动力分布式二级泵供热系统的水力计算方法分析

张鼎蓉　吴志湘　吕砚昭

摘要：指出了动力分布式二级泵供热系统的水力计算首先应该确定零压差点位置，然后再进行各环路的水力计算，最后利用其计算结果确定循环泵。从动力分布式供热系统与传统集中供热系统的差异出发，探讨了两者水力计算方法的不同，然后对动力分布式二级泵供热系统的水力计算步骤进行了详细完整的分析，以期为以后的动力分布式系统的工程设计提供参考。

关键词：动力分布式二级泵供热系统；水力计算；零压差点；热源泵；用户泵

中图分类号：TU995

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）18018103

1引言

动力分布式供热系统较传统集中供热系统有很多优势，目前已有大量文献对其节能效果、系统的稳定性及运行策略进行了分析，但是对动力分布式供热系统的设计方法研究甚少。由于动力分布式二级泵供热系统与传统集中供热系统存在差异，使得它们的设计方法有很大的不同，其中水力计算是设计方法中至关重要的一步，需对其进行针对性分析。而动力分布式供热系统中零压差点位置和循环泵参数的确定对整个系统的输配能耗、运行调节及运行费用有着重大影响，因此本文从这些关键点出发对动力分布式二级泵供热系统的水力计算方法和步骤进行了详细完整的分析，为暖通设计人员进行系统设计时提供更好的指导。

2动力分布式二级泵供热系统的定义及分类

2.1与传统集中供热系统的差异

如图所述，图1和图2为传统集中供热系统和动力分布式二级泵供热系统图，从系统形式上看，两者最本质的区别在于动力配置的方式不同，前者是动力集中式系统，后者是动力分散式系统。传统集中供热系统一般只在热源处设置一台（组）循环泵，用来克服热源、管网和用户系统阻力。该形式的供热输配系统循环泵必须满足最远端用户的流量和压头需求，所以对于大多数近端用户，循环泵提供的资用压头大于其自身所需的压头，通常采用在用户支路设置调节阀的技术手段来消耗掉用户多余的资用压头，这种做法无疑造成了大量的无功电耗。

而动力分布式二级泵供热系统除了在热源处设置主循环泵外，还在各用户处设置分循环泵，运用“接力”的方式共同实现热媒的输送，循环泵采用变频控制以实现变流量的调节。该系统利用分布在用户处的循环泵取代了传统集中供热系统的调节阀，把原来在调节阀上消耗的多余资用压头改为分布式变频泵提供的必要的资用压头，把热媒由热源泵被动“推送”到各用户处变为由用户泵从热源处主动的“抽取”流体。这种做法大大减少了调节阀的节流损失，系统几乎无无功电耗。

动力分布式二级泵供热系统，热源泵只承担热源内部的循环阻力，其余流动阻力由分循环泵承担，因此供回水管之间必然存在一个供回水干管压差为零的点，即零压差点，该点把动力分布式供热系统分为了两个相互独立的环路，零压差点以前热媒推著走，零压差点以后热媒抽着走。在系统设计时，通常会在热源出口处设置均压管，均压管一般为相邻管段直径的三倍，目的是使其管内的压降接近为0，即均压管内为同一压力值，零压差点位于其上，从而避免了两个环路之间的相互干扰，起到稳压的作用 ＼[1＼]。

2.2动力分布式二级泵供热系统分类

动力分布式供热系统按热网与用户的连接方式分为直接连接和间接连接，直接连接可分为二级泵供热系统和二级混水泵供热系统。二级泵供热系统中，热源泵承担热源内部到零压差点的循环阻力，用户泵承担管网和用户的循环阻力；而二级混水泵供热系统中，热源泵承担热源内部的循环阻力，沿程泵承担用户管网的阻力，用户混水泵承担用户内的循环阻力。间接连接系统则是通过板式换热装置进行连接。

按照用户泵、沿程泵和混水泵的位置不同，水泵的寿命，系统初调节时间和用户管网的节能效果也不同，通常把沿程泵安装在管网的回水管上，用户泵安装在用户网的供水管上效果最优＼[2＼]。

