供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵技術(shù)探討

王全福 趙云鵬 倪 珅 王 方

（1、黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學院，黑龍江 哈爾濱150025 2、黑龍江建投城市設(shè)計有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150025）

近幾年，伴隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展以及各地霧霾治理政策的實施，分散小鍋爐逐步拆除，集中供熱面積迅速增加，集中供熱管網(wǎng)的規(guī)模日益龐大。據(jù)統(tǒng)計，截止到2018 年底全國城市集中供熱面積為87.8 億m2，集中供熱管道長度為37.1 萬km[1]。供熱管網(wǎng)規(guī)模的逐步擴大，帶來了管網(wǎng)調(diào)節(jié)的困難，這就有必要對供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)進行研究，已有一些工程技術(shù)人員在此方面開展了相關(guān)的研究和應(yīng)用，但都是基于傳統(tǒng)供熱模式上閥門精細化調(diào)控來實現(xiàn)的[2-4]，本文則提出了全新的供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵技術(shù)。

1 傳統(tǒng)供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)的運行模式

典型的傳統(tǒng)供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)原理簡圖如圖1 和圖2所示。

圖1 系統(tǒng)是以兩根母管的方式進出換熱站，低溫回水由各樓宇用戶匯集到回水母管，經(jīng)由回水母管輸送至換熱站，在站內(nèi)通過板式換熱器的加熱，吸收一級網(wǎng)高溫水的熱量從而提升溫度，變成二級網(wǎng)高溫供水，再由供水母管輸送到各個樓宇用戶，用以維持用戶室內(nèi)的溫度。這種未分區(qū)的母管制二級網(wǎng)供熱系統(tǒng)在各城鎮(zhèn)集中供熱老換熱站中普遍存在。

對于規(guī)模較大的換熱站，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)在二級網(wǎng)側(cè)也有采用如圖2 所示的設(shè)置分集水器的方式，圖中所示的系統(tǒng)是通過站內(nèi)分集水器將整個供熱區(qū)域劃分成了三個環(huán)路，每個環(huán)路出站后均連接供熱區(qū)域內(nèi)局部的幾棟樓宇，通過這個分區(qū)可以使每一個環(huán)路的供熱面積小型化，一定程度上有利于系統(tǒng)的平衡，并且這種模式可在站內(nèi)通過調(diào)整分集水器分支管上的手動閥門實現(xiàn)一定程度的分區(qū)控制。

2 傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)二級網(wǎng)存在的問題

無論是如圖1 所示的母管制供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)，還是如圖1 所示的設(shè)置分集水器方式的供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)，在實際運行中均存在如下問題：

（1）缺少靈活調(diào)控手段，母管制系統(tǒng)只能通過各樓宇前的熱力入口處設(shè)置的手動閥門進行調(diào)節(jié)，調(diào)整精度低，調(diào)整難度大；設(shè)置分集水器的系統(tǒng)，雖然可以在站內(nèi)對不同分支進行一定的調(diào)節(jié)，但也是基于手動調(diào)整為主，不能精細到樓棟調(diào)整。

（2）由于樓宇靈活調(diào)控無法實現(xiàn)，所以就會出現(xiàn)樓宇之間近熱遠冷的熱力不均現(xiàn)象。

（3）為保證遠端的樓宇供熱質(zhì)量滿足要求，往往要采用加大整個二級網(wǎng)系統(tǒng)循環(huán)流量運行，如此一來勢必導(dǎo)致二級網(wǎng)循環(huán)水泵功耗增大，耗電量增加。

（4）遠端樓宇滿足要求后，近端樓宇就會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，用戶往往要通過開窗放熱的手段達到室內(nèi)舒適溫度，從而產(chǎn)生了無效熱量的浪費，不節(jié)能。

圖1 傳統(tǒng)供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)（母管模式）

圖2 傳統(tǒng)供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)（分集水器模式）

圖3 供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵系統(tǒng)（母管模式）

圖4 供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵系統(tǒng)（分集水器模式）

3 供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵技術(shù)

