阻力分布式变频供热系统的设计研究

杨京新

摘要：本文在对阻力分布式变频泵系统原理进行概述基础上，以某市的集中供热系统为例，设计了阻力分布式变频供热系统，并对比分析传统供热系统的热耗能主要原因，对比传统供热系统的节能、技术成效。结果表明本文设计的阻力分布式变频供热系统，节能技术效果更加显著，以及运用于城市集中供热中的巨大优势。

Abstract： Based on an overview of the principle of the resistance distributed variable frequency pump system， this paper takes a city's centralized heating system as an example， and designs a resistance distributed variable frequency heating system， and compares and analyzes the main energy consumption of traditional heating systems. The reasons are compared with the energy saving and technical effects of traditional heating systems. The results show that the resistance distributed variable frequency heating system designed in this paper has more significant energy-saving technology effects and great advantages in urban central heating.

關键词：阻力分布式变频系统;供热;节能

0  引言

本文设计提出的分布式变频泵供热系统，通过在热源处设计主循环泵，该泵不仅可以实现对供热系统循环的动力所需有效满足，还能够借助用户热力站负责提供剩余动力，这样一来便可以达到预期降低主循环泵扬程与电机功率的效率，实现变频调节流量避免节流引发能量损耗问题。[1]本文将结合某一城市供热系统展开本次阻力分布式变频供热系统设计研究。

1  分布式变频泵供热系统原理及优点

分布式变频泵系统自提出运用于供热系统中的水压图（见图1）。在传统供热系统运用中主要通过将循环水泵设计于热源处，该循环水泵在运用中必须满足对于供热系统最不利用户的资用压头需求，扬程作为热源阻力损失、热网阻力损失以及末端热用户的资用压头总和。相比传统循环泵，分布式变频泵供热系统具备以下优点：[2]一有着较高的供热管网热负荷适应能力，通过运用分布式变频泵供热系统，可以减小热力站的回水加压泵功率，并且还能够达到较强扬程移动能力和供热管网热负荷适应性能;二是对于供热管道的公称压力有所降低，并且可以缩减不必要的供热管道成本投入，经一半阀门调节实现主循环泵对最不利末端用户的资用压头需求有效满足前提下，热源处的主循环泵仅提供部分动力，各热力处提供剩余动力，有效降低了管道公称压力及总供水压力;三是有效增加了供热管网的输送效率，避免传统供热系统需要满足最末端用户资用压头需求，选择消耗大量剩余压头的情况。

2  案例概述

为了对比本文设计的阻力分布式变频供热系统及传统供热系统，选取某市集中供热系统为了，该市的供热系统集中于大型电厂主要供热，小型电厂、区域锅炉房辅助供热的集中供热形式。敷设供热管网全长共计2×93.5km，DN1200的最大管径和DN200的最小管径。并新建了1座热源厂中共计安装2台燃煤热锅炉，均为70MW功以及共计150座热力站，达到2570m2的集中供热面积，热负荷的最大、最小比值为1：0.38。该项目定压值=45.8mH2O，一级官网的最不利环路供回水形成1088kPa的阻力损失，最末端热力站达0.10MPa的站内阻力损失，热电厂供热首站达0.15MPa的内部阻力损失。

3  阻力分布式变频供热系统设计步骤

设计供热系统管网完成阻力值计算，对零压差点的所在位置加以确定，并绘制系统水压图，对于不同零压差点所需的差异化设备、管网运行费用投资，应当对应进行经济技术分析针对性选择，但基本原则需要以尽可能达到靠近热源节能效果最优化[3]。在选择主循环泵时需要考虑扬程、流量两方面问题，首先扬程应当作为热源、零压力差之间形成的供、回水管网阻力值，流量则应当满足热用户的流量总和。最后在选择回水加压泵时，同样应当保证流量满足热用户流量总和，扬程满足供水管的压力消耗热用户产生阻力损失，之后所回水管的所需阻力损失值。

4  供热系统方案对比分析

4.1 传统供热系统方案

（见图2）作为传统供热系统水压图，由热源循环水泵承担管网系统的总阻力，循环水泵流量为管网系统内的所有热用户流量总和，根据水压图想要满足供热系统需求，热电厂的循环水泵扬程便应当满足133.8mH2O，但是供水最大压力则达到179.6mH2O，所以供热管网及热力站设备压力等级应当选择2.5MPa，压力等级选择较一般选择的1.6MPa，在整体投资上需要增加超出50%，所致供热管网及热力站设备投资要增加上亿。也根据图2可见想要达到供热系统节能，就应当减少所使用的调节阀，运行能耗最小化设计便是用户均无运用调节阀。

