分布式变频供热的节能分析

达福云

摘要：传统的供热系统中，釆用的是电动调节阀，其对系统供热而言有着极大的能量消耗。笔者认为，如果可使用分布式变频调节将其替代，在投资初始金额不变的情况下能够减少大量水泵的消耗，尤其是在负荷部分运行的工程条件下，有更加明显的节能效果。由此本论述根据上述分析，探讨分布式变频供热的节能措施，希望能够为相关工程的节能供热提供一些有效思路。

关键词：分布式;变频调节;节能

中图分类号：TU9文献标志码：A

0引言

传统供热系统运行期间，为保障各个用户所需的流量需求，在用户端安装调节阀是其主要方式。而安装调节阀调节流量时，所选择的泵流量与扬程需大于总用户的流量总和，这样才能够满足最远端用户流量的需求⑴。但是此种方式的实现，需要用户支路阻力增加的支持，而一点阻力增加势必会增加能量的消耗。所以如何选择既能保障热网运行水平又能减少资金投入的节能方法则成为供热系统运行重点关注的问题。

1传统热网的调节方法

传统热网中所使用的调节方法一般都是加大循环泵流量，利用加装调节阀的方式来实现⑵，其具体的水压图如图1所示。

由图1可知，供水管压力分布用图中实线部分表示，回水管压力分布情况用图中双点划线部分表示o 我们假设5个用户用水，这5个用户终端的资用压头相同，这样用户需要的压头则可以用单点与双点划线间距离来计算和表示;而在用户安装调节阀之后，其所消耗的压头则可用上方实线和单点划线之间的距离表示，也就是图中的虚线位置。虽然简单且易安装，但是在实际运行期间能耗较大。

由图1可以看出，水压线的斜率和被调节阀消耗的压头之间有着十分密切的关联，斜率如果逐渐增加，其所被消耗的压头也会随之增多，水泵耗能也会随之增大。在此，假设这5户用户之间距离分布均匀相等，这也是理想状态，供水管道和回水管道总长度为4000 m，比摩阻为60Pa/m，每个用户所使用的流量均为30，用户要求的资用压头为100 kPa，局部阻力为沿程阻力的30%，循环泵的效率为70%，那么循环泵的扬程可取值为412 kPa，这样其泵的轴功耗则为：

其中p表示水的密度，单位为t/m ; g表示重力加速度，单位为m/s ; r）表示水泵的效率;Q表示水泵的流量，单位为m%; H则表示水泵的扬程，单位为kPao其所计算的结果和调节期间的各项能耗见表1和表2所列。

从表1和表2的计算结果可以得出以下三点：

⑴近端用户用水期间，用户1由于接近外网供给位置，因此其所使用的资用压头最高，可达到349.6 kPa，那么最远的用户5只需要100 kPa的资用压头即可。由此，外网提供压头消耗的能量，大部分都会在调节阀上分布，大约占据71%以上，导致水泵能量消耗较大;

（2）5个用户的用水实际耗能为5.83 kW，占据总比例的24.27%;管道耗能为10.92 kW，占据总比例的45.44%;这两者所消耗的能量是整个供热系统中必须要消耗的能量形式。而调节阀耗能占比为30.29%，为7.28 kW，由此调节阀部分所消耗的能量可以通过对其调节方法的改变来达到节能的效果;

⑶当比摩阻在其他条件不变化时下降到50 Pa/m之后，水泵的扬程也开始下降到360 kPa，此时，调节阀消耗的能量也由原有降低到现在的6.07 kW，耗能占比也下降到28.89%o这样可以说明，如果不将调节方法加以改变，管道比摩阻降低也是一种降低调节阀消耗的有效办法，但是降低量是存在一定限度的，并且管道比摩阻降低，表示需要管道的直径增加，初始投资会提升，所以仅仅依靠降低管道比摩阻并不是一种有效的节能方法⑶。

