城市供热技术交流-汇报09-08-05.doc

城市供热系统节能技术交流1、我国能源结构现状22、供热方式的基本形式23、供热系统的节能潜力44、供热系统节能技术85、供热系统节能技术专题介绍115.1供热系统多热源联网运行115.2供热系统分布式变频循环水泵的设计185.3供热系统分布式混水连接方式25参考文献：29 根据国家发改委预测，到2020年，我国GDP将翻两番。如果按照现有的社会经济发展模式推算，届时我国每年的能源消耗量将从现在的14亿吨标煤，增大到56亿吨标煤。这一难以实现的巨大的能源消耗量，已经成为制约我国社会经济发展的瓶颈。鉴于我国目前高投入、高能耗、低产出的现状，除大力发展能源外交，广泛开源外，扎实推进提高能效、节约资源的工作，已经到了刻不容缓的时刻。建筑能耗约占全国总能耗的1/4-1/3；而供热、空调、制冷能耗又将占到建筑能耗的1/3。其中特别是供热行业，至今仍处于粗放经营阶段，因此，节约能源、节约资源的工作，存在着巨大的潜力。1、我国能源结构现状世界发达国家的能源结构，是以石油和天然气为主要能源。我国近年来煤炭的比例在减少，其它能源的比例在增加。这是因为：1）煤炭燃烧过程，污染物的排放量大，环境负荷重；2）我国西部地区有丰富的水电资源和天然气资源；在30年内我国能稳定实现每年500亿m3的“西气东输”任务。3）大力开发再生能源的利用，如太阳能和风能等。但煤仍然是我国主体能源的地位在相当长的时间内不会改变。煤的利用，最理想的方式是煤的气化和液化，但技术复杂。到2020年，就全国而言，供热方式的实施，仍然应以燃烧煤炭为主。2、供热方式的基本形式我国供热方式，大体上可分为二种类型：一种是集中供热：单台锅炉容量10t/h；一种是分散供热：单台锅炉容量10t/h或一栋楼、一个家庭为一个供热系统。目前国内争论的焦点，也主要是围绕着究竟应该发展集中供热，还是发展分散供热上。这个问题的回答不能一概而论，各地应因地制宜，制定适合当地的供热方式。对于以燃煤为主的城市或地区，应该发展以集中供热为主的供热方式。因为燃煤锅炉的热容量越大，锅炉热效率越高。为了提高供热系统的能效，采用集中供热方式是顺理成章的。长期以来，我国“三北”地区，一直提倡“连片供暖”，把小锅炉房合并为大锅炉房。现在全国单台热水锅炉容量达到29MW（40t/h）、46MW（70t/h）、58MW（80t/h）、70MW（100t/h）的屦见不鲜，一个供热系统的供热规模达到几百万平方米建筑面积甚至上千万平方米建筑面积，已经层出不穷。这种发展是正常的合理的。北京、天津等北方大城市，为了改善环境，冬季供热由燃煤为主改为燃气为主，北京约有3亿平方米建筑面积，现有集中供热管网的供热能力为1亿多平方米，为了充分发挥其效益，决定在市区，适当发展燃气蒸汽联合循环热电厂，作为已有集中供热管网配套热源，充分发挥其供热能力。同时在远郊区的区、县居民集中点，发展以燃煤为主的集中供热。在市区中心原有的分散供热系统，不再强调“连片供暖”，而是有计划地实现锅炉房的就地煤改气。因为容量小的燃气锅炉的热效率同样可以达到80%以上，因此在燃气的情况下，再强调扩大供热规模，已经失去了原有的意义。上海，同样是大城市，同样有充足的天然气供应。但由于上海属于夏热冬冷地区，因此，上海的供热、供冷方式，采用热泵可能更为合理，不宜盲目发展太多的集中供热。西藏地区，煤、油、天然气的储量很少，几乎没有开采价值。但是西藏的水电资源丰富，全国第一。全年日照时间长，丰富的太阳能资源又是全国第一。因此，西藏拉萨市的供热方式多采用水电供热、太阳能供热方式是比较理想的。因此，在水电资源丰富的西部地区，适当发展水电供热是可行的。同样，在太阳能资源丰富的地区，只要技术条件成熟，都应该积极发展太阳能供热。3、供热系统的节能潜力 建筑能耗占全国能耗的1/3，供热、空调又占建筑能耗的1/3，因此，供热、空调的节能对建筑节能具有重要意义。供热的建筑能耗，其影响因素主要由四部分构成：建筑物围护结构的保温状况；建筑物的室内温度设计标准；建筑物自由热的有效利用程度；供热系统的能效水平。1）建筑物围护结构的保温状况； 我国公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）已于2005年7月1日公布实施。在制定这些国家的设计标准的过程中，对建筑物围护结构的保温性能做过深入研究，基本认为，建筑物围护结构的保温状况对供热、空调的热（冷）负荷的影响要占到20-50%。若把全国的气候分为五个区，则夏热冬暖地区（广州、香港等），约占20%；夏热冬冷地区（上海、重庆、成都等）约占35%；寒冷地区（北京、西安、兰州等）约占40%；严寒地区A （海拉尔、哈尔滨等）、B（长春、沈阳、呼和浩特、乌鲁木齐等）约占50%。越是北方寒冷地区，建筑物围护结构的保温状况对供热热负荷的影响愈大。过去我国的居民建筑，基本上没有外墙保温，门窗的密闭、保温性能也差。与世界发达国家相比，我国的建筑能耗过大，这是其中的一个重要原因。