优化供热管网设计保证城市供热质量

孙元合

【摘 要】本文主要针对我国城市集中供热概述、城市供热管网的优化设计要素分析、城市供热管网的优化设计进行简要分析，仅供参考。

【关键词】优化；供热管网设计；措施

一、我国城市集中供热概述

1、城市集中供热的涵义

集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，利用一个或多个热源通过供热管网、热交换站等，向一个城市或城市中较大区域的用户提供热能的方式。目前，集中供热已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。

2、我国城市供热管网的特点与设计方法

我国城市供热管网的特点是用户分布区域广、分支多。在管网发生事故时，通常允许有若干小时的停供修复时间。同时有些热网为提高供热可靠性和应付供热发展的不确定性，在规划设计时就将供热管网像市政给水管网一样成网格状布置，但这样存在一定的问题，热水力工况和控制十分复杂，同时网格状管网投资非常高。

目前，我国城市供热管网的优化设计一般是先建立数学模型，以投资、运行和维护的总和最小为目标函数，把实际工程的要求作为约束条件，然后用某种最优化方法，求出实际问题的最优解。最早的管网优化设计模型仅是针对树状管网建立的，后来发现这些模型不能广泛应用于实际的管网优化设计中，无法取得很好的结果。

因为在充分考虑系统的安全性和经济性的前提下，城市热力管网应是多条枝状管网放射型布置。在规划设计时，应根据城市规模、用户分布及热源位置布置几条输配主干线，在实施过程中根据供热能力和用户情况，逐步完善不同的主干线。

二、城市供热管网的优化设计要素分析

就当前供热发展情况来看决定或者影响城市集中供热管道热效应的因素很多，城市供热管网的优化设计也主要受到如下因素的影响。

1、输水温度与管道外径

当输水温度较小时，管道散失的热量在不同管径中随着输水温度的降低，其差距越来越小；当输水温度较大时，管道散失的热量在不同管径中随输水温度的增大，其差距越来越大。从这个可以看出：在输水温度较低时，管道外径对管道散热损失的影响较大，反之，在输水温度较大时，管道输水温度对管道散热损失的影响较大。因此，对于一定输水温度的保温管道，管道散失的热量随管道外径的增大而增加。管道外径增大，管内水与管壁接触的表面积就增大，相当于增加了热量散失的表面积，管道内水向管外传递的热量增多。

2、热导率的影响

热导率对城市供热管网的热效应影响有两个方面。一方面是管道热导率，对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随保温材质热导率的增大而增加，且二者之间近似成线性关系。保温材质热导率越大，其传热热阻越小，通过保温层的热量越多，传递到周围土壤介质中的热量自然增大。反之保温材质热导率较小时，管道散失的热量在不同管径随保温材质热导率的降低，其差距逐渐减小。

另一方面是土壤热导率，对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随土壤热导率的增大而增加。土壤热导率越大，其传热热阻减小，通过土壤层的热量增多，热量从土壤层散失得越多。当土壤热导率较小时，管道散失的热量在不同管径随土壤热导率的降低，其差距逐渐减小，但减小的幅度不大。

3、保温层厚度

管道散失的热量随保温层厚度的增大而减小，且二者之间近似成反比例关系。保温层越厚，其传热热阻越大，通过保温层的热量越小，传递到土壤的热量就越少。当保温层厚度较小时，管道散失的热量在不同管径随保温层厚度的降低，其差距越来越大。

三、城市供热管网的优化设计

1、连接方式及供回水温度

在对城市供热管网进行优化设计时，一定要考虑到城市供热管网的了解方式。现有的城市供热管网的连接方式有两种，直接连接和间接连接。这两种连接方式的使用主要是依据城市供热的使用范围而决定的。直接连接方式主要是在小范围内运用于建筑物高度与建筑物体量相差较小的这类供热工程，在这种情况下使用直接连接方式能够有效的节省成本的投入，以及热交换器、循环泵、加压泵、补水泵等相关初期的投资费用以及后期的维护费用。而间接连接方式主要应用于大城市的热力网建设工程，针对于建筑物的高度与建筑物的体量差别极大的这类情况进行管网连接。这样的设计可以最大限度的降低整个供热系统的相关补水定压值，能够实现对运行中的供热系统的水力工况的有效控制，能够有效的避免水力失调，减少用户与用户之间的不良影响，同时还能提高供热系统的供热质量，保证供热系统的安全运行，方便对供热系统进行日常管理与维护。对于管网工程供回水温度而言，我们当然希望供回水温差越大越好，这样可以减小管径，降低投资。