2变速泵在未达到供热面积期间所产生的能耗分析

如果泵所产生的流量达到一定量，那么为了减少调节阀的能耗，则可以利用变速循环泵来实现。如流量减少到80%，减少其能耗可以根据转速三次方和泵功耗之间的正比关系来实现。但是实际运行与操作期间并非如此。

需要注意的是，所使用循环泵的速度在降低时，也会有一定的限制，且降低转速也表示扬程减小，还需要满足程端用户的流量需求，所以如果流量下降較多，为了达到流量满足最远端用户的需求，实际热网运行期间，泵转速比并不等于流量比，而是要大于流量比气

还是以上述5个用户为例，如果将流量下降到80%，变速泵转速比也为80%时，泵扬程则变为263.7 kPa，这时的用户5可以用到的资用压头只有82.9 kPa，难以满足原有的100 kPa需求。因此为了解决此问题，必须要将泵转速提高。由计算可以得出，当泵转速比为82.55%时，用户5的压头刚好为100 kPa，此时泵扬程为280.8 kPa、流量比为80%。这样即使使用变速泵，也没有良好的节能效果。

那么如何保障泵扬程、转速比和流量比都可满足最远端用户的资用压头需求，则是供热系统设计需要严格关注的重要问题。由此设计出分布式变频调节系统节能系统。

3分布式变频调节系统的节能研究

3.1节能分析

在上文分析中可以看出，在保障管道直径和用户流量不变的情况下，只有依靠减少调节阀的耗能来降低泵耗。并且在水压图上分析，实际上就是要将图中虚线的高度降低。如果可以调整水压线则有可能实现这一目的，调速后的水压图如图2所示。

在图2中可以看出，外网提供给用户1的压头刚好和用户需要的资用压头相等，所以用户1可不使用调节阀。而用户2到用户5之间，外网能够提供的压头需要小于资用压头，所以为了保障系统正常运行的状态，必须要将变频回水加压泵安装在这4户用户位置。其中图2中竖直直线的高度则可表示本泵扬程，虚线高度则可表示消耗的压头，此时扬程约为162.4 kPa，功率为9.47 kW，其他的计算结果如表3和表4所列。

3.2未达到设计供热面积时能耗分析

根据上述基础条件，给予用户1足够的资用压头，这时当流量被变化到80%期间，循环泵此时的扬程为139.9 kPa，功耗为6.53 kW，用户2/3和用户5共计消耗了 2.79 kW的功耗，由此回水加压泵和循环泵所消耗的总功耗则为9.32kW，和上述2标题内容中的13.1 kW 相比节能了28.88%。

因此可以明确的是：无论是设计的流量还是部分存在的流量，只要供热系统在这两种条件下运行，那么回水加压泵的扬程就可以被分布式变频调节系统进行设计与调节，保障能够使每一户的资用压头要求得到充分满足，也可减少循环泵的能耗，提升整个热网系统的运行效率。

3.3投资分析

对热网进行控制时，可被分为通讯网络和中央控制机、当地控制设备两项重要部分。与传统的调节阀控制都需要通讯网络和中央控制机，所以二者调节方法在此方面有着相同的投资;而对于当地控制而言，分布式变频调节系统需要回水加压泵、变频器与控制器，而传统调节阀调节方法则需要电动调节阀与控制器，二者在此项投资中的金额相差不多，且分布式变频调节中的主循环泵扬程将会极大的降低，进而可减少主循环泵的一次性投资金额成。因此二者在总投资上十分相近。从上述各项能耗和经济性计算中也可以看出，在现有的热网系统运行中，分布式变频调节系统的应用十分有益，能够在减少其供热管网运行能耗的基础上，保障用户的供热需求。

4结束语

综上所述，本论述以分布式变频调节在供热系统中的节能分析和传统调节阀调节方法的能耗分析做对比，可以看出在选择分布式变频调节方法时，二者投资金额相当，且能够更大程度的减少泵耗，这对于现有的供热系统运行有着十分重要的经济性意义和效益意义'句，在未来的供热系统运行中有着十分重要的使用价值，值得技术推广与使用。

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