我国新的设计标准，在这方面已经作了很大改进。普遍推广外墙保温后，墙体的保温性能已接近先进国家的设计标准，只是窗的保温性能与国外相比尚有10-20%的差距。2）建筑物的室内温度设计标准； 有研究表明：在加热工况下，室内设计温度每降低1，能耗可减少5-10%；在冷却工况下，室内设计温度每提高1，能耗可减少8-10%。长期以来，由于缺乏节能意识，我国在室内温度的控制上，常常过于粗糙。特别是行政办公等公共建筑，不论春夏秋冬，也不考虑上班时间，还是节假日，冬天室内温度一律18，夏天室内温度经常要求在24。实际上，冬天在无人居住的房间，只要保持8室温，避免设备不冻坏是完全可能的。过去外国人在夏天上班都要西装革履，室温必须保护在24，现在为了节能，室内提高到26，允许上班穿衬衫，连生活习惯都改变了。几年前国务院在节能措施中，明确提出，冬天室温18，夏天室温26。严格执行这些举措，建筑能耗就会有明显的降低。3）建筑物自由热的有效利用程度；自由热主要指太阳能，家电和人体的散热。这部分热量，对于夏天，是冷负荷的重要组成部分，应尽量避免；对于冬天，是加热室温的有效热量，应尽量利用。这部分热量，随着地区、季节的不同而不同，在冬季，大体上约占总热负荷的10-15%左右。对于太阳能日照，在建筑物热负荷计算中，考虑了这部分影响，主要体现在散热器传热面积的选择上。但由于过去，供热属于社会福利，未进入商品市场，也未推广计量收费，室内供暖系统难以实现室温的自动调节，因此，在我国的大部分地区，房间的自由热，还很难在供热系统中充分利用，这也是我国建筑能耗大的一个重要因素。4）供热系统的能效水平；系统能效表示系统热源处输入的总能量（包括热能与电能的折合热能）在热用户中真正用来提高室温的有效热量（将室温加热到设计室温）的份额。估算公式： 式中， Q 热源燃料总供热量； Q 热源燃料、电力总供热量，其中1Kwh(电)=3.314 Kwh(热)； g、r 分别为热源、热网效率； j 系统冷热不均系数，粗略按照1蒸吨锅炉热量，实际所带供热面积与理论能带供热面积之比。 按照上述公式和前述的有关国家的建筑节能规范，对北京和哈尔滨的供热系统的能效进行了统计计算：29北京（哈尔滨）供热系统能效统计表节能阶段节能指标耗热指标w/m2概算热指标w/m2热用户冷热不均程度系统设备耗电w/m2技术条件系统能效%煤耗量kg/m2节能总量%围护结构节能%系统节能%锅炉效率%热网效率%实际供热面积m2不含电耗含电耗理论供热面积m2热源热网1980年25.20(37.7)0.00.00.055.085.031.96(33.8)45.0(55.60)0.30(0.38)4000/13178(4000/10666)1.00.514.0(18.0)13.0(16.7)第一阶段17.64(26.39)30.022.747.2660.090.025.85(27.3)36.40(45.00)1.00.5第二阶段12.60(18.85)50.035.015.068.090.020.92(22.1)29.5(36.4)0.38(0.46)8000/21285(8000/17250)1.00.523.0(28.0)25.1(27.3)第三阶段7.80(15.30)65.065.00.070.092.015.00(20.0022.5(33.2)10028500/28500(19300/19300)0.750.3计量收费、变频调速64.4(64.4)56.0(57.3)理想阶段6.90(13.40)77.40.012.480.092.015.00(20.00)22.5(33.2) 10028500/28500(19300/19300)0.50.2计量收费、多泵变频调速、自控73.6(73.6)65.5(67.7)6.50(12.60)82.00.04.685.092.015.00(20.00)22.5(33.2) 1000.50.278.2(78.2)69.6(71.9)6.00(11.70)88.40.06.490.094.015.00(20.00) 22.5(33.2) 10028500/28500(19300/19300)0.50.284.5(84.5)74.4(77.7)注：1、括号内数据为哈尔滨地区的数据； 2、第一、二阶段，室内设计温度16，第三阶段以后，室内设计温度18 ；北京新的供暖天数114天，外温0.1,度日数2040.6。 3、哈尔滨新的供暖天数167天，供暖期间平均外温-8.5，度日数425.5。从上表可以看出：1） 我国建筑节能经历三个阶段，目前，全国普遍执行第二阶段节能标准。北京市1980年每一平方米建筑面积的供热煤耗为25.2kg/m2，第一阶段节能，煤耗达到17.64kg/m2，第二阶段煤耗为12.6kg/m2，第三阶段煤耗为7.8kg/m2。2） 突出分析了冷热不均对供热系统能效的影响。长期以来，业内人员对冷热不均对系统能效的影响未于重视。近年来，虽然给予了关注，但常常把冷热不均归于系统管网热损失中，这样做，不但性质搞错了，而且数量也难以准确统计。