hex為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h;Tl為傳感器Tl測得溫度值，單位°C ； T2為傳感器T2測得溫度值，單位°C ；T3為傳感器T3測得溫度值，單位°C ； T4為傳感器T4測得溫度值，單位°C ；
換熱器設(shè)備2的熱交換能力取決于換熱器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。在選擇熱交換器時選擇熱交換能力大的換熱器設(shè)備，盡可能提高二次熱網(wǎng)的供水溫度T3，同時也就盡量降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:一種新的節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，結(jié)合動力設(shè)備和與之匹配的換熱器及各類閥門等設(shè)備進(jìn)行靈活組合，成為一種既可滿足二次熱網(wǎng)的供熱需求，又可大量減少電力消耗的節(jié)能系統(tǒng);該系統(tǒng)應(yīng)用于熱力站內(nèi)，可有效提高供熱系統(tǒng)的能源效率，該系統(tǒng)由動力設(shè)備，水-水換熱器，閥門，動力輸出引擎，溫度傳感器，壓力傳感器，控制裝置組成。能夠根據(jù)供熱區(qū)域的供熱面積，單位供熱功率等條件，采用動力設(shè)備與換熱器串聯(lián)或并聯(lián)的兩種方式進(jìn)行組合。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1動力設(shè)備I內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0020]圖2動力設(shè)備I和換熱器設(shè)備2串聯(lián)方式連接。
[0021]圖3動力設(shè)備I和換熱器設(shè)備2并聯(lián)方式連接。
[0022]圖4串聯(lián)方式連接的系統(tǒng)圖。
[0023 ]圖5并聯(lián)方式連接的系統(tǒng)圖。
[0024]圖6并聯(lián)方式連接中供生活熱水的兩級換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]實(shí)施例1:由于節(jié)能建筑的不斷推廣，一次、二次熱網(wǎng)之間的換熱溫差也增加，產(chǎn)生了能源品質(zhì)的浪費(fèi)。因此，本發(fā)明提出一套新的節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)。結(jié)合動力設(shè)備和與之匹配的換熱器及各類閥門等設(shè)備進(jìn)行靈活組合，成為一種既可滿足二次熱網(wǎng)的供熱需求，又可大量減少電力消耗的節(jié)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用于熱力站內(nèi)，可有效提高供熱系統(tǒng)的能源效率。
[0027]根據(jù)供熱區(qū)域的供熱面積，單位供熱功率等條件，采用動力設(shè)備與換熱器串聯(lián)或并聯(lián)的兩種方式進(jìn)行組合。根據(jù)一次熱網(wǎng)、二次熱網(wǎng)供回水溫度、壓力的變化，調(diào)整閥門的開度，保證系統(tǒng)工作的性能。動力設(shè)備I通過一次熱網(wǎng)的供水和二次熱網(wǎng)的回水之間的溫差提供動力。換熱器設(shè)備2通過動力設(shè)備I的出口熱水和二次熱網(wǎng)的供水溫差傳遞熱量。
[0028]如附圖2所示，在串聯(lián)方式下，一次熱網(wǎng)的供水管在連接動力設(shè)備I的進(jìn)口Rin之前安裝第3閥門。第3閥門選擇可調(diào)節(jié)開度的球閥或蝶閥。通過調(diào)節(jié)第3閥門的開度，可控制進(jìn)入Rin的水流量。在第3閥門之前的一次熱網(wǎng)供水管道上，安裝壓力傳感器Pl和溫度傳感器Tl。動力設(shè)備I的內(nèi)部如圖1所不。
[0029]動力設(shè)備I具有蒸發(fā)器al，冷凝器a2，膨脹機(jī)a3和工質(zhì)栗a4，這四個主要部件;動力設(shè)備I的入口Rin連接蒸發(fā)器al的熱源入口 ；動力設(shè)備I的出口Rout連接蒸發(fā)器al的熱源出口。動力設(shè)備I的入口Lin連接冷凝器a2的冷源入口 ；動力設(shè)備I的出口Lout連接冷凝器a2的冷源出口。動力設(shè)備I的接口Rout連接換熱器設(shè)備2的熱水入口Rin ；換熱器設(shè)備2的熱水出口 Rout連接一次熱網(wǎng)的回水管。在一次熱網(wǎng)的回水管上安裝壓力傳感器P2和溫度傳感器T2。可以采用了有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankin Cycling, 0RC)的動力設(shè)備。
[0030]二次熱網(wǎng)的回水管在連接動力設(shè)備I的冷水入口 Lin之前安裝第4閥門；第4閥門也選擇可調(diào)節(jié)開度的球閥或蝶閥。通過調(diào)節(jié)第4閥門的開度，可控制進(jìn)入Lin的水流量。在第4閥門之前的管道上，安裝壓力傳感器P4和溫度傳感器T4。動力設(shè)備I的出口 Lout通過管道連接換熱器設(shè)備2的冷水入口 Lin。換熱器設(shè)備2的冷水出口 Lout連接二次熱網(wǎng)的供水管。在二次熱網(wǎng)供水管上安裝壓力傳感器P3和T3。
