混水泵在集中供热系统运行调节中的应用分析

叶 蕾 许世璋

（1.机械工业第九设计研究院有限公司 长春 130000；2.中国电器科学研究院股份有限公司 广州 510000）

引言

随着能源紧缺和环境污染问题日益严重，集中供热在世界范围内得到了广泛的关注，解决集中供热系统存在的问题对于节约一次能源、改善环境和提高人们生活舒适性都有着重要的社会意义。数据显示，截止至2011年，我国北方采暖建筑面积为88亿平方米，采暖能耗为1.53亿吨标准煤，是建筑总能耗的23 %[1]。由此可见，对集中供热系统的节能研究势在必行，集中供热系统的运行调节对系统降低供热成本、提高能源利用率都有着很强的现实意义。本文主要针对集中供热系统传统的运行调节方式提出了利用混水泵进行量调节-质调节混合调节，达到根据建筑负荷的变化调节系统运行工况，从而减低系统能耗的目的。

1 集中供热系统运行调节方式概述

对于集中供热系统，其运行调节方式按调节参数的不同主要分为以下几种：

1）质调节：改变管网的供水温度；

2）量调节：改变管网的循环水量；

3）分阶段改变流量的质调节：把供暖期按室外温度分成若干阶段，在每个阶段流量不变，并改变管网的供水温度；

4）间歇调节：改变每天的供暖小时数；

5）热量调节：热量计量调节[2]。

以上五种传统的集中供热系统运行调节方式，前三种在实际工程中应用较多，但均存在一定的局限性和问题。本文提出的利用混水泵进行量调节-质调节混合调节法是将量调节和质调节根据水泵变频节能原理综合应用的调节方式，属于局部调节，主要应用于热力站或热力入口处。

2 利用混水泵进行运行调节的原理概述

如图1所示，在集中供热系统的热力站或热力入口处装有混水泵，使得从热用户出来的回水一部分通过回水管回到一次热网中，另一部分通过混水泵根据一定比例进入供水管与来自一次热网的供水混合，共同经过循环水泵进入热用户。这一过程实现了在热力入口对二次网系统进行供水温度的调节，即质调节的过程。在质调节过程中，实际的供水温度tg'由系统混水量Qh、一次热网供水温度tg、一次热网供水量Q1以及用户回水温度th共同决定，即：

该系统中，混水泵和循环水泵均为变频泵，故系统的控制调节原理为：当建筑热负荷改变时，通过调节循环水泵的转速调节系统的循环水量，通过调节混水泵的转调节速系统的供水温度，即实现了在热力入口处的量调节-质调节混合调节。

3 利用混水泵进行运行调节的应用分析

对于带混水泵的供热系统，其节能性主要在于对循环水泵和混水泵的转速控制，依据为水泵相似定律：

式中Q1、H1、N1——转速为n1时，泵或风机的流量、压头及功率；

Q2、H2、N2——转速为n2时，泵或风机的流量、压头及功率。

由以上水泵相似定律可知，水泵的流量与转速成正比，消耗的功率与转速的三次方成正比[3]。故合理的对循环水泵和混水泵的转速进行调节是本调节方法的关键。

3.1 混水泵和循环水泵转速的调节原则

在系统中由于循环水泵的流量和功率大于混水泵，所以对循环水泵进行调节的节能空间更大，故在运行调节过程中，优先调节循环水泵的转速，即优先进行量调节，量调节过程中，系统供水温度不变。当系统的循环水量降低到量调节-质调节分界流量时，停止对循环水泵的调节，此时需对混水泵进行转速调节，即质调节，质调节过程中，系统循环水量不变。设量调节和质调节的分界流量为Q0，以上调节过程为：当循环水量Q＞Q0时，启动量调节，即调节循环水泵转速；当循环水量Q＜Q0时，启动质调节，即调节混水泵的转速。

3.2 量调节-质调节分界流量的确定

量调节和质调节的分界流量Q0的选取需满足以下要求：

1）保证系统在运行期间不会因为流量过小引起水力失调、热力失调现象；

2）从节能的角度，保证系统在运行时消耗的功率最小；

图1 带混水泵的管网系统图

表1 系统若干工况下的运行数据分析

3）保证在Q0的作用下，可以通过质调节基本满足室内温度要求。

由于循环水泵的节能空间大于混水泵，所以从理论上讲系统的循环水量越小，消耗的轴功率就越小，所以Q0的取值越小对节能越有利，即系统采用“小流量大温差”的运行方式节能效果最好。但是综合上述三点要求，Q0的取值不能任意减小，通常初步选定在系统设计工况循环水量的60 %[4]。

4 系统节能效果分析

设循环水泵的额定流量为Q，额定功率为P，混水泵的额定流量为0.3 Q，额定功率为0.3 P，现选取运行调节过程中的几种工况分析其节能效果，见表1。

由表1中数据可知，根据建筑热负荷的变化，在集中供热系统的热力入口处采用量调节-质调节混合调节的方式，能够起到较好的节能效果。

5 结论

在集中供热系统的热力站或热力入口处增加混水泵对系统进行量调节-质调节混合调节的方式能够使供热系统根据建筑热负荷的变化调节运行工况，从而达到节能的目的。在应用该调节方法时，首先需要对量调节-质调节的分界流量Q0进行确定，当循环水量Q＞Q0时，启动量调节，即调节循环水泵转速；当循环水量Q＜Q0时，启动质调节，即调节混水泵的转速。该运行调节方式综合运用了量调节和质调节，其节能效果显著。