必须了解：冷热不均的热量不是在管网中损失的，应该承认，这部分热量，它是被送到了热用户，只不过由于房间过热通过开窗户散掉了。因此，冷热不均的热损失应该属于建筑热用户的无效热耗，必须单独统计。以1980年为基础，锅炉效率为55%，热网效率85%（管网热损失15%），按理论，供热系统能效应为46.8%。但实际情况并非如此，以北京为例，当时，每1t/h蒸吨应带供热面积为1.32万m2，而实际每1t/h蒸吨只能带4000m2。这种差距，正好反映了热用户的冷热不均匀率（约30%-38%）。如果考虑了冷热不均匀率，则1980年北京供热系统的能效实际分别只有14%，估计全国在15%左右。当然，这是在设计外温下的统计数据，由于冷热不均率是随着室外温度的升高逐渐趋缓的，若考虑全年平均，全国供热系统当年的能效约在20%左右，也就是说，冷热不均引起的热量损失约在20-30%左右。3） 供热系统含电的输送效率，对于1980年，由于系统能效值过低，电耗在系统能效中的比例只占1%左右。随着技术进步，系统能效的提高，电耗在系统能效中的比例逐渐提高，甚至高达10%左右。可见，随着节能减排工作的逐渐深入，提高系统的含电输送效率也将愈来愈重要。4） 本表还给出了理想阶段（锅炉效率80%，热网效率92%，冷热不均匀率消除，建筑围护结构同第三阶段标准）的供热系统能效为70%左右，则我国的供热系统节能潜力尚有40%（目前我国正处于节能第二阶段，供热能效约为30%）空间，其中热源10-15%，热网2-4%，热用户18-26%，要达到这个标准，其中一个重要指标是每1t/h蒸吨要带到2.85万m2（北京）这是相当艰巨的。4、供热系统节能技术纵观供热系统各个环节的耗能状况，不难看出，粗放式经营是根本的原因所在，而且至今，在我们行业，技术进步并没有放到应有的地位。相当多的人，认为技术可有可无，“权”“钱”，才是决定一切的。但世界的发展趋势，将不断证明，只有科学创新，才是社会财富的源泉。建筑节能也毫无例外，只有提高各个环节的技术含量，供热系统的节能目标才能实现。1）严格执行建筑围护结构的节能设计标准。随着新的国家建筑节能设计规范的陆续颁布，我国即将全面开始实行第三阶段的建筑节能标准。有关围护结构的保温性能，是根据1980年的现状基准，以节约65%为目标，参照热源、热网效率，按照特定建筑物推算出来的。其中外墙的传热系数由1.28-2.35w/m2k下降为0.45-1.5w/m2k(北方至南方),即保温性能提高了1.6-2.8倍。外窗的传热系数普遍降低了一半（由3.26-6.45w/m2k下降为1.7-2.7w/m2k）。此外，对影响建筑物耗热量比较大的一些参数如体形系数，窗墙比等都做了强制性规定。对于外墙保温技术，我国经过多年研发，已完全成熟。现在市场上能看到各种不同品牌的产品，基本的发展趋势是保温性能更好，利于一体化组装，便于现场施工和使用寿命长。对于节能型的建筑物围护结构，从设计标准到技术开发，都已完备。现在关键是如何贯彻执行，努力的目标是使所有的新建筑都按新标准设计施工；既有建筑，有计划有步骤的向新标准靠拢。2） 力推广分时段变室温调节为了防止大量存在的超标耗能现象，全国各行业应严格执行国务院规定的建筑物室温标准（冬季18，夏季26）。特别是各类公共建筑，包括火车、轮船等，毫无例外地不应超出国家规定的室温标准；要区分上班、下班，工作日、节假日，白天、夜间，进行分时段的变室温调节。这种调节、控制，对于热水供热系统，主要是靠改变循环流量来实现，对于空调系统，则是通过变风量来完成。3） 极采用大容量的产热源目前我国各种锅炉的平均效率约为65%，达到第三阶段的锅炉效率70%标准，尚有5%的提高量，若按理想节能阶段的80%考虑，还须再提高15个百分点。现在提高锅炉热效率的技术措施有许多种，但最有效的技术手段还是提高锅炉的热容量。为此，我国热水锅炉的热容量已经达到了90MW（130t/h）以上，热效率实现了80%的目标。两年前，我国出台了热电联产的新政策，即大力发展200MW（20万KW）、300MW（30万KW）以上机组的热电联供，逐渐关停小容量的热电机组。其基本目的还是为了提高热源的热效率。我们知道，小容量的热电机组，发电效率只有30%左右，煤耗量高达370g/kw，而300MW的热电机组锅炉效率高达90%，发电效率可达40%，煤耗量只有310 g/kw，可见节能的意义是很大的。4） 有计划地实现多热源联网运行*对于百万人口以上的大城市，集中供热的规模常常在几百万甚至几千万平米的供暖面积，其热源可能有多个热电厂和多个区域锅炉房。过去我们的习惯做法是一个热源、 带一个区域的供热面积，形成一对一的单热源供热系统。实践证明，这种供热方式，造成的主要缺点是装机备份过多，大量锅炉不能满负荷运行，进而导致热源效率不高。为克服上述弊端，在积极采用大容量热电联产、大容量热水锅炉的同时，有计划实现多热源联网运行将是理想的供热方案。多热源联网运行的供热系统，类似于高压电网，多个热源同时向热网（多数为环形网）输送热量。