[0031]在動力設(shè)備I的口Rout與換熱器設(shè)備2的口 Rin之間的連接管上安裝溫度傳感器T5。在動力設(shè)備I的口 Lout與換熱器設(shè)備2的口 Lin之間的連接管上安裝溫度傳感器T6。
[0032]第3閥門和第4閥門的開度是根據(jù)壓力傳感器P1-P4和溫度傳感器T1-T6的值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的。第3閥門用于調(diào)節(jié)來自一次熱網(wǎng)的熱水流量;第4閥門用于調(diào)節(jié)來自二次熱網(wǎng)的冷水流量。第3閥門與第4閥門的調(diào)節(jié)目標(biāo)是動力設(shè)備I獲得足夠的熱量提供動力輸出，且換熱器設(shè)備2處一次熱網(wǎng)熱水傳遞足夠的熱量給二次熱網(wǎng)的冷水。
[0033]在動力設(shè)備I內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量Ecxrcl，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Ecxrc2，動力輸出功率為Wor。。則不考慮到系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的散熱和機(jī)械損耗等，采用如式I所示的能量平衡公式:
Eorcl-Eorc2 + Wore(I)
其中，
Eorcl=MlCp (Tl-T5)(2)
Eorc2=M2Cp(T4-T6)(3)
式(2)，(3)中，M1S—次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h ；M2為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h ； T1S傳感器Tl測得溫度值，單位°C ； T4為傳感器T4測得溫度值，單位°C ； 1~5為傳感器T5測得溫度值，單位°C ； T6為傳感器T6測得溫度值，單位°C。
[0034]當(dāng)要調(diào)整輸出功率WcirJ寸，可根據(jù)熱水進(jìn)口溫度TjP冷水進(jìn)口溫度T4來調(diào)節(jié)第3閥門和第4閥門。調(diào)節(jié)第3閥門的開度可調(diào)節(jié)熱水流量施，調(diào)節(jié)第4閥門的開度可調(diào)節(jié)冷水流量M2。當(dāng)需要提高輸出功率Wcirc時，調(diào)節(jié)第3閥門，增加流量施。此時，動力設(shè)備I的蒸發(fā)器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Ecircl增加。與此同時，增加流量M2,則冷凝器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Ecirc2也增加。當(dāng)保持動力設(shè)備I的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度穩(wěn)定時，即式(2)、(3)中的溫度T1,T4, T5, T6不發(fā)生變化。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，動力設(shè)備I所輸出功率WOT。提高。反之亦然。
[0035]換熱器設(shè)備2能夠讓熱水和冷水之間進(jìn)行充分熱量交換。換熱器設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以是管殼式，或板翅式換熱器等。本發(fā)明優(yōu)選結(jié)構(gòu)緊湊，換熱能力大的換熱器。設(shè)換熱器中熱水傳遞的熱量為Ehexl，冷水獲得的熱量為Ehex2，若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系為式(4):
Ehexl-Ehex2(4)
其中，
EhexI=MiCp(T5-T2)(5)
Ehex2=M2Cp(T6-T3)(6)
式(5)，(6)中，M1為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h;M2為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h ； 丁2為傳感器T2測得溫度值，單位°C ； 1~5為傳感器T5測得溫度值，單位°C ； T6為傳感器T6測得溫度值，單位°C ； T3為傳感器T3測得溫度值，單位°C。
[0036]換熱器設(shè)備2的熱交換能力取決于換熱器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。在選擇熱交換器時選擇熱交換能力大的換熱器設(shè)備，盡可能提高二次熱網(wǎng)的供水溫度T3，同時也就盡量降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2。
[0037]串聯(lián)方式連接時，動力設(shè)備I具有全部的一次熱網(wǎng)熱水流量作為蒸發(fā)器的熱源，輸出的動力功率也更多。但由于動力設(shè)備I的出口熱水全部進(jìn)入換熱器設(shè)備2，因此換熱量受到動力設(shè)備的工況影響。這種模式適用于二次熱網(wǎng)的循環(huán)栗動力需要較大且變化很少的場入口 ο
[0038]在調(diào)節(jié)閥門時，同時需要注意壓力P1-P4的變化。要做到始終處于該設(shè)備承受的最高壓力之內(nèi)。同時，為保持系統(tǒng)水力工況的平衡及節(jié)能，還需要盡量減少動力設(shè)備I和換熱器設(shè)備2的壓力損失。
