集中供熱系統不同加壓方式的應用分析

韓靜

太原學院 山西太原 030032

引言

當前集中供熱蓬勃發展，規模不斷擴大，但同時由于運行管理、設備本身性能、用戶建筑維護結構達不到節能標準或者設計等原因，集中供熱系統存在能耗大的問題。

因此，集中供熱設計過程中不能僅限于達到供熱效果，設計的合理性及滿足節能要求也很重要。

一、方案確定

集中供熱普遍采用的方式是在熱源處設置循環泵，認為這種方式便于調節，設備比較集中，但往往忽略是否節能這個問題。

對于為用戶提供循環動力，有幾種方式：

方案一：熱源內設置循環泵，循環泵揚程選擇依據最不利用戶的全部阻力損失。

方案二：回水采用分布式加壓，用戶循環的動力由熱源循環泵和自身加壓泵共同提供。

方案三：供水采用分布式加壓，用戶循環的動力由熱源循環泵和自身加壓泵共同提供。

方案四：供水分布式加壓與回水分布式加壓混合布置。

通過計算可以得出不同方案下的各加壓泵或循環泵揚程及其功率，并由此最小功率對應得出方案。因此，實際工程中可以通過得出的最小功率選擇符合實際狀況、滿足節能要求的一種方案。

二、工程舉例

1.工程概述

某工程包含有4個熱用戶，所處地勢相對平坦，熱負荷分布如下：Qa=1.28 MW，Qb=2.56 MW ，Qc=2.24 MW，Qd=1.92 MW。供水溫度、回水溫度分別為：130℃/70℃，熱源內部阻力為ΔH=20m水柱，各用戶內部阻力均為ΔHi=12m水柱，管線長度：LA=LB=LC=LD=400 m，La=Lb=Lc=Ld=200 m，

用戶與管網連接示意如圖1所示：

圖1 加壓系統示意圖

2.計算結果

通過不同控制條件，得出四種方案下計算結果見表2。其中流量計算及比摩阻的選取采用文獻[1]中公式。

表1 不同方案各泵揚程及總功率

方案一：熱源內設置循環泵提供循環動力。控制最不利用戶d剛好滿足要求，此時熱源循環泵最小揚程為40.3m，用戶a需要節流4.3m，用戶b需節流2.7m，用戶c需節流約1.5m，循環泵泵功率12.4kW。

方案二：用戶分布式回水加壓。控制用戶a剛好滿足要求，此時熱源內循環泵最小揚程為36.2m，用戶b回水需要加壓1.5m，用戶c回水需加壓2.7m，用戶d回水需加壓4.2m，所有泵功率為11.8kW。

方案三：用戶分布式供水加壓。這種加壓有多種選擇，此處只列出當熱源循環泵只提供其內部阻力損失時，其他用戶情況。當熱源內循環泵揚程為20m時，a用戶供水需要加壓泵16.2m，b用戶供水加壓揚程為17.5m，c用戶供水加壓揚程為18.7m，d用戶供水加壓揚程為20.4m，泵功率達到最小值11.7kW。

方案四：用戶既有分布式供水加壓，又有分布式回水加壓。用戶a采用回水加壓的熱源循環泵最小揚程為33.5m，用戶b采用回水加壓熱源循環泵最小揚程為34.9m，用戶c采用回水加壓熱源循環泵最小揚程為35.6m，所用戶采用回水加壓熱源循環泵最小揚程為36.2m時。

3.結果分析

由結果可以得出，只有在幾乎所有用戶均有各自加壓設備時，泵總功率達到最小，因此分布加壓節能相對于在熱源處設置循環泵提供循環動力是節能的。

在不改變其它設計參數前提下，主管徑縮小最小功率數值變小，且總耗功率受主管變化的影響比較大。后面三種方案均能達到功率最小值，最小功率與方案一的功率差值隨著主管徑縮小或者主管網阻力的增大而增大。

三、幾點說明

1.熱源循環泵揚程與總功率的關系

熱源循環泵的揚程與總功率的關系可以用圖2表示：

圖2：循環泵揚程和泵總功率關系

熱源設置循環泵，且循環泵揚程值在某個范圍內，輔助用戶分布式加壓的這種方式，可以使得泵總功率達到最小值，而在這個區域內幾乎全部熱用戶均需要供水或者回水單獨設置加壓；而當熱源循環泵揚程在這個區域外時，系統總耗功率隨著熱源循環泵揚程的增加而增大，此時一些用戶不再需要單獨設置加壓；系統總耗功率增加的幅度隨著熱源循環泵揚程的增加而降低，當系統總耗功率達到最大，此時所有用戶循環動力均有熱源循環泵提供，用戶不單獨設置加壓設備。

2.實際最小功率

以上得出可以認為是理論狀況下揚程或者功率，還應結合實際情況選擇合適的熱源循環泵及用戶加壓泵。例如，計算得出泵的揚程選不到，應該在滿足條件下選擇合適的泵，盡量滿足系統中各泵功率之和最小，即達到實際最小功率。此處實際最小功率通過考慮所選出的泵的性能曲線，加入了泵的效率的因素。泵性能曲線上的任一點符合以下關系：Hi=f(Gi)=C1Gi2+C2Gi+C3

建立誤差平方和函數E:

采用最小二乘法，得出誤差平方和函數E極小時對應的

同時對泵性能曲線進行擬合。j=1，2，3。

流量可以式子Gi=f-1(Hi)來表示。同時，由功率和流量關系曲線得Ni=g(Gi)=aGi+b

所得數值通過泵的性能曲線校并且確定揚程后，帶入功率與揚程的關系式，得各泵功率并求和即為實際最小功率值。

3.分布式變頻加壓系統

前面介紹依據理論狀況下求得的最小功率，根據實際情況，選擇加壓泵，選出泵后再返回擬合各泵的性能曲線，最后將各泵功率相加得出系統加壓泵的實際最小功率。對于普通未做變頻處理的泵，即使選擇到合適也適應不了后續用戶增加負荷的要求，也就不利于后續擴網；變頻泵則會隨著用戶負荷的變化，得到最小功率值也隨之變大，雖然變頻增加了初投資，但實際運行中用戶負荷往往不會固定不變。

分布式加壓是節能的，同時變頻也是一種節電措施，一般分布式變頻循環水泵的供熱系統，其水泵裝機容量與傳統設計方案相比，節電約 1/3[2]。

結論

分布加壓方式用于集中供熱系統運行中是節能的，特別在大型系統中效果更為明顯。雖然需要用戶單獨設置加壓裝置，但是同時減輕了熱源循環泵的負擔。用戶單獨設置加壓設備的分布式加壓較分散，考慮到不易于管理，如果供熱系統規模不大不建議采用。實際工程應用過程中應當結合初投資大小、地形現狀、運行管理等實際情況，最終確定一種相對節能的設計方案。

[1]賀平孫剛王飛，供熱工程，北京：中國建筑工業出版社，2009.

[2]石兆玉，供熱系統分布式變頻循環水泵的設計，暖通空調標準與質檢，2006第3期.