一种用于供热系统的蓄热调峰装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用蓄热的手段，增强供热系统的自适应性能、简化控制流程，实现高效、低成本运行的供热系统和方法。属于供热系统设计和控制的技术领域。
【背景技术】
[0002]随着中国供热计量改革的不断开展，集中供热系统的系统结构发生了很大的变化。为适应这种结构变化，对于系统的调控能力和自动化程度都提出了很高的要求。
[0003]供热计量改革的一个主要目标就是节能，在这样的大前提下，对集中供热系统的而言，就是要实现两点:热源“按需供热”、热用户“按需用热”。
[0004]按需供热，简单说就是热源根据实际的用热需求供给热量，同时各级热网都尽可能采取“大温差、小流量”的运行模式。这样供热系统的运行能耗就会得到较好的控制。
[0005]按需用热，换言之就是要“热尽其用”，其最终目的在于降低系统总热负荷。按需用热主要体现在以下两个方面:
1.消除“过热户”，在保证系统中各终端用户的舒适性的同时降低实际的总热负荷；
2.通过“行为节能”，即尽可能减少对于无用热需求的时段和区域的供热，“行为节能”的可行性与供热计量的成败有密切的关系。
[0006]现有的集中供热系统也经历了从恒流量系统到变流量系统的转变。随着供热计量改革的不断开展，以变流量系统为基础产生了很多节能运行方法和措施。(详见参考资料1中的平衡调节方法分类表)
然而现有系统仍然存在一些问题，这些问题仍然是由系统末端负荷的波动导致的:
1、系统结构复杂，运行和维护的成本较高；
2、系统惯性较大，对于“行为节能”的支持比较有限；
3、运行过程中会出现一定的偏差、系统进回水温差缩小，导致系统能耗增加。
[0007]从日热负荷曲线对比图(图1)可以看出，无论按面积收费(La)或计量收费(Lb)，供热负荷在全天范围内均呈现峰谷波动。区别是在计量收费之后，因为末端人为调节因素的影响，峰谷波动的幅度增加(参照参考资料2)。
[0008]以下对三种集中供热的水力系统进行对比分析(见图2日流量曲线图):
1、传统的定流量系统(L1):大流量输配，各个节点的回水温度极不稳定、温差小流量大；
2、变流量系统(L2):运行良好的变流量系统(智慧热网)，流量变化曲线与热负荷曲线走势很接近，但系统结构和控制都比较复杂、各个节点的回水温度仍会有一定的波动；
3、理想定流量系统(L3):按日平均负荷定流量运行，控制简单、流量稳定。实现该系统的前提条件是:主网不负责对末端负荷的峰谷调节、并需要通过末端自主控制各个节点回水温度、保持适当的进回水温差。
[0009]参考资料:
1.供热系统平衡性调节分析高向升张子君宋立轩区域供热2012.6期 2.论供热计量的推广与供热管网运行许维波区域供热2011.6期
3.楼宇换热站技术特点与应用分析王力杰；庞印成；辛奇云区域供热2014.6期。
【发明内容】
[0010]为解决现有的集中供热系统的问题，本发明的技术方案是，通过设置蓄热/换热模块3吸收系统中热负荷的波动、实现移峰填谷。蓄热/换热模块3中设有蓄热体，所述蓄热体采用相变蓄热材料。相变蓄热也称为潜热蓄热，蓄热密度大于显热蓄热，而且放热温度恒定、性能稳定。如图2所示，在变流量系统L2和定流量系统L3之间形成A、B、C、D四个峰谷差区域，两个波峰、两个波谷，A和B相互抵消、C和D相互抵消。因此，当系统中设置的相变蓄热模块的总蓄热量大于峰谷差区域对应的热量、并有一定比例的富余量时，即具备自适应的调峰能力。
[0011]现有的相变蓄热调峰装置(如图3所示)，包括热源8、蓄热/换热模块3、用户末端系统9，蓄热/换热模块3设置于供水段，当用户侧负荷处于低谷时，由蓄热/换热模块3中的相变蓄热体吸收过剩的热量并存储起来，当用户侧负荷处于高峰时，由蓄热/换热模块3中的相变蓄热体作为辅助热源释放热量加热循环工质，从而实现移峰填谷。