3动力分布式二级泵供热系统的水力计算

3.1与传统集中供热系统水力计算方法对比

对于供热输配系统，水力计算的目的是在设计流量条件下，通过确定各管段的阻力和管径，配置合适的动力设备，最终使整个系统能够稳定的运行。

传统集中供热系统水泵扬程是根据最不利环路的阻力来确定的，离热源较近的用户环路阻力往往较小，这就造成了近端用户资用压头过大，在缺乏有效的调节手段情况下，容易导致近段用户冷热不均，产生水力失调现象。为了解决这种现象，在进行水力计算时必须保证各环路的阻力平衡。因此，当系统的最不利环路水力计算完成后，即可进行其他分支环路的压力损失计算，使压力损失与循环动力平衡，为此传统集中供热系统通常采用调节阀增加管网阻抗来实现系统的阻力平衡。

而对于动力分布式二级泵供热系统，在各用户处设置的分循环泵，根据用户自身设计负荷从热源处分配流体，通过变频调节满足用户的流量变化，达到自给自足，即“用户用多少，水泵拿多少”，各并联环路基本满足在设计流量条件下计算压力损失等于水泵提供的资用压力，实现了压损平衡，因此系统不需要进行阻力平衡。在此情况下，该系统在进行水力计算时不必确定最不利环路，而须对热源环路和每个用户环路分别进行水力计算。在采用传统的方法对动力分布式系统确定各管路的阻力和管径之后，即可为系统配置动力设备，热源泵根据流体从热源处推送到零压差点处消耗的能量进行配置，分循环泵则根据流体从零压差点“接力”抽送到用户处消耗的能量进行配置。

由于动力分布式供热系统的一个显著特点是存在零压差点，它的位置对水力计算的环路确定有影响，所以只有在其确定之后才能进行系统的水力计算。而水力计算的结果对循环泵选取有影响，因此在循环泵的确定在水力计算完成之后方可进行。

3.2动力分布式二级泵供热系统的水力计算步骤

3.2.1确定零压差点

零压差点位置的选取对系统的输配能耗、水泵的选型、运行控制等都有影响，当零压差点分别位于用户1～用户8之间的不同位置时，系统所需的循环泵和调节阀的数量及输送能耗不同。endprint

如图3所示，当零压差点位于用户3时，最近端用户1的供回水压差刚好满足用户所需的压头，其余用户均需设循环水泵补充动力，此时干管上供回水压差为零的点a即为临界点。若零压差点往右移，位于临界点之后，假设为b点，此时用户1和用户2的供回水压差大于用户所需的压头，则需要用调节阀来克服多余的资用压头，其余用户均设水泵补充动力，系统有无功电耗。当零压差点位于热源与临界点之间如C点时，系统所有用户均需设循环水泵补充动力，不需设调节阀，各用户根据各支路的循环水泵按需分配动力，系统没有无功电耗。此外，零压差点位于热源与临界点之间的不同位置，水泵的配置方案不同，但水泵的输出总功率相等＼[3＼]。在动力分布式供热系统的设计中，零压差点位于均压管处，便于管理和调节，同时也保证了零压差点位于临界点之前，排除了调节阀的使用，使得系统输配能耗最低。

3.2.2用传统的方法确定管网各管段的管径和阻力

动力分布式二级泵供热系统的零压差点位置确定之后，即可确定各环路的组成以及各环路各管段的流量，接着可用传统的方法计算各管段的管径和阻力，在此不再赘述。

3.2.3确定热源泵

动力分布式系统的热源泵流量计算与传统集中供热系统相同，为供热系统的总设计流量，即所有用户流量之和；热源泵扬程的确定则不同，传统系统的热源泵扬程为热源、热网和热用户的压力损失，克服最不利环路的阻力，而动力分布式系统热源泵扬程需克服的阻力是热源与零压差点之间设备和管路的压力损失。

