分布式變頻泵供熱系統

李文源

（青島大學，山東 青島 266071）

傳統集中式供熱系統通常把循環泵安裝在熱交換站內或者熱源附近。在設計計算循環泵的參數（數量、流量、揚程等）時，要針對循環管路中最大阻力和最遠用戶的情況進行考慮。傳統的供熱系統一般要在用戶末端的管網系統上增設手動調節閥，以達到消除過剩壓頭的目的，確保水利失衡的現象在系統內的各用戶處消失。為了保證系統內各用戶處在熱負荷變動的情況下，資用壓頭符合使用標準，傳統供熱系統需要針對這些管網增設加壓泵。而在現實的運行中存在著許多不可控因素，導致調整困難，對系統內上下游用戶造成不利影響。

1 基本原理

分布式變頻泵供熱系統與傳統供熱系統有著本質區別，分布式變頻泵是動力分布式系統，而傳統供熱系統采用的是集中式系統。簡而言之，動力分布式系統，即通過使用變頻泵來完成替換換熱管路中調節設備的工作，來實現梯級按需為系統內各用戶輸送熱媒即熱水的目標。分布式變頻泵供熱系統理論上可以實現完全的自給自足，并且可以大大地減少系統輸送熱媒即熱水時所消耗的電能。在進行選擇壓差控制點時，要注意管網內不同節點之間的壓力差，通過計算找到恰當的節點進行安裝，這樣可以促使管網內水力狀況完全達到用戶需求的標準。為了滿足流量需求以及幫助熱源即熱水克服壓力控制點的阻力，需要對主循環泵進行合理的選擇，以達到大大降低循環泵所需揚程和合理減少電機數目的目的。動力分布式供熱系統中用戶處設立有相應的變頻泵來取代傳統供熱系統中用戶處的調節閥，這些處在動力分布式供熱系統中的變頻泵構成了分布式變頻泵系統。與傳統的供熱系統相比，分布式變頻泵供熱系統把之前閥門調整以及其他損失的能量加以充分利用，并且能夠大幅度地減少循環水泵的功耗，延長了供熱系統使用年限且使供熱系統更加安全，與此同時，初始投入資金并不比傳統供熱系統高。

2 兩種供熱系統的對比

在傳統供熱系統中，用于克服系統內全部阻力，每戶資用壓頭以及克服熱源內部阻力的動能均是熱源循環泵提供。在進行計算選擇熱源循環泵時，通常情況下是通過計算系統中最遠用戶的資用壓頭，做到保證最遠端用戶的供熱連續性，但是這樣存在著一些問題，如絕大多數的用戶面臨著需要安裝調節閥來控制多余的資用壓頭，這樣造成能量無故的損耗。如圖1所示，△h1，△h2，△h3，分別表示用戶1、用戶2、用戶3在采用調節閥的情況下消耗的多余資用壓頭。

圖1 動力集中式供熱系統水壓圖

圖2 分布式變頻泵供熱系統水壓圖

對比分析圖1和圖2可以看出，在傳統供熱系統中，循環泵參數的選擇是以保證讓最不容易得到供熱的用戶得到供熱，而且循環泵需要安裝于熱源附近，并提供動力用以克服系統、用戶和熱源的阻力。這就造成了傳統供熱系統中的熱源附近用戶存在資用壓頭過大的情況。為了達到減小近端用戶流量的目的，必須安裝使用調節閥把過剩的壓頭釋放掉。通過分析可知，這樣的供熱調節方式造成電能消耗白白浪費。而且傳統供熱系統在為用戶供熱時，容易出現忽冷忽熱的現象，原因是在近端用戶出現壓頭過剩的情況下，由于沒有有效的措施對此進行調節，勢必造成了系統中近端的用戶熱媒即熱水的流量超過設計標準范圍，由于系統中用戶的近端流量超標，那么這就造成系統中遠端的用戶熱媒即熱水的流量小于標準范圍，這樣在進行熱媒即熱水供應時的不連貫，造成為用戶供熱時忽冷忽熱的情況。