[0012]但是，由于相变蓄热材料放热温度恒定，因此对于系统的供水温度形成了限制，现有的系统多应用于靠近热源端的位置、且要求热源的供水温度相对稳定。而在很多集中供热系统中，供/回水温度参数在初/末寒期和严寒期是不同的，有时候差距会达到±20-40°C(详见参考资料1)。因此，如果单纯将相变蓄热材料应用于供水段进行蓄热/放热，不仅存在换热温差导致热源品位的下降；而且相变蓄热材料的相变温度也很难选择，难以适应不同时期的系统供水温度的变化。
[0013]因此，本发明采用以下两种模式解决相变蓄热材料的适应性问题，这两种模式的结构可以单独应用或组合应用:
模式一:如图4所示，该装置包括供水段换热管1、回水段换热管2、蓄热/换热模块3，供水段换热管1连接系统的供水管、回水段换热管2连接系统的回水管；蓄热/换热模块3中设有蓄热体，所述蓄热体采用相变蓄热材料、相变温度Tx。设定为供水段换热管1的进水温度和回水段换热管2的回水温度之间；
其中，供水段换热管1和回水段换热管2设置于蓄热/换热模块3的蓄热体之内，通过蓄热体吸收热负荷的波动、实现移峰填谷。
[0014]当系统处于低谷负荷时，接通供水段换热管1利用系统的高温供水对蓄热/换热模块3中的蓄热体补充热量、从而降低供水温度、并降低系统的供热能力；
当系统处于高峰负荷时，接通回水段换热管2从蓄热/换热模块3中的蓄热体吸取热量，对系统的低温回水进行加热、从而提高回水温度、并提高系统的供热能力。
[0015]供水段换热管1与供水回路相连，回水段换热管2与回水回路相连(实线箭头方向为供水方向，虚线箭头方向为回水方向)。所述的供水回路与回水回路可以是相互连通的同级回路，或者是相互不连通的不同级回路，其共同点是供水回路的供水温度高于回水回路的回水温度，使得蓄热/换热模块3实现高位蓄热、低位放热。
[0016]如图4所示，在供水端设置一个或一组调节阀F1和供水段跨越管11、在回水端上设置一个或一组调节阀F2和回水段跨越管12，其中调节阀F1和调节阀F2可以是三通调节阀。系统的工作状态为以下四种中的一种或多种的组合:
热平衡状态:当热源侧供给的热量与用户侧热负荷相当时，将调节阀F1接通供水段跨越管11，并且调节阀F2接通回水段跨越管12，此时不通过蓄热/换热模块3进行蓄热或换执.，
放热+蓄热状态:当热源侧供给的热量高于用户侧热负荷时，控制系统根据供热量与用户侧热负荷差异对调节阀F1进行调整，使得供水段中部分或全部循环工质流经蓄热/换热模块3，为蓄热/换热模块3的蓄热体蓄热、并使得用户侧进水温度降低、从而降低用户侧散热能力；并且调节阀F2接通回水段跨越管12，使得回水段不通过蓄热/换热模块3换热，而是通过回水段跨越管12直接回流；
强化放热状态:当热源侧供给的热量低于用户侧热负荷时，调节阀F1接通进水段跨越管，使得进水段不通过蓄热/换热模块3换热，而是通过进水段跨越管11直接输出；并且根据供热量与用户侧热负荷差异的大小对调节阀F2进行调整，使得回水段中部分或全部循环工质流经蓄热/换热模块3，从蓄热/换热模块3的蓄热体中吸取热量、使得回水段的回水温度提高、从而提升系统的供热量；
内循环状态:当热源侧中断热量供给时，由蓄热/换热模块3中的蓄热体作为热源，当供水段和回水段属于相互连通的同一级回路时，调节阀F1接通供水段换热管1，供水段完全通过蓄热/换热模块3对循环工质进行加热，并且调节阀F2接通回水段换热管2，回水段完全通过蓄热/换热模块3对循环工质进行加热；当供水段和回水段不属于同一级回路时，只能以调节阀F2接通回水段换热管2，使得回水段完全通过蓄热/换热模块3对循环工质进行加热。
[0017]原则上除了系统的工作状态转换的时间节点之外的大部分情况下，系统同一时间中只对调节阀F1或调节阀F2其中的之一进行动态调节，另一个则处于固定状态，这样就简化了控制系统、提高了稳定性。
[0018]模式二:该装置包括蓄热/换热模块3、热源侧换热管4、用户侧换热管5，其中: 蓄热/换热模块3至少分为两个模块，即第一换热模块和第二换热模块，第一换热模块和第二换热模块中都设有蓄热体，第一换热模块和第二换热模块为串联结构或并联结构，即热源侧换热管4以串联或并联