4.2 阻力分布式变频供热系统

分别单独设置热源泵以及用户泵，来达到节能目的，假若全部由用户泵承担所有供热管网泵工功能，也同样会所致供热系统的末端部分热力站超出1.6MPa的总压力。因此本文设计主循环泵、用户泵分担热网阻力损失。结合水力计算将压力交汇点确定为管网内的阻力损失中值，热循环泵与热力站的用户泵承担，分别承担压力交汇点前、后所产生的管网阻力损失，（见图3）从而对供热系统的供热管网具体运行压力有效降低，达到供热压力值最小化。据下图也反映了实现最小化供热压力值达到115.4mH2O。自压力交汇点之后产生的供热管道压力损失，主要以变频泵承担，此种方式并未发生损失节流问题。不仅如此还有效降低了主热源和供热回水交汇点之间的供水、回水具体差值，有效减小了节流损失，证实阻力分布式变频供热系统设计，能够有效减少热力站阀门节流损失，并且对循环供热管网的输送效率有效提升[4]。

根据图3在外网向用户1提供的资用压头，与其本来资用压头需求等同，所以供热系统的近端用户无需运用阀门，降低了阀门成本投入，并且较原本所需的资用压头较少，甚至在用户4发生回水压力较供水压力大的情况，所以想要确保供热系统的运行正常，便需要将变频泵设于用户2～4回水。根据图3所示变频泵扬程主要用竖直线高度表示，与上文的扬程计算方法描述结合，计算供热系统用户的回水加压泵的扬程结果，并计算供水管道的压力所致各用户站的热阻力损耗，所得回水阻力损失值。对第2个用户站的回水加压泵扬程计算公式为：即可得出斜线I、II差值。

4.3 阻力分布式系统水泵功耗计算

本小节仅仅针对最不利环路情况下的主循环泵扬程计算情况，换言之就是说对于最不利环路设定零压差点，计算所得的主循环泵流量，即表示热力站的所有總流量值，扬程即最不利环路的附加损失余量值，流量即回水加压泵流量。扬程即最不利、次不利两个环路之间产生的阻力差值，泵总功耗公式如下：

式中：水泵产生的总功耗用Ne表示;系统的次最不利环路、次最不利环路的阻力损失值及选择热源水泵运行效率分别用HK-1、？浊K-1表示;供热系统末端用户回水加压泵运行效率用？浊表示。

根据公式可知供热系统的节能率密切相关次最不利环路和最不利环路之间的阻力比值，以及最不利环路和总流量之间的比值，二者呈负相关。

4.4 两方案经济比较

通过对比以上两方案对于排除考虑传统方案在土建、征地等方面的所需费用以及调节阀费用情况下，经计算本文涉及的阻力分布式变频供热系统较传统方案，节省了73.15万元投资，所以无论是节能或是经济角度考虑，本文提出的阻力分布式变频供热系统应用效果都明显优于传统供热系统。

5  结语

与以上技术、经济相结合能够发现，本文设计的阻力分布式变频供热系统不仅可以有效降低供热系统的阀门节流损失，还能够有效减少城市供热系统在运行过程中产生的压力值，降低所需的投资金额综合提升供热系统运行安全性，并达到越明显的节能效果。所以对于大规模城市集中供热系统来讲，运用本文设计的阻力分布式变频供热系统，较传统供热系统效果更优。在未来的技术发展中仍然需要在我国多试点应用，从而提高变频供热系统的自动化控制水平。

参考文献：

[1]秦冰，秦绪忠，谢励人，等.分布式变频泵供热系统的运行调节方式[J].煤气与热力，2007，27（2）.

[2]卢春萍，秦君如.分布式变频供热系统网路压力工况分析[J].河北建筑工程学院学报，2018，36（01）：75-79.

[3]秦冰，秦绪忠，陈泓，等.浅析分布式变频泵系统的多热源联合供热[J].区域供热，2018，35（01）：22-27.

[4]王红霞，李德英，王随林.供热输配系统的优化配置——分布式变频系统的研究[J].中国建设信息（供热制冷专刊），2018（06）：38，43-47.