2、供热管网的敷设方式

2.1地下敷设

该种敷设方式不影响城市交通和市容，是城市供热管网广泛采用的敷设方式。地下敷设又分为有沟敷设和直埋敷设。有沟敷设是指，供热管道敷设在地沟内，管道本身不承受外界荷载。地沟分三种：

2.1.1通行地沟：沟内除敷设管道外，还设有高度不小于1.8米的人行通道，工作人员可以进入沟内巡视、检修和更换管道。

2.1.2不通行地沟其尺寸只考虑管道施工操作条件，工作人员不能进入。这种地沟横断面尺寸小，造价较低，目前广泛应用。

2.1.3半通行地沟介于通行地沟和不通行地沟之间，地沟内的人行通道尺寸较小，工作人员只能进行巡视及简单操作，现在逐步被1、3种形式取代。

2.2地上敷设

也称架空敷设，其造价便宜，维修方便，多用于工业区、郊区、地下水位高、永久冻土区、湿陷性土壤区等地质构造特殊的地区，以及跨越铁路、公路、河流等地段。多数设专用支架。根据支架高度不同，分为高支架、中支架、低支架和地面敷设。高支架的高度在4.5米以上，一般在跨越公路、铁路等障碍物时采用；中支架高度为3米左右，在一般工业区内采用；低支架高度为0.5～1米左右，在城郊空旷地区或工业区沿工厂围墙敷设时采用；地面敷设是利用管枕将管道垫起，和地面保持一定的间隙作排水用，只在地面相当平整时采用。

2.3热网管径的确定

管网设计时，各管段的直径是根据供热管网各管段的计算流量和比压降范围来选定，而流量大小最终由热负荷而确定。管径确定前，需要对各管段的现有热负荷进行精确计算，对负荷将来的增容进行合理预测。

2.4热网主干线的布置

随着我国城市集中供热热源点的减少，供热半径相对增大，一般供热管网是以平均比压降最小的环路为主干线，对于热水供热管网，由于各用户系统的阻力损失相差不大，通常是把热源传到最远的热用户的环路作为供热管网的主干线。

2.5供热管道的热补偿

供热管道非常重要的技术问题就是热补偿，供热管道的热补偿量是根据施工时的管道温度、供热时的管道温度以及管道的长度计算而得出，设计时要精确计算分段补偿。目前较为常用的补偿器有套筒補偿器、波纹补偿器及自然补偿器。

结束语

随着城市化发展的脚步向着成熟化发展，城市供热成为人们关注的问题，供热合理与否直接关系到居民的生活质量，其中合理与否和设计有着直接的关系，做好设计工作，必须要按照一定规范进行设计工作，设计要依赖实践总结说话，将实践中存在的不足及时在设计中进行改正，作为设计者，要顺应时代的发展，不断的革新设计思想，积极学习和借鉴一些好的经验例子，在进行综合的研究思考后，设计符合本城市发展现状的设计，随着社会的不断发展，热能消耗会越来越大，无形之中给供热管网的设计工作增添了很多难题，因此，作为一名设计者，要有创新和远见，只有不断的提高设计技术，强化改革意识，吸收新的知识与理论实践，以人为本，才能保证供热管网系统的正常运行和不断发展。

参考文献：

[1]宗延萍.论城市供热管网的优化设计[J].科技资讯，2008，09：77.

[2]栾景学.新时期下城市供热管网的优化设计方法[J].科技风，2011，02：74.

[3]刘颖.集中供热管网的设计及优化浅谈[J].科技创新导报，2010，08：117.