3.2.4确定各分循环泵扬程

（1）二级泵供热系统热用户泵的扬程。

如图4所示，动力分布式二级泵供热系统的用户泵扬程由两部分组成：用户资用压力和用户沿管网的供回水管段阻力。

H=a（H1+h1+h2）

其中：H―二级用户泵的扬程（kPa）；a―泵的安全系数，一般取1.05～1.1；H1―用户资用压力（kPa）；h1―用户沿管网供水管的阻力（kPa）；h2―用户沿管网回水管的阻力（kPa）。

（2）二级混水泵系统热用户的沿程泵和用户泵。二级混水泵系统较二级泵系统多了旁通管和沿程泵，因此其循环水泵流量和扬程的确定均与二级泵系统不同，如图5为动力分布式二级混水泵供热系统图。

混水系数的确定：u=t1g-t2gt2g-t2h。

式中：G1g—热用户的管网流量，m3/h；t1g—管网的供水设计温度，℃；t1h—管网的回水设计温度，℃；t2g—用户的供水温度，℃；t2h—用户的回水温度，℃。

用户旁通管流量的确定：Gp=uG1+u。

式中：G—热用户的流量，m3/h。

沿程泵和混水泵扬程的确定

二级混水泵系统的沿程泵克服零压差点之后用户环路中供回水管段阻力；用户混水泵克服用户内的循环阻力。图6为动力分布式二级混水泵供热系统的水压图。

水泵扬程计算公式为：

Hy=a（h1+h2）。

其中：Hy―二级混水泵系统沿程泵的扬程（kPa）；a―泵的安全系数，一般取1.05～1.1；h1―用户沿管网供水管的阻力（kPa）；h2―用户沿管网回水管的阻力（kPa）。

H=aH1。

其中：H―二级混水泵系统用户泵的扬程（kPa）；a—泵的安全系数，一般取1.05～1.1；H1―二级混水泵系统用户的阻力（kPa）。

4結论

动力分布式二级泵供热系统与传统集中供热系统存在差异，使其系统设计方法不同，水力计算方法亦不同。传统集中供热系统的水力计算要满足系统阻力平衡，而动力分布式二级泵供热系统只需保证用户泵和用户管网的压损平衡，各环路之间不需再进行阻力平衡；前者是按最不利环路进行水力计算，而后者须对热源环路和每个用户环路进行水力计算。这种设计思想指导动力分布式二级泵供热系统的水力计算应首先确定零压差点的位置，然后采用传统的计算方法确定各管路的阻力和管径，最后再根据各用户环路的水力计算结果进行各循环泵的选取。

参考文献：

[1]

石兆玉.供热系统分布式变频循环水泵的设计＼[J＼].城镇供热，2016（12）.

＼[2＼]张龙，吴志湘，邓保顺. 浅谈动力分布式二级混水泵系统＼[J＼]. 洁净与空调技术，2017（1）：81～84.

＼[3＼]焦扬，符永正. 动力分散系统中零压差点位置及水泵扬程的确定＼[J＼]. 暖通空调，2011（8）：110～113.

＼[4＼]贾云飞，吴志湘，翟梦娴，等. 动力分布式系统中用户背压及其变化的讨论＼[J＼]. 节能，2017（1）：25～27，2.

＼[5＼]袁丽娟，吴志湘，靳贵铭，等. 动力分布式供热系统适用性研究思路的探讨＼[J＼]. 节能，2015（11）：30～34，3.

Analysis of Hydraulic C Analysis of Hydraulic Calculation Method of Power Distributed Secondary Pump Heating Systems

Zhang Dingrong，Wu Zhixiang， Lü Yanzhao

（School of Environmental and Chemical Engineering， Xian Polytechnic University， Xian 710048， China）

Abstract： The hydraulic calculation of power distributed secondary pump heating system should first determine the zero-pressure close position， then conduct the hydraulic calculation of each loop， and finally determine each circulating pump from calculation results. This paper analyzed the hydraulic calculation method of two systems from the difference between power distributed heating system and traditional heating system， then calculation steps of power distributed two stage pump heating system are introduced in detail for providing reference for the future power distributed system engineering design.

Key words： distributed power system； secondary pump； heating system； hydraulic calculation； zero pressure handicap； heat pump； user pumpendprint