3.1 供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵技術(shù)的設(shè)計思路

樓宇分布泵技術(shù)的設(shè)計思路來源于餐飲中的“自助餐”模式，自己需要多少量自己來決定，需要多少就取用多少，這就實現(xiàn)了我們期望的按需分配。這反映到供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)中，就是每棟樓宇根據(jù)自己熱負荷的實際需求從供熱系統(tǒng)中取用相應(yīng)的供熱量，自給自足。

3.2 供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵技術(shù)的工作原理

供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵系統(tǒng)的原理簡圖如圖3 和圖4 所示，圖3 為母管制傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)改造成樓宇分布泵系統(tǒng)的圖示，圖4 為站內(nèi)設(shè)置分集水器模式的傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)改造成樓宇分布泵系統(tǒng)的圖示。

從圖中我們看出，較之傳統(tǒng)的二級網(wǎng)供熱系統(tǒng)，供熱二級網(wǎng)樓宇分布系統(tǒng)在站內(nèi)增設(shè)了聯(lián)通耦合管，該耦合管將站內(nèi)的供水母管和回水母管連接在一起（對于設(shè)置分集水器模式的系統(tǒng)，也可以采用將分水器和集水器連接在一起）；同時，在每棟樓宇前設(shè)置了樓宇分布泵和供回水聯(lián)通管，聯(lián)通管上加設(shè)電動調(diào)節(jié)閥。這些改動將原來的傳統(tǒng)二級網(wǎng)系統(tǒng)實際分解成了兩部分：一是站內(nèi)供回水母管、耦合管、板式換熱器所組成的第一循環(huán)部分，該部分水的循環(huán)是獨立的，不受耦合管之后站外循環(huán)水量的影響；二是各樓宇與站內(nèi)耦合管之間組成了第二循環(huán)部分，該部分對于每棟樓宇而言，管網(wǎng)長度是不同的，這部分水的循環(huán)依靠各自樓宇分布泵的動力來驅(qū)動，樓宇需要多少流量就通過分布泵的變頻調(diào)節(jié)控制到相應(yīng)的流量大小，同時樓前設(shè)置的旁通管可以根據(jù)不同樓宇對供水溫度要求的不同，通過電動調(diào)節(jié)閥的動作控制一部分回水流入到供水管中以實現(xiàn)混水調(diào)節(jié)。

3.3 供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵技術(shù)的特點

由于耦合管的存在，站內(nèi)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)變成了簡單的內(nèi)循環(huán)，站內(nèi)循環(huán)泵需要克服的阻力損失僅僅是板式換熱器二級網(wǎng)側(cè)阻力加上換熱器與耦合管之間的管道阻力損失，這個阻力損失很小，從而大大減小了水泵的揚程，所以站內(nèi)二級網(wǎng)循環(huán)泵更換為小揚程循環(huán)泵即可，運行功率降低，節(jié)約電能。

由于每棟樓宇前均設(shè)置了獨立的分布泵，這個水泵流量上只需要考慮對應(yīng)樓宇的實際熱負荷大小，揚程也僅僅考慮耦合管與本樓宇之間的管道阻力損失及樓宇內(nèi)部阻力損失，故也是小流量小揚程的泵，耗電量小。同時，由于泵的運行參數(shù)與樓宇的實際需求完全吻合，所以自然而然就實現(xiàn)了“按需供熱”、“均供熱”，規(guī)避了無效熱量的損失，節(jié)約能源。

另外，樓宇前增設(shè)的連接供回水管道的旁通管，通過電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)整，靈活實現(xiàn)混水量的控制，可以滿足樓宇對供水溫度需求的差異。尤其對于散熱器與地熱混合供熱的系統(tǒng)而言，其調(diào)節(jié)優(yōu)勢更加明顯。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的供熱二級網(wǎng)系統(tǒng)由于調(diào)節(jié)手段粗狂，調(diào)節(jié)能力差、不節(jié)能、不節(jié)電。而全新的供熱二級網(wǎng)樓宇分布泵系統(tǒng)就可以克服以上缺點，使各樓宇能夠?qū)崿F(xiàn)“按需供熱、均衡供熱”，從而帶來明顯的供熱質(zhì)量提升，同時系統(tǒng)調(diào)節(jié)性非常好，運行更節(jié)能，而且具有一定的節(jié)電效益。