众多热用户根据自身需要，向热网提取热量。一般热容量最大的热电厂担任主热源，在供热期间，自始自终满负荷向热网输热。其余热源成为辅助热源，在供热期间，分别有序的启动满负荷运行，以适应热用户的不同供热需求。在多热源联网运行中，通过热量平衡的调度，使各个热源的运行锅炉都能在满负荷下运行。通过压力平衡的调度，使各个热源自动承包一个固定的供热区域，实现一对一的单热源供热。通过流量平衡调度，保证各个热用户所需的循环流量。通过上述三种平衡的调度，除了确保热用户的供热质量外，还有一个很大的优点，那就是所有热源的运行锅炉，都能在满负荷下运行，这就大大提高了热源的平均热效率，这是多热源联网运行的最大特点。5） 进一步完善二次网的直埋技术 蒸汽及热水管道直埋技术应该说比较成熟，一次网的管道热损失一般已能控制在2-7%之间，显然是相当理想的。目前供热管网热损失超标主要在二次管网，一般都在10-15%。分析原因，主要是二次网属于庭院管网，常常由于分支过多，必须加设阀门，构筑检查井，导致直埋敷设，变成了变相的半管沟敷设，再加上条件复杂，多年失修，管网热损失过大，是不难理解的。目前看来，要想继续降低管网热损失，就必须进一步完善二次网的直埋技术，其中关键的技术环节是积极采用直埋球阀，取消检查井的过多设置，使二次网成为真正名符其实的直埋敷设，这样，整个供热系统的管网热损失是有望控制在规定标准以内的。6） 选用防腐阻垢剂，降低系统失水率在供热系统的管网热损失中，除了管道保温层的散热损失外，热网因漏水引起的补水热损失，也不允忽视。据有关资料给出，目前我国平均每平方米供暖面积每年的补水量约在80-90公斤，热损失率约为8-10%，因此，降低系统补水率减少系统漏水热损失，也是当务之急的任务。系统漏水，除了跑、冒、滴、漏的原因外，用户偷水是重要原因。目前比较好的解决办法是在系统中加投防腐阻垢剂。这种防腐阻垢剂，既能除垢，也能防锈。由于提高了水系统中的PH值（PH10），使钢管表面形成了保护膜，不但起到了水的软化作用，也起到了防止氧腐蚀和二氧化碳腐蚀的作用。这种防腐阻垢剂对人体无害，但带有颜色（黑色），能方便、有效地降低偷水现象，多年实践，有明显效果。7） 分布式变频水泵的设计*传统的循环水泵设计方法（在热源处设置大循环泵），由于过多的资用压头的节流，消耗了大量的无效电能，至使系统的电的输送效率低下，创新的分布式变频循环水泵的设计理念，按照“自助餐”的思维，用户通过自行取热，彻底消除了无效电耗的发生。理论上，节电可在60-80%左右。这种新型的设计理念，已经愈来愈被国内外行业人员关注。我国已有不少工程示范采用，都有较好的效果。“供热系统分布式变频循环水泵的设计” 和“供热系统分布式混水连接方式的优选” 对分布式变频水泵的设计原则、系统结构、设备选型、运行调节等诸多问题，都进行了详细介绍，一般在工程设计、运行中遇到的问题都有所涉及，对于感兴趣的同行可供参考。8） 坚定计量收费技术的推行供热计量收费技术的推行目的，从节能的意义上讲，最主要的是能消除冷热不均带来的热损失，其次是提高行为节能，进而充分利用自由热，降低热源能量的消耗。供热计量技术，已在全国许多城市示范多年，今年7月国家建设部又发布了供热计量技术规程（JGJ173-2009），在技术规程中除明确规定：在热量结算点（热力站或楼栋热入口）处安装热量表外，还应在散热器和建筑热入口处安装恒温控制阀和流量调节阀。安装热量表，是用来计量耗热量，进行贸易结算。安装各种调节阀，是用来提高系统的可调性，实现水力平衡，消除冷热不均。多年的实践证明：只要按规定安装调节阀，并进行有效调节，系统的水力平衡完全能够实现，冷热不均现象完全能够消除。20-30%因冷热不均而浪费的热量，一定能够遏制。衡量系统是否真正实现了水力平衡？当然更直观的是考察各建筑物室温是否均匀达标。除此之外，还有一个重要的考查指标，就是每1t/h蒸吨能带的供热面积，如果能带到1.7万m2(哈尔滨)和2.1万m2(北京),那么这个供热系统一定实现了很好的水力平衡。5、供热系统节能技术专题介绍5.1供热系统多热源联网运行一、多热源联网的必要性1充分发挥节能优势、提高供热的经济性供热负荷通常分为基本负荷和尖峰负荷。我国“三北”地区，供热天数大致在3个月至6个月左右，其中大部分时间运行在基本负荷下，只有一个月左右的时间运行在尖峰负荷下。虽然尖峰负荷全年的运行时间少，但它的小时热负荷值却很大，一般要占到设计热负荷（即最大热负荷）的2050%左右。对于单热源的供热系统，为了保证尖峰热负荷的需要，通常供热设备要设置相当大的装机容量，这是集中供热投资大的一条重要原因。如果把单热源供热系统改造为多热源联网系统，由主热源担负基本热负荷，尖峰热源承担尖峰热负荷，这样不但可以减少庞大设备进而减少初投资，而且可以使更多的设备在满负荷下亦即高效率下运行，其节能效果、降低运行成本的效果是非常显著的。北京市是全国最大的供热系统，2000年开始实行多热源联网运行。