[0039]針對一個為10萬m2的區(qū)域面積進(jìn)行供熱的一個熱力站進(jìn)行設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)圖如附圖3所示。設(shè)該地區(qū)建筑的供熱需求為60W/V，則供熱總需求為6000kW的熱量。采用本發(fā)明的系統(tǒng)方法，在熱力站的供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示。
[0040]設(shè)計(jì)的已知條件為:一次熱網(wǎng)的供/回水溫度為130/40°C。一次熱網(wǎng)的水流量為60t/h(16.67kg/s)。二次熱網(wǎng)的供/回水溫度為50/30°C。二次熱網(wǎng)的流量為240t/h(66.67kg/s)ο
[0041]按照0RC4DH與HEX采用串聯(lián)方式連接，進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)工況下，本發(fā)明所述的系統(tǒng)運(yùn)行狀況如下。
[0042](I)設(shè)備0RC4DH的口Rin處的水溫為130°C，口Rout處的水溫為120°C。設(shè)備0RC4DH的口 Lin處水溫300C，口 Lout處的水溫32.3 °C。在設(shè)備0RC4DH處，一次熱網(wǎng)的輸出熱量Eorcl為708kW。二次熱網(wǎng)所獲得熱量為630kW。設(shè)備0RC4DH輸出機(jī)械功率W.為7 lkW。設(shè)備0RC4DH的工質(zhì)栗消耗電能Pc^為5.7kW?？紤]到系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的散熱和機(jī)械損耗等，能量平衡如式11所示:
Eorcl ?Eorc2 +Wore (11)
(2)設(shè)備HEX的口 Rin處水溫為120 °C，口 Rout處的水溫為40 °C。設(shè)備HEX的口 Lin處水溫為32.3°C，口 Lout處的水溫為52.4°C。在設(shè)備HEX處，一次熱網(wǎng)的輸出熱量EhexI為5587kW。二次熱網(wǎng)所獲得熱量Ehex2為5580kW。
[0043]綜合設(shè)備0RC4DH和設(shè)備HEX的能量收支可知，
一次網(wǎng)輸入熱量EI為:
Ei=Eorci+Ehexi=6295 kff
二次網(wǎng)輸入熱量E2為:
E2=Eorc2+Ehex2=6210 kff
該供熱區(qū)域單位平米所獲得的實(shí)際供熱量為62.lW/m2。該熱力站完全可以滿足設(shè)計(jì)60W/m2的需要。
[0044]輸出功率為WQrc=71 kff,
輸入電能為Ρ_=5.7 kff,
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，二次熱網(wǎng)的循環(huán)栗獲得了 71的動力功率。而一般傳統(tǒng)方式采用電動機(jī)驅(qū)動循環(huán)栗。若要獲得71kW功率時，設(shè)電動機(jī)的總效率η為0.7，需要電能EpS，ΕΡ=71/η=101.4 kW。
[0045]由此可知，在實(shí)施例1中，若采用本方案可節(jié)約電能為Ep-Pcirc=95.7kW。
[0046]節(jié)約電能比率為:(Ep-Porc)/EP=94.4%。
[0047]實(shí)施例2:動力設(shè)備與換熱器采用并聯(lián)的組合方式，如附圖3所示。在并聯(lián)方式下，一次熱網(wǎng)的供水管通過第3閥門和第4閥門分別連接動力設(shè)備I的熱水入口Rin和換熱器的熱水入口 Rin。動力設(shè)備I的熱水出口 Rout和換熱器設(shè)備2的熱水出口 Rout直接連接到一次熱網(wǎng)的回水管上。類似的，二次熱網(wǎng)的回水管通過第5閥門和第6閥門分別連接動力設(shè)備I的冷水入口 Lin和換熱器的冷水入口 Lin。動力設(shè)備I的冷水出口 Lout和換熱器設(shè)備2的冷水出口 Lout直接連接到二次熱網(wǎng)的回水管上。
[0048]在一次熱網(wǎng)供水管上安裝壓力傳感器Pl和溫度傳感器Tl;在一次熱網(wǎng)回水管上安裝壓力傳感器P2和溫度傳感器T2;在二次熱網(wǎng)回水管上安裝壓力傳感器P3和溫度傳感器T3;在二次熱網(wǎng)供水管上安裝壓力傳感器P4和溫度傳感器T4;
在并聯(lián)方式下，來自一次熱網(wǎng)的熱水流量Ml分為兩路，分別進(jìn)入動力設(shè)備I ,Mlltirc;和換熱器設(shè)備2，M1, hex。第3閥門的開度調(diào)節(jié)見’ ore，第4閥門的開度調(diào)節(jié)見,hex。來自二次熱網(wǎng)的冷水流量M2也分為兩路，分別進(jìn)入動力設(shè)備I (M2,cxrc)和換熱器設(shè)備2，M2, hex。第5閥門的開度調(diào)節(jié)M2, _，第6閥門的開度調(diào)節(jié)跑,hex。第3閥門-第6閥門的開度是根據(jù)壓力傳感器Pl-P^P溫度傳感器T1-T4的值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的。第3閥門與第5閥門的調(diào)節(jié)目標(biāo)是動力設(shè)備I處，有機(jī)工質(zhì)獲得足夠的熱量提供動力輸出。第4閥門和第6閥門的調(diào)節(jié)目標(biāo)是在換熱器設(shè)備2處，一次熱網(wǎng)熱水傳遞足夠的熱量給二次熱網(wǎng)的冷水。
