集中供热系统分布式蓄热模式优化研究

发布时间：2020-09-08 14:40

　　集中供热系统中用户用热负荷在24小时周期内呈波动变化趋势,但为了保证热源运行效率的平稳,基础热源供热负荷保持不变,造成用热负荷较小时一部分热量被浪费以及尖峰负荷出现时需要调峰热源进行补充,蓄热技术的出现可以较好得解决上述问题。鉴于大型蓄热罐存在建设周期长、投资大等问题,本文基于小容量蓄热罐提出在供热系统中采用分布式蓄热模式,它的灵活性更高,可以针对不同类型的用热负荷进行规划设计。本文对分布式蓄热集中供热系统进行了建模,对分布式蓄热罐与供热管网的连接方式及相比于集中式蓄热的优势进行了分析。利用De ST软件建立居住建筑和公共建筑模型并进行负荷模拟,引入供暖季特征日法分别针对居住建筑和公共建筑换热站计算分布式蓄热罐的容量。以寿命周期费用总现值为评价指标,计算得到分布式蓄热调峰系统的居住建筑换热站的寿命周期费用减少了43.7%、公共建筑换热站的寿命周期费用减少了62.0%。分析了影响分布式蓄热系统寿命周期费用节约百分比的四个因素:分布式蓄热调峰系统的寿命周期越长、分布式蓄热调峰系统的折现率越小、天然气单价越高、其寿命周期费用节约百分比越大;随着基础热源容量系数的增大,寿命周期费用节约百分比先快速增加后趋于平稳,且存在一个最优的基础热源容量系数。对四个影响因素进行了敏感性分析,得到在-30%~0%的变化范围内,基础热源容量系数的敏感性最高,在0%~30%的变化范围内,天然气单价的敏感性最高。本文为供热管网的n个换热站用户定义了三种负荷分布,保证三种负荷分布下总热负荷相等,对三种负荷分布下的循环水泵电功率进行了公式推导,然后得出规律:在换热站负荷均匀和负荷递增的分布下,在离热源越远的换热站设置分布式蓄热罐,蓄热罐放热时循环水泵的电功率越小,在换热站负荷递减的分布下,循环水泵电功率存在波动;将蓄热罐布置在末端换热站处时,供热管网的换热站数量越少,蓄热罐放热时循环水泵的电功率越小;在供热管网中部及之前的换热站处设置分布式蓄热罐时,负荷递减分布下循环水泵电功率最小,在供热管网中部之后的换热站处设置分布式蓄热罐时,负荷递增分布下循环水泵电功率最小。最后在考虑水泵耗电量的情况下对一个具体工程实例的寿命周期费用进行计算验证,得出结论:换热站热负荷越大、与热源距离越远,在该换热站处设置分布式蓄热罐时的经济性越好,且换热站热负荷的大小对寿命周期费用的影响比换热站距离热源的远近对寿命周期费用的影响更大。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU995
【部分图文】：

供热管网,间接连接,直接连接,方式

图 2-1 蓄热罐与供热管网直接连接式接连接方式见图 2-3，A、B 为循环热罐与供热管网间接连接时，蓄热网的流量不会发生变化，即蓄热罐对二级网循环水泵的水力工况造成设换热器，初投资会增加，且供热图 2-2 蓄热罐与供热管网间接连接与供热管网连接方式热罐一般采用常压热水蓄热罐，为

供热管网,间接连接,二级网,直接连接

- 11 -（1）直接连接方式蓄热罐与供热管网的直接连接方式见图2-2，A、B、C为循环泵，1、2、3为调节阀。蓄热罐与供热管网直接连接时，不设置换热器，蓄热罐向热用户放热时，蓄热罐供水通过与二级网回水进行混水达到二级网供水温度，二级网的流量会发生变化，即蓄热罐通过量调节方式对热用户进行供热调节，可能会对二级网循环水泵的水力工况造成影响。但是蓄热罐与供热管网直接连接可以节省换热器的设置，节约初投资，而且蓄热罐可作为定压补水装置。图 2-1 蓄热罐与供热管网直接连接（2）间接连接方式蓄热罐与热网的间接连接方式见图 2-3，A、B 为循环泵

系统图,二级网,网间,直接连接

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文蓄热罐储存热水的最高温度，所以当采用常压热水蓄热罐时，蓄热网需要通过换热器间接连接；当采用有压热水蓄热罐时，蓄热罐与连接。当蓄热罐从二级网蓄热时，蓄热罐储存热水的最高温度为二度 85℃。所以蓄热罐从一级网蓄热时蓄热罐冷热水温差较大，储存需蓄热罐的有效体积较小，可以减小占地面积和降低初投资，所以采用从一级网蓄热向二级网放热的方式。为蓄热罐与供热管网的连接方式有直接连接和间接连接两种，所以与供热管网的连接方式共有四种：一是蓄热罐与一级网间接连接、连接（如图 2-3），二是蓄热罐与一级网间接连接、与二级网间接连），三是蓄热罐与一级网直接连接、与二级网直接连接（如图 2-5），一级网直接连接、与二级网间接连接（如图 2-6）。

【参考文献】