东区，华能热电厂为主热源，供暖季全时运行，担负728Gcal/h的基本负荷，左家庄、方庄为二个调峰供热厂，分别担负300Gcal/h、250Gcal/h热负荷；西区，京能（石景山）热电厂为主热源，担负615.7Gcal/h基本负荷，双榆树供热厂为调峰热源，担负300Gcal/h的调峰负荷。自从多热源联网运行以来，左家庄、方庄、双榆树三个调峰供热厂不再全供暖季运行，只是室外温度低于-4启动。全年运行一个多月时间。上述主热源是热电厂，烧煤高效，热力集团购进热价12.8元/GJ，而三个调峰供热厂，均燃天然气，生产成本近80元/GJ，可见多热源联网的节能效益、经济效益是非常可观的。2提高了供热系统的可调性和可靠性，改善了供热效果。多热源联网的供热系统，由于系统规模大，通常多设计为环形网，并在环网干线上配置调节阀门，这样无论热源还是管网，都增加了互补性，一旦出现故障甚至事故，都不必停运维修，只要通过正确的适时协调、调节调度，就可以达到供热需要，这种通过提高供热系统的可调性和可靠性，进而改善供热效果，是多热源联网的独特优势。北京市东部地区的热源供热量相对比较充足，而西部地区热源比较紧张，再加过去的供热干线基本上都是树支状分布，地处市中心部位的热力站（如市政管委）始终地处东西热源的最末端，长期供热效果不理想，往往需要增设回水加压泵维持运行。自从市中心供热管网改造为环形管网，并实行多热源联网运行以来，非常理想地实现了“东热西送”，最不利的末端热力站供回水压差都能保持在0.15Mpa以上，供热效果明显改善。二、协调运行的基本原则对于多热源联网的供热系统，往往都是比较大型的，其供热面积常常在几百万平方米以上。一般系统构成也比较复杂。除多个热源外，常有多种类型热负荷的需求；在连接方式上，可能既有间接连接，也有直接连接，还有不同功能的增压泵、混水泵。在这种情况下，为供热系统的合理运行提出了许多新课题：各热源是同时启动，还是递序启动？是联网运行还是摘网运行？同样，各泵站中水泵何时启动、何时关停？是起增压作用还是混水作用？在热源、水泵的不同工作状态下，系统的运行工况能不能满足用热的需求？所有这些问题，都应该通过管理层的协调运行来解决。根据这些年国内外运行实践，认为在制定系统协调运行方案时，必须遵循以下三条基本原则。1热量平衡制定各热源协调运行方案，主要目的是确定哪个热源是主热源？哪些热源是调峰热源？各热源承担的供热量是多少？以及各热源的启动时间和运行时间。确定多热源协调运行方案的基本依据是热量平衡，这里所说的热量平衡，应该包括三个涵义：1） 在供热期间，各热源总供热量应等于热用户总需热量；2） 在各个不同外温区段，各热源的小时供热量之和应等于同一时段内热用户的小时需热量之和；3） 在同一时段，每个热源的小时供热量应等于该热源所承担的用户的小时需热量。在进行热量平衡的过程中，应详细绘制当地的供热负荷延续图。根据各热源的产热设备（热电厂的供热站或锅炉房的锅炉）的供热能力，结合供热负荷延续图给出的不同外温下的需热量，制定协调运行方案。总的原则是主热源承担基本热负荷，并在整个运行期间，力争全时满负荷运行。无论是主热源，还是调峰热源，各个产热设备，凡是成本低、能耗少、效率高的应优先投运，并尽可能地延长其运行时间，以提高其经济性。多热源的产热设备其供热量常常与热用户的需热量不相匹配，特别是在初寒期，即在供暖初期和末期，经常出现供热量多于需热量的情形，造成不必要的能源浪费。在这种情况下，国外多采用储热罐，将多余热量储存起来，在用热需求增加时，添补热源的供热量。这种储热罐，在储热时相当于一个热用户；在对外供热时，又相当于一个热源。因此，储热罐的运行方式，应该在多热源协调运行方案的制定过程中一并考虑。北京热力集团，基于上述原因，正在多热源的供热系统上增设一个6000立方米的储热罐，届时，节能的方式又将增加一种新的手段。2流量平衡多热源在协调运行方案的指导下运行，供热系统的总供热量与总需热量和小时总供热量与小时总需热量的平衡比较容易实现，但各热用户的小时供热量与小时需热量的平衡却比较难实现，这里存在一个总供热量与总需热量平衡时，各热用户还要完成一个供热量再分配的问题。一般情况下，各热用户的供水温度是相等的（忽略管网温降），这时决定供热量是否满足需热量，主要取决供水量。因此，要想全面实现热量平衡，还必须进行流量平衡。这里所说流量平衡，应该包括两层涵义1） 供热系统各区段总实际循环流量应该等于该区段的理想流量；2） 各热用户的实际循环流量应该等于该热用户的理想流量。我们所说的理想流量，在设计工况下即为设计流量；在非设计工况下，则是最佳循环流量。对于多热源联网供热系统，实现各区段的实际循环流量与理想循环流量的平衡，其目的是有效划分各热源的供热区段或供热范围。核心技术手段是确定供热系统的水力汇交点。水力汇交点，一般有两种情况：一种情况是该点流体处于静止状态（通常为某一干管）；一种情况是该点成为两股流体相向流动的汇交点（一般在干管三通处）。对于均匀流动的单环供热系统，一般几个热源联网就有几个汇交点（对于多环网，每个环网至少有一个汇交点）。