[0049]在動力設(shè)備I內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量Ecxrcl，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Ecxrc2，動力輸出功率為WOT。。則不考慮到系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的散熱和機(jī)械損耗等，能量平衡方程仍然如式(I)所示。但其中Eotc1和Ecirc2如下式(7)和(8)所示，
Eorcl=Ml, orcCp ( T 1~T 2 )(7)
Eorc2=M2, orcCp ( T 3~T4 )(8)
式(7 )，( 8)中，M1, ■為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h ； M2, ■為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h; T1S傳感器TI測得溫度值，單位°C ； 1~2為傳感器T2測得溫度值，單位°C ； T3為傳感器T3測得溫度值，單位。C ; T4為傳感器T4測得溫度值，單位。C。
[0050]當(dāng)要調(diào)整輸出功率WcircJt，可根據(jù)熱水進(jìn)口溫度TjP冷水進(jìn)口溫度T4來調(diào)節(jié)第3閥門和第5閥門。調(diào)節(jié)第3閥門的開度可調(diào)節(jié)熱水流量M1, ■，調(diào)節(jié)第5閥門的開度可調(diào)節(jié)冷水流MM2, or。。當(dāng)需要提高輸出功率WOT。時，調(diào)節(jié)第3閥門，增加流量見’ ore。此時，動力設(shè)備I的蒸發(fā)器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorcl增加。與此同時，增加流量M2 ’ ore，則冷凝器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Ecirc2也增加。當(dāng)保持動力設(shè)備I的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度穩(wěn)定時，即式(7)、(8)中的溫度T1，T2，T3，T4不發(fā)生變化。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，動力設(shè)備I所輸出功率W.提高。反之亦然。
[0051]在并聯(lián)方式下，動力設(shè)備I的出口Rout處的水溫一般較高。為了進(jìn)一步提高熱利用水平，可添加一個換熱器裝置進(jìn)一步降低一次熱網(wǎng)的回水溫度!^。本發(fā)明中優(yōu)選配置一個生活熱水加熱為目的的換熱器可大幅降低動力設(shè)備I的出口Rout處的水溫。此外，還可將動力設(shè)備I的出口 Rout處的熱水接入換熱器設(shè)備2內(nèi)部熱水管的水溫相等的位置處，與一次熱網(wǎng)熱水進(jìn)行混合。在實(shí)施例2中，本發(fā)明將舉例具體說明生活熱水換熱器的工作方式。
[0052]與并聯(lián)方式中換熱器設(shè)備2的作用和優(yōu)選方式類似，這里換熱器設(shè)備2的結(jié)構(gòu)也可以是管殼式，或板翅式換熱器等。設(shè)換熱器中熱水傳遞的熱量為Ehexl，冷水獲得的熱量為Ehe3x2,若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系也如式(4)所示。
[0053]其中，Ehexi=M1Cp(T1-T2)(9)
Ehex2=M2Cp(T3-T4)(10)
式(9 )，( 1 )中，M1, hex為一次熱網(wǎng)的熱水流量，t/h; M2, hex為二次熱網(wǎng)的冷水流量，t/h ；T1S傳感器Tl測得溫度值，V ； 1~2為傳感器T2測得溫度值，V ； T3為傳感器T3測得溫度值，V ；T4為傳感器T4測得溫度值，0C。
[0054]換熱器設(shè)備2的熱交換能力取決于換熱器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。在選擇熱交換器時選擇熱交換能力大的換熱器設(shè)備，盡可能提高二次熱網(wǎng)的供水溫度T3，同時也就盡量降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2。
[0055]并聯(lián)方式連接時，動力設(shè)備I可根據(jù)需要輸出的動力功率調(diào)節(jié)第3閥門，引入一部分來自一次熱網(wǎng)熱水流量作為蒸發(fā)器的熱源。同時調(diào)節(jié)第5閥門，引入一部分來自二次熱網(wǎng)的冷水作為冷凝器的冷源。換熱器設(shè)備2可根據(jù)用戶熱量需要調(diào)節(jié)第4閥門引入一部分來自一次熱網(wǎng)熱水放熱。同時調(diào)節(jié)第6閥門，引入一部分來自二次熱網(wǎng)的冷水吸熱。這種并聯(lián)工作模式下，動力設(shè)備I可根據(jù)動力需要輸出適當(dāng)?shù)墓β?，換熱器設(shè)備2也可根據(jù)熱量需要靈活調(diào)節(jié)。兩者設(shè)備的工作狀況不直接影響。這種模式適用于二次熱網(wǎng)的循環(huán)栗功率較小且變化多的場合。
