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(1.北京東元同創(chuàng)能源技術(shù)有限公司,北京 100078; 2.軍事經(jīng)濟學院,天津 300000)

0 前言

流量、壓力(壓差)、溫度(溫差)是集中供暖的重要指標參數(shù)。供熱系統(tǒng)流量合理分配和調(diào)試，實現(xiàn)水力平衡，才能保證供暖質(zhì)量。但由于技術(shù)力量和運行管理的限制，我國不少供暖項目存在近端熱遠端冷的現(xiàn)象。

文獻[1]指出，基層人員對水力失調(diào)問題的一些做法是不科學甚至是錯誤的：住戶不熱就隨意加粗管徑，隨意更換大流量高揚程的循環(huán)泵，干線末端支線用戶不熱就加裝管道泵。

文獻[2]認為，流量不低于設計流量的70%，不會對室內(nèi)供熱系統(tǒng)的熱力平衡造成影響。采取質(zhì)-量雙調(diào)節(jié)電。

文獻[3] 考慮循環(huán)水流量、散熱器散熱面積、室內(nèi)溫度等參數(shù),建立了集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)數(shù)學模型，將該模型應用到某個集中供熱系統(tǒng)中,分析了循環(huán)水流量、散熱器散熱面積、室內(nèi)溫度對供熱參數(shù)的影響。同時，得出結(jié)論，對應于一定的室外溫度，在其他相關(guān)參數(shù)不變的情況下，集中供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的供水溫度隨著循環(huán)水流量的增大而降低，回水溫度隨著循環(huán)水流量的增大而升高。

邵宗義[4]從理論計算和實際運行2個不同角度對收集數(shù)據(jù)進行分析和對比,找出供熱系統(tǒng)的電耗特點,尋求供熱系統(tǒng)中可實施節(jié)能措施的環(huán)節(jié)和切入點,配合實現(xiàn)既有建筑節(jié)能改造的階段性目標,合理降低供熱系統(tǒng)的電耗,達到供熱系統(tǒng)節(jié)約能源的目標。

邢巖[5]論證了水力平衡計算,合理選擇管徑的重要性。

劉蘭斌等[6]分析了影響水力平衡調(diào)節(jié)節(jié)能潛力的兩個主要因素：一是最不利用戶的失調(diào)程度的影響,其決定了整個系統(tǒng)的最低供水溫度,二是其他用戶相比最不利用戶,相對流量偏離的程度。

張群力等[7]調(diào)研了國內(nèi)外集中供熱系統(tǒng)的二次網(wǎng)供暖設計參數(shù)和我國部分城市二次網(wǎng)供暖運行參數(shù)情況，建立了二次網(wǎng)供暖設計參數(shù)影響集中供熱系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性的分析模型，通過模擬分析得出了散熱器和地面供暖系統(tǒng)的二次網(wǎng)供暖優(yōu)化設計參數(shù)。

Marouf Pirouti 等[8]根據(jù)區(qū)域供熱負荷優(yōu)化供水溫度和流量,建立優(yōu)化模型,根據(jù)供熱能耗(熱損耗和水泵能耗)及相應成本費用進行優(yōu)化,得到每種工況的最佳供熱溫度和流量。

1 研究模型及定性分析

1.1 研究模型

以燃氣熱水鍋爐區(qū)域集中供熱系統(tǒng)為例，我們列出以下公式進行研究分析

E=Min[∑(F·h)·EF
+∑(Np·h)·ED+ΔC/N]/A+C

(1)

Qr=1.163·G(ts-tr)

(2)

(3)

Np=0.002 725·G·H/ηs

(4)

gmin≤g≤gmax

(5)

式中F——燃氣量/m3·h-1;

EF——燃氣價格/元·m-3;

Np——循環(huán)水泵運行功率/kW;

ED——電價/元·(kWh)-1;

h——運行時間/h;

ΔC——循環(huán)水泵變動投入成本/元;

N——循環(huán)水泵折舊年限/年;

A——建筑面積/m2;

C——不隨循環(huán)水量變動的基本成本/元·m-2;

Qr——供熱量/kW;

G——循環(huán)水量/t·h-1;

ts/tr——供/回水溫度/℃;

Qdw——燃氣熱值/kJ·m-3;

ηb——鍋爐效率;

ηh——板換換熱效率(直供系統(tǒng)取1);

ηt——管道輸送效率;

ηs——水泵效率;

gmin——單位建筑面積二次網(wǎng)最小循環(huán)流量/kg·(m2·h)-1;

gmax——單位建筑面積二次網(wǎng)最大循環(huán)流量/kg·(m2·h)-1;

g——單位建筑面積二次網(wǎng)循環(huán)流量/kg·(m2·h)-1,g=1 000·G/A

1.2 定性分析

定性分析上述公式

(1)循環(huán)水泵變動投入成本ΔC/N/A

g↑,二次網(wǎng)總循環(huán)水量↑，循環(huán)水泵逐步增大，ΔC/N/A↑。

(2)循環(huán)水泵運行電費∑(Np·h)·ED/A∑

g↑,二次網(wǎng)總循環(huán)水量G↑，二次網(wǎng)循環(huán)阻力H↑，∑(Np·h)·ED/A↑。

(3)燃料費用∑(F·h)·EF/A

按熱源、管道、末端三部分因素來定性分析燃料費用。

(a)末端部分

g↑,G↑, (ts-tr)↓，∑(F·h)·EF/A↓

(b)管道部分

對常規(guī)供熱系統(tǒng)，在室外溫度一定對應一定的回水溫度即可保證建筑供暖質(zhì)量。當tr相對恒定，g↑,G↑,(ts-tr)↓，ts↓，從而對應供水管損下降，∑(F·h)·EF/A↓。