汇交点类似于关断阀门，相当于把一个多热源的联网系统解列为多个单热源供热系统，每个热源承担一定范围的供热面积。因此，在多热源联网时，总供热量与总需热量平衡的条件下，只要水力汇交点能按设计意图选取，那么各热源所承担的区段供热量一定会与该区段的需热量相平衡。热用户实际循环流量与理想流量的平衡，要通过流量调节来实现：在设计工况，通过初调节实现；在非设计工况，则要通过中央和局部的变流量调节来完成。3压力平衡在现实的供热系统中，不可能在各环路、各支线都安装流量计，因此，用流量计的测试数据判断是否达到流量平衡是困难的。但是，流量和压力二个参数，存在着确定的函数关系，而且其变化值的反映速度非常快，等于声音在水中的传播速度，即流量、压力的变化，可以在1秒钟内传递到1公里远的距离。因此，采用压力平衡，间接判断流量是否平衡，不但直观、有效而且快速，是非常理想的。多热源联网供热系统，实现压力平衡要完成的主要内容为：1） 使设定汇交点处的区段供水压力最低，回水压力最高；2） 热用户（含热力站）的实际资用压头等于其理想资用压头；3） 各热源承担的分区供热系统，其各个恒压点压力必须在设定的数值下运行。上述的第一条，是企图说明采用压力平衡，寻找系统汇交点的方法；第二条是借用满足用户资用压头平衡来实现热用户流量的平衡；第三条则是保证全网压力稳定进而实现各热源间流量均匀分配的重要措施。三、多点补水与多点定压对于单热源供热系统，一般只有一个补水点，一个定压点；对于多热源联网供热系统，情况比较复杂：最常见的是有几个热源运行，就有几个补水点补水，几个定压点定压；当主热源单独运行时，常因其自身的补水量不足，需要其他热源同时补水定压。因此，多热源联网运行，一个重要特点是多点补水和多点定压。当然，也有特殊情况，当主热源补水量充足时，只主热源单点补水、单点定压的情形。对于多热源的单点补水、单点定压，其操作方法和单热源的单点补水单点定压基本上没有什么区别。这里主要讨论多点补水和多点定压的情况。在以往多热源联网运行时，往往各热源的分系统循环流量出现过大的不平衡现象（有的热源循环流量过大，有的热源循环流量过小）以及系统倒空、串气现象。这些故障的发生，基本上都是因为多点补水、多点定压的设计不合理或运行操作不当造成的。因此，多点补水与多点定压的正确设计、合理运行对于多热源联网实现流量平衡具有重要意义。1多热源联网系统具有多个恒压点对于单热源供热系统，具有唯一的恒压点，其位置在最靠近热源的最高建筑物的回水干管连接点上。该恒压点的压力值即静水压线值应等于最高建筑物高度与供水温度相对应的饱和压力之和。对于多热源联网供热系统，由于水力汇交点的存在，实际上以汇交点为界，把多热源供热系统分成了若干个（由热源个数确定）单热源供热系统，这样，原来的最高建筑，现在只属于其中的一个单热源供热系统，而其他的单热源供热系统，将各有一个新的最高建筑。由于每一个单热源供热系统有一个唯一的恒压点，从而导致多热源联网系统有若干个恒压点。虽然各个单热源供热系统都具有相同的静水压线即同值恒压点压力，但在运行过程中，每个分系统都以各自的恒压点为轴心，呈现不同的水压分布（即水压图，见图1所示）从图1中看出，只主热源（热源1）运行时，水压图为实线（只画出热源1、2之间的水压图），这时的恒压点为O1；当热源1、2同时运行时，水压图由虚线表示，则此时有二个恒压点O1和O2。由此说明，在整个运行季节，随着室外温度的变化，供热系统联网运行的热源数目也随着变化，系统恒压点的数目也跟着变化，导致系统水力工况的变化更加繁杂。在多热源联网供热系统中，了解其具有多个恒压点这一特性，对于正确分析水力工况和正确确定多点补水定压方式显得至关重要。2多点旁通定压通常人们把供热系统循环水泵的入口点作为系统恒压点，然而这是不对的。只要细致观察循环水泵入口点，在循环泵运行与停止状态下，其压力值不是定值就是证明。基于这种误解，把循环水泵入口点作为系统定压点定压也是不对的。对于供热规模较小，热用户建筑简单的单热源供热系统，上述作法可能不致造成太多故障，但对于多热源联网的供热系统，就必须谨慎处理了。因为由图1可知，在所有热源循环水泵停运状态下，各个循环水泵入口点的压力都相等，即为静水压线值；此时热源1循环水泵入口点压力值由a0表示；当只有热源1（即主热源）启动运行时，该循环泵入口点的压力值降低变为a1；当热源1、2联网运行时，热源1循环水泵入口点的压力变为a2，此时a2压力值大于a1压力值，热源2循环水泵入口点压力为b2，其值低于静水压线值。从这里可以看出：不同的运行工况，各个热源循环水泵入口点的压力值不同，其值，首先决定于该系统恒压点的位置距热源的距离，其次决定于该恒压点至热源回水干线的压力降。对于多热源的联网运行，由于运行的热源数目和恒压点数目、位置以及管网流量分布都是变数，导致各热源循环水泵入口点的压力，随时都是变动的，因此，采用该入口点进行定压点定压，势必造成定压的失真、失控，对系统的安全性形成严重威胁。图1 多热源联网的多个恒压点（注：右端水压图略）对于多热源联网运行的供热系统，正确的方法应该采用多点旁通同值定压。