[0056]在調(diào)節(jié)閥門時，也同時需要注意壓力？!+*的變化。要做到始終處于該設(shè)備承受的最高壓力之內(nèi)。同時，為保持系統(tǒng)水力工況的平衡及節(jié)能，還需要盡量減少動力設(shè)備I和換熱器設(shè)備2的壓力損失。
[0057]針對一個為3.2萬m2的區(qū)域面積進(jìn)行供熱的一個熱力站進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其系統(tǒng)圖如附圖5所示。設(shè)該地區(qū)建筑的房間供熱需求為50W/V，則供熱總需求為1600kW的熱量。此外，該小區(qū)還需要生活熱水的加熱需求。采用本發(fā)明的系統(tǒng)方法，在熱力站的供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示。
[0058]設(shè)計(jì)的已知條件為:一次熱網(wǎng)的供/回水溫度為130/40 °C。一次熱網(wǎng)的水流量為22.3^11(6.21^/8)。二次熱網(wǎng)的供/回水溫度為50/30°(:。二次熱網(wǎng)的流量為65.社/11(18.2kg/s) ο生活熱水采用本地自來水，進(jìn)/出口溫度為5/500C，流量為12t/h(3.3kg/s)。
[0059]按照0RC4DH與HEX采用并聯(lián)方式連接進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于需要生活熱水，所以采用了一種具有兩級換熱功能的兩級換熱器HEX4W，結(jié)構(gòu)見圖6。在設(shè)計(jì)工況下，本發(fā)明所述的系統(tǒng)運(yùn)行狀況如下。
[0060](I)設(shè)備0RC4DH的口Rin處的水溫為130°C，口Rout處的水溫為100°C，水流量6t/h。設(shè)備0RC4DH的口Lin處水溫10°C，口Lout處的水溫30°C，水流量16.35t/h。在設(shè)備0RC4DH處，一次熱網(wǎng)的輸出熱量Ecircl為210kW。二次熱網(wǎng)所獲得熱量為189kW。設(shè)備0RC4DH輸出機(jī)械功率WW為21kW。設(shè)備0RC4DH的工質(zhì)栗消耗電能Pcirc為1.71kW。此處，設(shè)備的熱量平衡仍然滿足式⑴。
[0061 ] (2)設(shè)備HEX的口Rin處水溫為130°C，口Rout處的水溫為40°C，水流量22.3t/h。設(shè)備HEX的口Lin處水溫為30°C，口Lout處的水溫為60°C，水流量49.05t/h。在設(shè)備HEX處，一次熱網(wǎng)的輸出熱量Ehexi為1716.35kW。二次熱網(wǎng)所獲得熱量Ehex2為1716kW。
[0062](3)在設(shè)備HEX4W處，具有I股冷水，2股熱水進(jìn)行換熱。冷水入口溫度5°C，出口溫度55°C，水流量13.27t/h。冷水依次通過第I換熱室和第2換熱室。在第I換熱室內(nèi)，第一股熱水的進(jìn)口溫度為30°C，出口溫度10°C，水流量16.35t/h。在第2換熱室內(nèi)，第二股熱水的進(jìn)口溫度為100°C，出口溫度55°C，水流量6t/h。熱水輸出熱量Ew^710kW，生活熱水總獲得熱量Ew2為696.68kW。
[0063]綜合設(shè)備0RC4DH、設(shè)備HEX和設(shè)備HEX4W的能量收支可知，
一次網(wǎng)輸入熱量EI為:
Ei=Eorci+Ehexi+Ewi=2636.3kff
二次網(wǎng)輸入熱量E2為:
E2=Eorc2+Ehex2+Ew2 =2585.68 kff
該供熱區(qū)域單位平米所獲得的實(shí)際供熱量為Ehex2/32000=53.1W/m2。該熱力站完全可以滿足設(shè)計(jì)50W/m2的需要。本地生活熱水的流量為13.27t/h，也滿足需求。
[0064]輸出功率為WQrc=21 kff,
輸入電能為Pcirc=1.71 kff, 采用本發(fā)明的技術(shù)方案，二次熱網(wǎng)的循環(huán)栗獲得了 21kW的動力功率。而一般傳統(tǒng)方式采用電動機(jī)驅(qū)動循環(huán)栗。若要獲得21 kw功率時，設(shè)電動機(jī)的總效率η為0.7，需要電能EpS，Ep=21/n=30kff，由此可知，在實(shí)施例2中，若采用本方案可節(jié)約電能為Ep-Pcirc =28.3kff。
[0065]節(jié)約電能比率為:(Ep-Porc)/EP=94.3%。
[0066]圖5中，第3閥門-第6閥門為調(diào)節(jié)水流量分配而設(shè)置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)的一次熱網(wǎng)和二次熱網(wǎng)之間的熱力站處，其特征在于，該系統(tǒng)包括:動力設(shè)備，水-水換熱器，閥門，動力輸出引擎，溫度傳感器，壓力傳感器，控制裝置； 其中:動力設(shè)備(I)基于一次熱網(wǎng)的供水和二次熱網(wǎng)的回水之間的溫差提供動力;換熱器設(shè)備(2)基于動力設(shè)備(I)的出口熱水和二次熱網(wǎng)的供水溫差傳遞熱量;根據(jù)一次熱網(wǎng)、二次熱網(wǎng)供回水溫度、壓力的變化，調(diào)整閥門的開度，從而保證系統(tǒng)工作的性能；換熱器設(shè)備(2)能夠讓熱水和冷水之間進(jìn)行充分熱量交換； 