而分布式變頻泵供熱系統的動力是由一、二級循環泵和熱源循環泵共同提供的，而且皆是有效的消耗在各自行程中，幾乎不存在無效的電能消耗。分布式變頻泵供熱系統在進行熱媒即熱水循環時，采用分段循環方式。雖然這兩種供熱系統的一、二級管路具有相同的阻力，但是處于這兩種不同供熱系統中的循環泵所需功率各不相同，在分布式變頻泵供熱系統中的熱源循環泵僅需提供克服熱源內部阻力的能量，沿管路所設循環泵負責提供克服外網阻力的能量。雖然分布式變頻泵供熱系統比傳統供熱系統中的循環泵多，但是循環泵功率卻明顯減小，與傳統供熱系統相比，分布式變頻泵供熱系統節約電量約為35%左右。在分布式變頻泵供熱系統處于部分負荷情況下時，可以通過調節循環泵的轉速達到滿足每個用戶處于不同負荷變化下的需求，在一定程度上可以避免閥門節流的損失。

3 分布式變頻泵供熱系統優勢分析

分布式變頻泵供熱系統的實施可以使熱效率大大提高，在用煤總量方面可以減少損耗，間接地達到減少煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放量的目的，這樣可以使灰渣產出量減少，從而達到減少煤和灰渣的運輸工作，減輕了對環境的污染和對交通資源的占用。

在傳統的供熱系統中，當運行中的流量減少時，泵的升力會增加，從而導致效率降低，而泵的工作點則會影響系統的穩定性；而對于分布式變頻系統來說，總流量變小時，系統內各處的壓力不會隨之改變，即使變化也很小，假設電路壓力差不超過20%，則用戶在流量變化不超過10%的情況下不作任何改變。

傳統的電控制閥模式容易出現故障，操作的可靠性也較低，對系統的維護也比較困難。分布式變頻加熱管網只需要把零點作為可控變量，控制循環泵的轉速，使其返回壓力為零，便于調整操作。

變頻加熱管網供回水管壓力隨流量小幅度變化的波動，即主要對管道壓力要求較低，低初始投資也可延長管道的使用壽命；雖然功率分布變頻系統增加了泵的數量，但總電機功率大大降低，隨著變頻技術日趨成熟，變頻泵和電控閥的價格差幾乎沒有增加，縮短回收期。

針對供熱系統改造后的噪聲，可以通過方便可靠的途徑減少甚至可以消除其對附近環境的影響。可以針對不同的噪聲源來采取不同的措施，例如：分布式變頻泵供熱系統采用新的設備和技術，從而可以有效地降低設備的噪聲、震動，從聲源處消除部分噪聲；通過在各廠內設置綠化帶，達到從聲音傳播過程中減弱噪聲的作用，降低了對周圍居民的干擾程度。

綜上所述，分布式變頻供熱系統的實施，將為城市的環境改善做出一定的貢獻，有利于城市完成節能減排目標，對加快城市建設有著深遠的影響。

4 建議措施

首先，對于運行中的供熱系統，如果出現原設計供熱負荷不能滿足新增供熱需求時，可以采用在供熱系統較遠端布置變頻泵的方式，達到改善供熱質量的目的，這樣可以避免提高主循環泵的揚程。如果供熱系統的運行工況相對多變、物料情況不明，這時分布變頻泵的安裝及控制很難準確到位，難以達到預計的節能效果。所以，在進行大型的建成已運行的供熱系統改造工作時，不能一蹴而就地進行全部換為分布式變頻泵供熱系統，可以采取在自動化控制技術的介入下分批次更換。

其次，在進行分布式變頻泵供熱系統設計和運行時，分別需要對各個循環泵揚程和流量大小做好精準計算和運行控制，不然即使采用分布式變頻泵供熱系統也難以達到理想的目的。

最后，為了可以使分布式變頻泵供熱系統處于最佳運行狀態，同時使供暖效果達到客戶預期效果，需要與熱網監控系統相結合運行，做到數據實時顯示，做好壓力和溫度等曲線的實時分析，以達到更進一步的節能效果。

最后，在進行供熱系統設計及安裝工作時，需要結合實際工程運行所處的綜合經濟技術情況，唯有與實際情況結合起來，才能做好分布式變頻泵供熱系統的推廣工作。