供热二级网楼宇分布泵技术探讨

王全福 赵云鹏 倪 珅 王 方

（1、黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江 哈尔滨150025 2、黑龙江建投城市设计有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150025）

近几年，伴随着城镇化的快速发展以及各地雾霾治理政策的实施，分散小锅炉逐步拆除，集中供热面积迅速增加，集中供热管网的规模日益庞大。据统计，截止到2018 年底全国城市集中供热面积为87.8 亿m2，集中供热管道长度为37.1 万km[1]。供热管网规模的逐步扩大，带来了管网调节的困难，这就有必要对供热管网调节技术进行研究，已有一些工程技术人员在此方面开展了相关的研究和应用，但都是基于传统供热模式上阀门精细化调控来实现的[2-4]，本文则提出了全新的供热二级网楼宇分布泵技术。

1 传统供热二级网系统的运行模式

典型的传统供热二级网系统原理简图如图1 和图2所示。

图1 系统是以两根母管的方式进出换热站，低温回水由各楼宇用户汇集到回水母管，经由回水母管输送至换热站，在站内通过板式换热器的加热，吸收一级网高温水的热量从而提升温度，变成二级网高温供水，再由供水母管输送到各个楼宇用户，用以维持用户室内的温度。这种未分区的母管制二级网供热系统在各城镇集中供热老换热站中普遍存在。

对于规模较大的换热站，传统供热系统在二级网侧也有采用如图2 所示的设置分集水器的方式，图中所示的系统是通过站内分集水器将整个供热区域划分成了三个环路，每个环路出站后均连接供热区域内局部的几栋楼宇，通过这个分区可以使每一个环路的供热面积小型化，一定程度上有利于系统的平衡，并且这种模式可在站内通过调整分集水器分支管上的手动阀门实现一定程度的分区控制。

2 传统供热系统二级网存在的问题

无论是如图1 所示的母管制供热二级网系统，还是如图1 所示的设置分集水器方式的供热二级网系统，在实际运行中均存在如下问题：

（1）缺少灵活调控手段，母管制系统只能通过各楼宇前的热力入口处设置的手动阀门进行调节，调整精度低，调整难度大；设置分集水器的系统，虽然可以在站内对不同分支进行一定的调节，但也是基于手动调整为主，不能精细到楼栋调整。

（2）由于楼宇灵活调控无法实现，所以就会出现楼宇之间近热远冷的热力不均现象。

（3）为保证远端的楼宇供热质量满足要求，往往要采用加大整个二级网系统循环流量运行，如此一来势必导致二级网循环水泵功耗增大，耗电量增加。

（4）远端楼宇满足要求后，近端楼宇就会出现过热现象，用户往往要通过开窗放热的手段达到室内舒适温度，从而产生了无效热量的浪费，不节能。

图1 传统供热二级网系统（母管模式）

图2 传统供热二级网系统（分集水器模式）

图3 供热二级网楼宇分布泵系统（母管模式）

图4 供热二级网楼宇分布泵系统（分集水器模式）

3 供热二级网楼宇分布泵技术

3.1 供热二级网楼宇分布泵技术的设计思路

楼宇分布泵技术的设计思路来源于餐饮中的“自助餐”模式，自己需要多少量自己来决定，需要多少就取用多少，这就实现了我们期望的按需分配。这反映到供热二级网系统中，就是每栋楼宇根据自己热负荷的实际需求从供热系统中取用相应的供热量，自给自足。

3.2 供热二级网楼宇分布泵技术的工作原理

供热二级网楼宇分布泵系统的原理简图如图3 和图4 所示，图3 为母管制传统供热系统改造成楼宇分布泵系统的图示，图4 为站内设置分集水器模式的传统供热系统改造成楼宇分布泵系统的图示。

从图中我们看出，较之传统的二级网供热系统，供热二级网楼宇分布系统在站内增设了联通耦合管，该耦合管将站内的供水母管和回水母管连接在一起（对于设置分集水器模式的系统，也可以采用将分水器和集水器连接在一起）；同时，在每栋楼宇前设置了楼宇分布泵和供回水联通管，联通管上加设电动调节阀。这些改动将原来的传统二级网系统实际分解成了两部分：一是站内供回水母管、耦合管、板式换热器所组成的第一循环部分，该部分水的循环是独立的，不受耦合管之后站外循环水量的影响；二是各楼宇与站内耦合管之间组成了第二循环部分，该部分对于每栋楼宇而言，管网长度是不同的，这部分水的循环依靠各自楼宇分布泵的动力来驱动，楼宇需要多少流量就通过分布泵的变频调节控制到相应的流量大小，同时楼前设置的旁通管可以根据不同楼宇对供水温度要求的不同，通过电动调节阀的动作控制一部分回水流入到供水管中以实现混水调节。

3.3 供热二级网楼宇分布泵技术的特点

由于耦合管的存在，站内热网循环水系统变成了简单的内循环，站内循环泵需要克服的阻力损失仅仅是板式换热器二级网侧阻力加上换热器与耦合管之间的管道阻力损失，这个阻力损失很小，从而大大减小了水泵的扬程，所以站内二级网循环泵更换为小扬程循环泵即可，运行功率降低，节约电能。

由于每栋楼宇前均设置了独立的分布泵，这个水泵流量上只需要考虑对应楼宇的实际热负荷大小，扬程也仅仅考虑耦合管与本楼宇之间的管道阻力损失及楼宇内部阻力损失，故也是小流量小扬程的泵，耗电量小。同时，由于泵的运行参数与楼宇的实际需求完全吻合，所以自然而然就实现了“按需供热”、“均供热”，规避了无效热量的损失，节约能源。

另外，楼宇前增设的连接供回水管道的旁通管，通过电动调节阀的调整，灵活实现混水量的控制，可以满足楼宇对供水温度需求的差异。尤其对于散热器与地热混合供热的系统而言，其调节优势更加明显。

4 结论

传统的供热二级网系统由于调节手段粗狂，调节能力差、不节能、不节电。而全新的供热二级网楼宇分布泵系统就可以克服以上缺点，使各楼宇能够实现“按需供热、均衡供热”，从而带来明显的供热质量提升，同时系统调节性非常好，运行更节能，而且具有一定的节电效益。