根據(jù)供熱區(qū)域的供熱面積，單位供熱功率條件，動力設(shè)備與換熱器采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式;動力設(shè)備具有蒸發(fā)器(al)，冷凝器(a2)，膨脹機(jī)(a3)和工質(zhì)栗(a4); 動力設(shè)備(I)具有與一次熱網(wǎng)的供水管連接的口 Rin，與一次熱網(wǎng)的回水管連接的口Rout;與二次熱網(wǎng)的供水管連接的口 Lin，與二次熱網(wǎng)的回水管連接的口 Lout ；在動力設(shè)備的內(nèi)部，口Rin連接蒸發(fā)器(I)入口，口Rout連接蒸發(fā)器(I)出口 ； 口Lin連接冷凝器(2)入口，口 Lout連接冷凝器(2)出口； 根據(jù)本地一次熱網(wǎng)的供水水溫和二次熱網(wǎng)的回水水溫，確定適合該溫度區(qū)間的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行工作； 在動力設(shè)備內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量EorcI，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Eorc2，動力輸出功率為Wore，采用能量平衡公式:EorCl=EorC2 + Wore (I);換熱器中熱水傳遞的熱量為Ehexl，冷水獲得的熱量為Ehex2，若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系為:Ehexl=Ehex2(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:動力設(shè)備的膨脹機(jī)的機(jī)械功輸出采用同軸連接方式與一套動力引擎裝置相連接，通過該引擎裝置帶動二次熱網(wǎng)的循環(huán)水栗工作;動力設(shè)備的工質(zhì)栗提供該設(shè)備內(nèi)工質(zhì)的循環(huán)動力，工質(zhì)栗采用本地市電供應(yīng);其中，正常工作時，工質(zhì)栗所需的功率遠(yuǎn)小于動力設(shè)備的輸出功率，且可以根據(jù)應(yīng)用場合的工況進(jìn)行配置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:動力設(shè)備是可以采用有機(jī)朗肯循環(huán)動力設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:在串聯(lián)方式下，一次熱網(wǎng)的供水管在連接動力設(shè)備(I)的進(jìn)口 Rin之前安裝第一閥門(3);第一閥門(3)選擇可調(diào)節(jié)開度的球閥或蝶閥;通過調(diào)節(jié)第一閥門(3)的開度，可控制進(jìn)入Rin的水流量，在第一閥門(3)之前的一次熱網(wǎng)供水管道上，安裝第一壓力傳感器Pl和第一溫度傳感器Tl;動力設(shè)備(I)的入口 Rin連接蒸發(fā)器(a I)的熱源入口；動力設(shè)備(I)的出口 Rout連接蒸發(fā)器(a I)的熱源出口；動力設(shè)備(I)的入口Lin連接冷凝器(a2)的冷源入口 ；動力設(shè)備(I)的出口Lout連接冷凝器(a2)的冷源出口 ；動力設(shè)備(I)的接口Rout連接換熱器設(shè)備(2)的熱水入口Rin；換熱器設(shè)備(2)的熱水出口 Rout連接一次熱網(wǎng)的回水管；在一次熱網(wǎng)的回水管上安裝第二壓力傳感器(P2)和第二溫度傳感器(T2); 二次熱網(wǎng)的回水管在連接動力設(shè)備(I)的冷水入口 Lin之前安裝第二閥門(4);第二閥門(4)也選擇可調(diào)節(jié)開度的球閥或蝶閥，通過調(diào)節(jié)第二閥門(4)的開度，可控制進(jìn)入Lin的水流量;在第二閥門(4)之前的管道上，安裝第四壓力傳感器(P4)和第四溫度傳感器(T4);動力設(shè)備(I)的出口 Lout通過管道連接換熱器設(shè)備(2)的冷水入口 Lin;換熱器設(shè)備(2)的冷水出口 Lout連接二次熱網(wǎng)的供水管;在二次熱網(wǎng)供水管上安裝第三壓力傳感器P3和第三溫度傳感器(T3);在動力設(shè)備(I)的口Rout與換熱器設(shè)備(2)的口Rin之間的連接管上安裝第五溫度傳感器(T5);在動力設(shè)備(I)的口Lout與換熱器設(shè)備(2)的口Lin之間的連接管上安裝第六溫度傳感器(T6);第一閥門(3)和第二閥門(4)的開度是根據(jù)第一、第二、第三、第四壓力傳感器P1-P4和第一、第二、第三、第四、第五、第六溫度傳感器T1-T6的值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的；第一閥門(3)用于調(diào)節(jié)來自一次熱網(wǎng)的熱水流量;第二閥門(4)用于調(diào)節(jié)來自二次熱網(wǎng)的冷水流量;第一閥門(3)與第二閥門(4)的調(diào)節(jié)目標(biāo)是動力設(shè)備(I)獲得足夠的熱量提供動力輸出，且換熱器設(shè)備(2 )處一次熱網(wǎng)熱水傳遞足夠的熱量給二次熱網(wǎng)的冷水。