淺談城鎮供熱輸配管網的節能改造

摘 要：供熱系統作為城鎮最為重要的基礎設施建設之一，與城鎮居民的生活質量息息相關。但是隨著集中供熱系統在北方城鎮的推廣，我國對于城鎮集中供熱系統的技術研究還存在一定的滯后，在系統的設計和運行方面仍然存在大量問題，造成大量的能源浪費，因此對北方城鎮供熱輸配管網的節能改造勢在必行。

關鍵詞：供熱輸配管網；節能；改造

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

水力失調問題是造成城鎮集中供熱系統供熱能耗高、供熱質量差的重要原因。供熱管網的水力失調造成了系統內用戶的冷熱不均，部分用戶室溫偏高，由于缺少自主調節的措施，用戶只好開窗散熱，白白流失了大量能量；部分用戶室溫偏低，無法滿足城鎮居民的基本要求，用戶不得不增加其它采暖設施。

一、城鎮供熱系統能耗過高的原因

（一）水力失調嚴重。城鎮供熱管網存在嚴重的冷熱不均現象，熱用戶的冷熱不均主要由管網流量分配不均，即水力失調引起的。城鎮供熱管網普遍采用直接連接的形式，當供熱管網任意一處的水力工況發生變化，對整個供熱管網的水力工況影響很大，更易誘發水力失調，由于水力失調導致管網前端用戶“過熱”，用戶被迫開窗散熱，造成了大量的能量損失。

（二）“大流量、小溫差”的運行方式。目前城鎮解決用戶冷熱不均的方法是采用大流量水泵或者增加水泵數量的方式，來增大熱網的輸送能力。這種“大流量、小溫差”的運行方式對于改善城鎮供熱系統的失調具有一定的效果，因為增大了系統的流量，可以滿足系統末端熱用戶的設計流量，改善了末端用戶室內溫度過低的現象，而對于管網前端的熱用戶，由于流量的大幅度增加，散熱器的散熱量達到了飽和。這種方案的實質是依靠大幅度增大系統的流量，來提高末端用戶散熱器的散熱能力，抑制前端用戶散熱器的散熱能力，以此來改善整個供熱系統中各個用戶的冷熱不均現象。

（三）運行調節困難。城鎮的集中供熱系統大多采用粗放式的管理方式，整個熱網只有監控裝置，缺少相應的控制手段，運行人員每天都要根據室外溫度的改變來調節水泵和閥門來適應系統熱負荷的變化，調節效果與操作人員的自身經驗和操作水平密切相關，無法對系統熱負荷的變化做出快速、及時的調整，造成了能量的浪費，也嚴重影響了城鎮居民的供熱質量。

二、城鎮供熱管網水力平衡調節方法

目前城鎮集中供熱系統存在的水力失調問題，供熱管網的水力平衡是供熱系統節能運行的前提，因此對城鎮供熱管網的節能改造首先必須解決管網的水力失調問題。

（一）水力失調度。供熱管網水力失調的程度用水力失調度來衡量：X=VS/Vg

式中x一一水力失調度； Vs一一實際流量； Vg一一規定流量。

由式可見，當x的值為1時，管網的實際流量等于設計流量，管網處于水力平衡狀態，否則管網處于水力失調狀態，且x的值與1偏離的越遠，系統的水力失調程度越嚴重。

若各用戶x的值全部大于或者小于1時，即用戶的流量一致增大或減小，此時系統發生一致失調，整個供熱管網的全部熱用戶均過熱或過冷；若各用戶的x的值部分大于1，部分小于1，即用戶的流量部分增大部分減小，系統發生不一致失調，整個供熱管網的用戶發生冷熱不均的現象。

（二）水力失調產生的原因。供熱管網水力失調的根本原因管網在運行狀態下的阻力特性與各用戶管段所需的阻力不平衡。在客觀上導致這一現象的原因主要有以下方面：（1）供熱管網在設計時的原則是滿足最不利環路所必需的資用壓力，進而并必保證其它管段具有一定的富裕壓力，且管網上各種附件的阻力并不一致，由于供熱管網的管道規格是離散的因此供熱管網在自然狀態下運行時須導致系統因流量分配不均而導致的水力失調，因此供熱系統在運行時必須進行初調節；（2）供熱管網實際運行時的循環水泵參數與設計工況下的不一致，導致循環水泵工作點的偏離，進而誘發水力失調；（3）此外，由于管網運行時各種原因所導致的某部分流量變化也會導致整個供熱管網的流量重新分配，誘發水力失調。

（三）城鎮供熱管網的水力平衡調節方法。（1）附加阻力法。根據前文的分析可知，供熱管網水力失調的主要原因是管網在運行狀態下的阻力特性與各用戶管段所需的阻力不平衡，因此要想解決城鎮供熱管網的水力失調問題，首先需要消除各個環路的剩余壓頭，即增加管段的阻力數，使供熱管網各管段的實際阻力數與設計值相符。增加管段阻力數常用的方式是在管段處設置閥門，通過調節閥門的開度來改變管段的阻力數，進而改變整個供熱管網的阻力特性。這種方法可以有效解決系統的水力失調問題，改善了因用戶過熱而造成的能源浪費，起到了一定的節能效果，是目前城鎮供熱管網解決水力失調的主要方法。但是采用這種方式，管網中的能量有很大一部分通過閥門的節流被白白損失掉了，從另一方面又提高了系統的能耗；（2）附加壓頭法。如果供熱管網循環水泵的揚程不足以滿足用戶所需的資用壓力時，無法采用附加阻力的方式來解決系統的水力失調問題，此時需要在壓力不足的管段附加壓頭才能解決用戶的流量不足問題。增加壓頭常用的方式是在壓力不足的管段安裝揚程較低的水泵，來補充用戶資用壓力的不足。采用這種方式可以減小循環水泵因閥門節流損失所做的“無用功”，大大降低了循環水泵的能耗。

三、城鎮供熱管網節能改造方案的提出

根據前文的分析，解決城鎮供熱管網的水力失調問題可以采用水泵加壓的方式來代替閥門節流，將主循環泵的動力分散到各個用戶中去，進而降低主循環泵的能耗，同時也減少了閥門節流損失。基于這種思想，本文針對城鎮供熱輸配管網能量過高的問題，提出了以下兩種改造方案。

方案一：分布泵方案。分布泵系統與常規系統不同，此系統在熱源處設置熱源泵，在各用戶處設置用戶泵。熱源泵負責將熱媒從熱源輸送到零壓差點處，用戶泵負責將干線供水管內的熱水抽到用戶內并且實現在用戶內散熱后進入回水管中。

方案二：旁通混水方案。旁通混水系統是在熱力入口處安裝旁通管和混水泵，混水泵抽引部分用戶回水將其與熱網中的水相混合，這種方式增大了熱源出口熱媒的溫差，減小了主循環泵的流量和揚程。

參考文獻：

[1]張偉龍.北方小城鎮供熱輸配管網的節能改造研究[J].中國高新技術企業，2007（08）.

[作者簡介]佟偉（1981-），男，吉林長春人，助理工程師，本科，研究方向：供熱管道設計、安裝及管理。