集中供热系统不同加压方式的应用分析

韩静

太原学院 山西太原 030032

引言

当前集中供热蓬勃发展，规模不断扩大，但同时由于运行管理、设备本身性能、用户建筑维护结构达不到节能标准或者设计等原因，集中供热系统存在能耗大的问题。

因此，集中供热设计过程中不能仅限于达到供热效果，设计的合理性及满足节能要求也很重要。

一、方案确定

集中供热普遍采用的方式是在热源处设置循环泵，认为这种方式便于调节，设备比较集中，但往往忽略是否节能这个问题。

对于为用户提供循环动力，有几种方式：

方案一：热源内设置循环泵，循环泵扬程选择依据最不利用户的全部阻力损失。

方案二：回水采用分布式加压，用户循环的动力由热源循环泵和自身加压泵共同提供。

方案三：供水采用分布式加压，用户循环的动力由热源循环泵和自身加压泵共同提供。

方案四：供水分布式加压与回水分布式加压混合布置。

通过计算可以得出不同方案下的各加压泵或循环泵扬程及其功率，并由此最小功率对应得出方案。因此，实际工程中可以通过得出的最小功率选择符合实际状况、满足节能要求的一种方案。

二、工程举例

1.工程概述

某工程包含有4个热用户，所处地势相对平坦，热负荷分布如下：Qa=1.28 MW，Qb=2.56 MW ，Qc=2.24 MW，Qd=1.92 MW。供水温度、回水温度分别为：130℃/70℃，热源内部阻力为ΔH=20m水柱，各用户内部阻力均为ΔHi=12m水柱，管线长度：LA=LB=LC=LD=400 m，La=Lb=Lc=Ld=200 m，

用户与管网连接示意如图1所示：

图1 加压系统示意图

2.计算结果

通过不同控制条件，得出四种方案下计算结果见表2。其中流量计算及比摩阻的选取采用文献[1]中公式。

表1 不同方案各泵扬程及总功率

方案一：热源内设置循环泵提供循环动力。控制最不利用户d刚好满足要求，此时热源循环泵最小扬程为40.3m，用户a需要节流4.3m，用户b需节流2.7m，用户c需节流约1.5m，循环泵泵功率12.4kW。

方案二：用户分布式回水加压。控制用户a刚好满足要求，此时热源内循环泵最小扬程为36.2m，用户b回水需要加压1.5m，用户c回水需加压2.7m，用户d回水需加压4.2m，所有泵功率为11.8kW。

方案三：用户分布式供水加压。这种加压有多种选择，此处只列出当热源循环泵只提供其内部阻力损失时，其他用户情况。当热源内循环泵扬程为20m时，a用户供水需要加压泵16.2m，b用户供水加压扬程为17.5m，c用户供水加压扬程为18.7m，d用户供水加压扬程为20.4m，泵功率达到最小值11.7kW。

方案四：用户既有分布式供水加压，又有分布式回水加压。用户a采用回水加压的热源循环泵最小扬程为33.5m，用户b采用回水加压热源循环泵最小扬程为34.9m，用户c采用回水加压热源循环泵最小扬程为35.6m，所用户采用回水加压热源循环泵最小扬程为36.2m时。

3.结果分析

由结果可以得出，只有在几乎所有用户均有各自加压设备时，泵总功率达到最小，因此分布加压节能相对于在热源处设置循环泵提供循环动力是节能的。

在不改变其它设计参数前提下，主管径缩小最小功率数值变小，且总耗功率受主管变化的影响比较大。后面三种方案均能达到功率最小值，最小功率与方案一的功率差值随着主管径缩小或者主管网阻力的增大而增大。

三、几点说明

1.热源循环泵扬程与总功率的关系

热源循环泵的扬程与总功率的关系可以用图2表示：

图2：循环泵扬程和泵总功率关系

热源设置循环泵，且循环泵扬程值在某个范围内，辅助用户分布式加压的这种方式，可以使得泵总功率达到最小值，而在这个区域内几乎全部热用户均需要供水或者回水单独设置加压；而当热源循环泵扬程在这个区域外时，系统总耗功率随着热源循环泵扬程的增加而增大，此时一些用户不再需要单独设置加压；系统总耗功率增加的幅度随着热源循环泵扬程的增加而降低，当系统总耗功率达到最大，此时所有用户循环动力均有热源循环泵提供，用户不单独设置加压设备。

2.实际最小功率

以上得出可以认为是理论状况下扬程或者功率，还应结合实际情况选择合适的热源循环泵及用户加压泵。例如，计算得出泵的扬程选不到，应该在满足条件下选择合适的泵，尽量满足系统中各泵功率之和最小，即达到实际最小功率。此处实际最小功率通过考虑所选出的泵的性能曲线，加入了泵的效率的因素。泵性能曲线上的任一点符合以下关系：Hi=f(Gi)=C1Gi2+C2Gi+C3

建立误差平方和函数E:

采用最小二乘法，得出误差平方和函数E极小时对应的

同时对泵性能曲线进行拟合。j=1，2，3。

流量可以式子Gi=f-1(Hi)来表示。同时，由功率和流量关系曲线得Ni=g(Gi)=aGi+b

所得数值通过泵的性能曲线校并且确定扬程后，带入功率与扬程的关系式，得各泵功率并求和即为实际最小功率值。

3.分布式变频加压系统

前面介绍依据理论状况下求得的最小功率，根据实际情况，选择加压泵，选出泵后再返回拟合各泵的性能曲线，最后将各泵功率相加得出系统加压泵的实际最小功率。对于普通未做变频处理的泵，即使选择到合适也适应不了后续用户增加负荷的要求，也就不利于后续扩网；变频泵则会随着用户负荷的变化，得到最小功率值也随之变大，虽然变频增加了初投资，但实际运行中用户负荷往往不会固定不变。

分布式加压是节能的，同时变频也是一种节电措施，一般分布式变频循环水泵的供热系统，其水泵装机容量与传统设计方案相比，节电约 1/3[2]。

结论

分布加压方式用于集中供热系统运行中是节能的，特别在大型系统中效果更为明显。虽然需要用户单独设置加压装置，但是同时减轻了热源循环泵的负担。用户单独设置加压设备的分布式加压较分散，考虑到不易于管理，如果供热系统规模不大不建议采用。实际工程应用过程中应当结合初投资大小、地形现状、运行管理等实际情况，最终确定一种相对节能的设计方案。

[1]贺平孙刚王飞，供热工程，北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]石兆玉，供热系统分布式变频循环水泵的设计，暖通空调标准与质检，2006第3期.