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:在動力設(shè)備I內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量EorcI，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Eorc2，動力輸出功率為Worc，則不考慮到系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的散熱和機(jī)械損耗等，采用如式(I)所示的能量平衡公式: Eorcl=Eorc2 + Wore(I) 其中， Eorcl=MlCp(Tl-T5) (2) Eorc2=M2Cp(T4-T6) (3) 式(2)，(3)中，Ml為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h;M2為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h; Tl為第一溫度傳感器Tl測得溫度值，單位V ； T4為第四溫度傳感器T4測得溫度值，單位0C ； T5為第五溫度傳感器T5測得溫度值，單位°C ； T6為第六溫度傳感器T6測得溫度值，單位0C ;當(dāng)要調(diào)整輸出功率Worc時，可根據(jù)熱水進(jìn)口溫度Tl和冷水進(jìn)口溫度T4來調(diào)節(jié)第一閥門(3)和第二閥門(4);調(diào)節(jié)第一閥門(3)的開度可調(diào)節(jié)熱水流量Ml，調(diào)節(jié)第二閥門(4)的開度可調(diào)節(jié)冷水流量M2;當(dāng)需要提高輸出功率Worc時，調(diào)節(jié)第一閥門(3)，增加流量Ml;此時，動力設(shè)備(I)的蒸發(fā)器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorc I增加;與此同時，增加流量M2，則冷凝器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorc2也增加；當(dāng)保持動力設(shè)備I的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度穩(wěn)定時，即式(2)、(3)中的溫度1134 35 36不發(fā)生變化，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，動力設(shè)備(1)所輸出功率Worc提高，反之亦然。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:換熱器設(shè)備(2)能夠讓熱水和冷水之間進(jìn)行充分熱量交換;換熱器中熱水傳遞的熱量為Ehexl，冷水獲得的熱量為Ehex2，若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系為式(4): Ehexl=Ehex2(4) 其中， Ehexl=MlCp(T5-T2) (5) Ehex2=M2Cp(T6-T3) (6) 式(5)，(6)中，Ml為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h ;M2為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h; T2為第二溫度傳感器T2測得溫度值，單位V ； T5為第五溫度傳感器T5測得溫度值，單位0C ； T6為第六溫度傳感器T6測得溫度值，單位°C ； T3為第三溫度傳感器T3測得溫度值，單位°C； 換熱器設(shè)備(2)、的熱交換能力取決于換熱器內(nèi)部的結(jié)構(gòu);在選擇熱交換器時選擇熱交換能力大的換熱器設(shè)備，盡可能提高二次熱網(wǎng)的供水溫度T3，同時也就盡量降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:在調(diào)節(jié)閥門時，同時需要注意壓力P1-P4的變化，讓其始終處于設(shè)備承受的最高壓力之內(nèi)；同時，為保持系統(tǒng)水力工況的平衡及節(jié)能，還需要盡量減少動力設(shè)備(I)和換熱器設(shè)備(2)的壓力損失。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:在并聯(lián)方式下，一次熱網(wǎng)的供水管通過第一閥門(3)和第二閥門(4)分別連接動力設(shè)備(I)的熱水入口Rin和換熱器的熱水入口Rin；動力設(shè)備(I)的熱水出口Rout和換熱器設(shè)備(2)的熱水出口Rout直接連接到一次熱網(wǎng)的回水管上;類似的，二次熱網(wǎng)的回水管通過第三閥門(5)和第四閥門(6)分別連接動力設(shè)備(I)的冷水入口Lin和換熱器的冷水入口Lin；動力設(shè)備(I)、的冷水出口Lout和換熱器設(shè)備(2)的冷水出口 Lout直接連接到二次熱網(wǎng)的回水管上； 在一次熱網(wǎng)供水管上安裝第一壓力傳感器Pl和第一溫度傳感器Tl;在一次熱網(wǎng)回水管上安裝第二壓力傳感器P2和第二溫度傳感器T2;在二次熱網(wǎng)回水管上安裝第三壓力傳感器P3和第三溫度傳感器T3;在二次熱網(wǎng)供水管上安裝第四壓力傳感器P4和第四溫度傳感器T4； 在并聯(lián)方式下，來自一次熱網(wǎng)的熱水流量Ml分為兩路，分別進(jìn)入動力設(shè)備(I)，M1，ore;和換熱器設(shè)備(2)，11，1!