具体作法是：在各热源循环水泵的进出口设置旁通测压管（直径在DN25DN40之间），检测旁通测压管上安装的压力传感器，通过对系统补水量的控制（补水泵最好选用变频调速控制），使旁通测压管上的压力传感器的压力始终保持静水压线值。这种定压方式的优点，是在旁通测压管上控制系统恒压点压力，从而回避了热源运行数目不同进而引起系统恒压点变动的复杂性，不但准确、简便而且安全可靠。当地形平坦时，只要压力条件允许，不管有多少定压点和补水点，最理想的是采用同值定压，即各个定压点都维持同一数值的静水压线值。当地形高差大，不能实现同值定压时，可采用异值定压，即建立二个或二个以上的静压区，其方法见参考1。为了便于控制，补水点应靠近定压点。由于循环水泵的入口点，通常是系统压力的最低点，为便于补水，补水点常常设在该点的附近。但必须注意：循环水泵入口点的压力不宜过低，除防止系统倒空外，还应避免其压力值低于补水箱的高度，进而造成补水失控。预防的措施是，调整旁通测压管上的调节阀门（前提是压力传感器的压力值不变），使循环水泵入口点压力保持在允许范围内。这种调节是在供热系统试运行期间完成的，不必在运行过程频繁操作，因而简单方便。四、系统的工况调节在多热源联网的供热系统中，工况调节，包括水力工况调节（流量、压力平衡）和热力工况调节（热量平衡）。供热系统的运行工况，主要包括设计工况，调节工况和事故工况：在设计外温下，按照设计负荷、设计流量运行的工况称为设计工况；在其它外温下，按照既定的调节方式以理想负荷、理想流量运行的工况称为调节工况；在事故状态下，满足最大需求的运行工况称为事故工况。在多热源联网运行中，随着室外温度的不断变化，热源的运行数目（包括机组的台数）也跟着变化，因此工况的变动将更加复杂。在这种情况下，正确掌握工况变动规律，实施合理的调节，满足供热需求，就显得更为重要。5.2供热系统分布式变频循环水泵的设计一、最优方案的确定供热系统：该系统共10个热用户（或10个热力站），供回水设计温度85/70，各热用户设计流量均为30t/h，热用户资用压头为10m水柱，供回水管道总长度7692.3m，设计比摩阻60Pa/m，局部阻力系数30%。各热用户之间的外网供、回水干管长度各为384.6m。热源内部总压力损失为10m水柱。循环水泵的效率按70%选取。根据上述参数，该供热系统按照传统设计方法，设置在热源处的循环水泵的扬程为80m水柱，流量为300t/h，理论功率为93.4kw。新的设计方案为：热源泵单独设置；热网泵与热用户泵合一，其功能由10个热用户泵承担。上述设计方案的循环水泵的总功率（理论），根据特兰根定律，可按如下公式计算：No=GiHi （1） kw （2）式中，Gi供热系统各管段的流量，t/h；Hi供热系统各管段的压降损失，m水柱；水泵效率，取70%；No由特兰根定律计算的循环水泵总功率；N单位为kw的循环水泵总功率。将计算结果绘制成相应的水压图。图0为传统方案，图1为方案1的水压图。表1给出了各方案的系统循环泵总功率计算值。图0 传统设计方案注：0-30为供热系统各管段编号，0为热源，1-10为热用户图1 方案1分布式变频循环泵供热系统注：热源泵(0管段)，扬程20mH2O，流量300t/h；11-30供回水干管上的加压泵扬程皆为3 mH2O，流量依次为300、270、240、210、180、150、120、90、60、30、300、270、240、210、180、150、120、90、60、30(t/h)。图2 方案2分布式变频循环泵供热系统注：热源泵（0），扬程10 mH2O，流量300t/h；11-30供回水管上的热网加压泵扬程为3 mH2O，流量依次为300、270、240、210、180、150、120、90、60、30、300、270、240、210、180、150、120、90、60、30（t/h）；1-10热用户泵，扬程皆为10 mH2O，流量皆为30t/h。图3 方案3分布式变频循环泵供热系统注：热源泵（0），扬程10 mH2O，流量300t/h；1-10热用户（热网）泵，流量皆为30t/h，扬程依次为16m、22m、28m、34m、40m、46m、52m、58m、64m、70m。表1 各方案循环泵总功率方案名称01233+循环泵总功率(kw)93.461.961.961.922.6电耗节约量(kw)031.531.531.570.8节电百分比(%)033.833.833.875.8注：方案3+为方案3的变形，详述见后。从图0-图3和表1，可以得出如下结论：1与传统方案（方案0）相比，方案1、方案2、方案3的循环水泵总功率皆由93.47kw下降为61.9kw，节电31.5kw，即节电33.8%。对比水压图，可以明显看出，方案1、2、3无论热源泵、热网泵和热用户泵，所提供的电功率全部在各自的行程内有效地被消耗掉，而没有无效电耗。亦即，方案1、2、3单从节电的角度考虑，都是优选方案。