^;第一閥門(3)的開度調(diào)節(jié)[，0^，第二閥門(4)的開度調(diào)節(jié)[，hex;來自二次熱網(wǎng)的冷水流量M2也分為兩路，分別進(jìn)入動力設(shè)備(l)(M2，orc)和換熱器設(shè)備(2 )，M2，hex;第三閥門(5 )的開度調(diào)節(jié)M2，orc，第四閥門(6 )的開度調(diào)節(jié)M2，hex;第一、第二、第三、第四閥門的開度是根據(jù)第一、第二、第三、第四壓力傳感器P1-P4和第一、第二、第三、第四溫度傳感器T1-T4的值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的；第一閥門(3)與第三閥門(5)的調(diào)節(jié)目標(biāo)是動力設(shè)備(I)處，有機(jī)工質(zhì)獲得足夠的熱量提供動力輸出；第二閥門(4)和第四閥門(6)的調(diào)節(jié)目標(biāo)是在換熱器設(shè)備(2)處，一次熱網(wǎng)熱水傳遞足夠的熱量給二次熱網(wǎng)的冷水。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:在動力設(shè)備(I)內(nèi)部，一次熱網(wǎng)輸出的熱量EorcI，二次熱網(wǎng)獲得的熱量為Eorc2，動力輸出功率為Worc;則不考慮到系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的散熱和機(jī)械損耗，能量平衡方程仍然如式(I)所示，其中Eorcl和Eorc2如下式(7)和(8)所示， Eorcl=Ml,orcCp(Tl-T2)(7) Eorc2=M2,orcCp(T3-T4)(8) 式(7 )，( 8 )中，Ml，ore為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h ； M2，orc為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h;Tl為第一溫度傳感器Tl測得溫度值，單位V ；T2為第二溫度傳感器T2測得溫度值，單位V ； T3為第三溫度傳感器T3測得溫度值，單位V ； T4為第四溫度傳感器T4測得溫度值，單位。C; 當(dāng)要調(diào)整輸出功率Worc時，可根據(jù)熱水進(jìn)口溫度TI和冷水進(jìn)口溫度T4來調(diào)節(jié)第一閥門(3)和第三閥門(5);調(diào)節(jié)第一閥門(3)的開度可調(diào)節(jié)熱水流量Ml，orc，調(diào)節(jié)第三閥門(5)的開度可調(diào)節(jié)冷水流量M2，ore;當(dāng)需要提高輸出功率Worc時，調(diào)節(jié)第一閥門(3)，增加流量Ml，ore;此時，動力設(shè)備I的蒸發(fā)器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorcl增加；與此同時，增加流量M2，orc，則冷凝器中與有機(jī)工質(zhì)交換的熱量Eorc2也增加；當(dāng)保持動力設(shè)備I的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度穩(wěn)定時，即式(7)、(8)中的溫度Tl，T2，Τ3，Τ4不發(fā)生變化，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，動力設(shè)備(I)所輸出功率Worc提高，反之亦然。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種區(qū)域供熱節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)，其特征是:在并聯(lián)方式下，動力設(shè)備(I)的出口 Rout處的水溫一般較高；為了進(jìn)一步提高熱利用水平，可添加一個換熱器裝置進(jìn)一步降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2;還可將動力設(shè)備(I)的出口 Rout處的熱水接入換熱器設(shè)備(2)內(nèi)部熱水管的水溫相等的位置處，與一次熱網(wǎng)熱水進(jìn)行混合； 與并聯(lián)方式中換熱器設(shè)備(2)的作用和優(yōu)選方式類似，這里換熱器設(shè)備(2)的結(jié)構(gòu)也可以是管殼式，或板翅式換熱器；設(shè)換熱器中熱水傳遞的熱量為EhexI，冷水獲得的熱量為Ehex2，若不考慮換熱器的熱損失等影響，兩者之間的關(guān)系也如式(4)所示； 其中，Ehexl=MlCp(Tl-T2)(9) Ehex2=M2Cp(T3-T4) (10) 式(9)，(10)中，Ml ,hex為一次熱網(wǎng)的熱水流量，單位t/h;M2,hex為二次熱網(wǎng)的冷水流量，單位t/h;Tl為第一溫度傳感器Tl測得溫度值，單位V ；T2為第二溫度傳感器T2測得溫度值，單位V ； T3為第三溫度傳感器T3測得溫度值，單位V ； T4為第四溫度傳感器T4測得溫度值，單位。C; 換熱器設(shè)備(2 )的熱交換能力取決于換熱器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)； 在選擇熱交換器時選擇熱交換能力大的換熱器設(shè)備，盡可能提高二次熱網(wǎng)的供水溫度T3，同時也就盡量降低一次熱網(wǎng)的回水溫度T2。
【文檔編號】F24D3/06GK105910152SQ201610252920
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】王海, 朱彤
【申請人】同濟(jì)大學(xué)