2观察方案1、方案2，可以发现：要想在热网干管上消除无效的输送电耗，必须在每个供回水干管上设置加压循环泵，此时，各干管上的加压泵扬程（3 mH2O）与该干管的压降相等；加压泵的流量与该干管输送流量也相等，从特兰根定律可知，各管段的电耗等于该管段压降与输送流量的乘积，因而干管加压泵提供的电功率正好全部用于该干管输送热媒时所需要的电耗，达到了在干管上输送热媒时没有无效电耗的目的。这同时也告诉我们，只要不是每个干管都加装加压泵，而只是在热网干线上设置有限数量的加压泵，必然产生无效电耗（虽然加压泵扬程与管线压降一致，但加压泵流量却大于管线实际输送流量）。从上述分析，可以明显看出：在实际工程中，要在热网供回水每个干管上都装加压泵，是很不现实的；不但从初投资考虑不经济，而且运行管理也很不方便，因此，方案1、方案2从全局考虑，不是最优方案。3从整体考虑，方案3是最优方案。该方案的特点是取消独立的热网循环泵。热源循环泵只承担热源内部的水循环，热用户循环泵既承担热网循环泵的热媒输送功能，又承担在热用户建立必要的资用压头的功能。在热用户（含热力站、热用户入口）设置热用户循环水泵，不但有节电的优越性，而且也比较经济，其初投资远比每个供回水干线上加装加压泵要少的多。从工程上考虑，其选址，占地等事项可与热力站、热入口一并解决，也比较方便。与方案3还有类似的方案，如热用户的资用压头交由热源循环泵承担，热用户循环泵实际上只承担热网循环泵的功能；再如，完全取消热源泵，热源、热网和热用户循环泵的功能全由热用户循环泵承担，这些方案从技术、节能、投资等方面考虑都是可行的，但从运行管理角度考虑，由热用户操纵热源循环泵或是由热源管理热用户资用压头的建立，都不是很方便。因此，综合各种因素考虑，方案3分布式变频循环水泵系统是最佳方案，应加以大力推荐。方案3，最大的特点是热用户循环泵承担了供热系统热媒的输送功能。该方案与传统方案比较，传统方案是将热媒在管道中“推着走”，最佳方案则是在管道中让热媒“抽着走“；反映在水压图上，最大的区别是，传统方案供水压力（供水压线）大于回水压力（回水压线）；最佳方案则是回水压力（回水压线）大于供水压力（供水压线）。4当直连供热系统的供热规模较大时，在提高一次网供水温度同时，把方案3中的热用户循环水泵改为加压混水泵，既起加压泵的作用，又起混水作用，称为方案3+，其节电效果更好。参看表1可知，此时装机电容量为22.6kw，节电75.8%。这主要是因为在提高供水温度的同时，加大了一次网供、回水温差，进而降低了一次网循环流量，由于循环流量与电功率是三次方关系，所以节电效果更明显。方案3+的系统示意图和水压图见图4，其中一次网供水温度为95，回水温度70，二次网供水温度85，回水温度70，其混水比=2/3（即一次网流量18t/h，二次网混水量12t/h，热用户循环水量仍保持30t/h）。对于大型间接连接供热系统，提高一次网供水温度，减少一次网循环流量，其节电效果同样可达2/3左右。何时采用方案3？何时采用方案3+？应根据实际工程确定。图4 方案3+分布式变频加压混水泵供热系统注：一次供回水温度95/70，二次供回水温度85/70，混水比2/3。热源泵（0），扬程10 mH2O，流量180t/h；热用户加压混水泵（1-10）流量皆为30t/h；扬程依次为16m、22m、28m、34m、40m、46m、52m、58m、64m、70m。热用户回水混水量皆为12t/h，热用户供水量皆为18t/h。 二、系统的设计与运行经过上述分析，方案3和方案3+为最优设计方案。在供热系统分布式变频循环水泵的设计与运行的讨论中，都以方案3和3+的系统形式为基础进行。1循环泵的选择2最佳汇交点的确定3沿途加压泵的设置 4均压管的设计5变频补水定压的设计6调节阀的取舍7运行中的调节控制5.3供热系统分布式混水连接方式一、分布式混水连接系统的优势混水连接方式是供热系统直接连接的一种传统的有效的方式。多采用喷射泵和混水泵实现。近年来，由于节能、节电的需求以及变频调速水泵的广泛应用，混水泵的连接方式，呈现出明显优势，因此，成为新近一个时期，业内人员普遍关注的热点。1、分析分布式混水泵节电原因，主要是能更多的消除管网在热媒输送过程中的无效电耗，进而提高了管网的输送效率。不但避免了上述电能的浪费，而且大大降低系统一次网总的循环流量，从而实现在最小的耗电功率下达到最大供热量的输送，这是分布式混水泵节电的根本原因。2、分布式混水泵连接方式的另一优势，是能灵活适应热用户的各种不同采暖方式的需求。近年来，除散热器采暖方式外，空调热风采暖，地板辐射采暖等形式大量涌现。散热器采暖需要较高的二次网设计供水温度（一般应在85以上，供、回水设计温差为2025）；空调热风采暖，二次网供、回水设计温度为60/50；地板辐射采暖，二次网供、回水温度以4550/3540为宜。对于分布式混水泵系统，只要改变不同的混合比（二次网混水量与一次网供水量之比），就能很方便地实现上述各种不同采暖形式的参数要求。3、分布式混水泵系统的上述优点，对于分布式循环水泵的间接连接系统（通过板换实现）也同样能够实现，但后者的初投资比前者大