(c)熱源部分

對熱源-燃氣鍋爐而言，g↑,ts↓，由于受熱面溫差提高，排煙損失減少，鍋爐效率提高，∑(F·h)·EF/A↓。

綜上，g↑,燃料費用Σ(F·h)·EF/A↓。

將上述公式模擬分析繪制如下圖(圖1模擬分析圖)。

圖1 模擬分析圖

初步分析結(jié)論：

(1)在費用構(gòu)成中燃料費用∑(F·h)·EF/A占主要份額。其次是循環(huán)泵電費∑(Np·h) ·ED/A。

(2)供暖運行費用相對低位的區(qū)域是供暖循環(huán)流量的經(jīng)濟運行區(qū)域。

(3)單位建筑面積二次網(wǎng)循環(huán)流量g，當g增大到一定程度，燃料費用∑(F·h)·EF/A降低幅度微乎其微；當g下降到一定程度，燃料費用∑(F·h)·EF/A增加較多。

2 應用案例

某小區(qū)項目供熱系統(tǒng)存在一些問題,新選型一臺循環(huán)泵，設計選型132 kW。(為了節(jié)電，運營部門先購買一臺循環(huán)泵為110 kW，使用一個采暖季后發(fā)現(xiàn)末端存在局部循環(huán)不暢，后更換為132 kW循環(huán)泵)。

圖2 案例項目改造后熱力系統(tǒng)圖

2工況下供暖運行能耗比較如表1。

表1案例項目外網(wǎng)循環(huán)流量的供暖運行比較(2008冬-2010春)

工況循環(huán)泵/kW實際流量/t·h-1單位面積流量/kg·(m2h)-1供回水溫差/℃供暖達標率/[%]采暖季燃氣費/元·m-2循環(huán)泵電費/元·m-211108972.6813.994.8 19.50.9821329652.8812.598.318.651.17

此案例適當提高外網(wǎng)循環(huán)流量，散熱器供暖運行費用有所下降。因此不宜單純以耗電量作為惟一的供熱循環(huán)流量節(jié)能評價指標。

3 改造項目情況

結(jié)合我們在北京進行的既有項目供熱系統(tǒng)改造情況進一步探討如下。我們將部分北京燃氣鍋爐集中供熱散熱器供暖項目改造前后實際運行情況，列入表2。

表2散熱器供暖部分北京項目運行情況

項目供暖面積/m2供暖系統(tǒng)單位面積流量/kg·(m2·h)-1原供暖系統(tǒng)存在的問題改造后單位面積流量/kg·(m2·h)-1改造后供回水最大溫差/℃162 338高區(qū)間供1.65二次系統(tǒng)阻力大,水力失調(diào),40%住戶供暖不達標2.9710.1238 967間供1.49水力失調(diào)嚴重,55%住戶供暖不達標3.2310.53143 000直供1.84站內(nèi)阻力大,水力失調(diào)30%住戶供暖不達標3.2210.6449 826直供2.1325%住戶供暖不達標3.1713.65103 000低區(qū)間供2.04站內(nèi)阻力大,水力失調(diào)20%住戶供暖不達標2.8311.8687 680間供1.83站內(nèi)阻力大,水力失調(diào)35%住戶供暖不達標3.0210.87210 000直供2.19水力失調(diào)嚴重,35%住戶供暖不達標2.9313.1,水力平衡,供暖達標

表2所列項目改造前實際運行時單位面積循環(huán)流量g均小于2.2 kg/(m2·h)，易產(chǎn)生水力失調(diào)。經(jīng)過技術(shù)改造后，g均大于2.8 kg/(m2·h)。

根據(jù)北京燃氣鍋爐散熱器供暖項目的運行和改造經(jīng)驗，我們建議供暖循環(huán)流量的經(jīng)濟運行區(qū)域，2.7 kg/(m2·h)≤g≤3.9 kg/(m2·h)。不宜過分追求小流量。

4 初步應用

最近參與某央企北京一集中供暖項目，其中有1棟建筑全部采用散熱器供暖，設計院原設計選型的散熱器供暖二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)如表3。

表3原設計的外網(wǎng)數(shù)據(jù)

名稱供暖面積/m2流量/t·h-1總管管徑單位面積流量/kg·(m2·h)-1散熱器高區(qū)9 7508.6DN800.882散熱器低區(qū)19 60012.1DN1000.617

我們配合業(yè)主對設計院的施工圖審核，發(fā)現(xiàn)二次管網(wǎng)設計流量、外網(wǎng)管徑等存在較大的問題。提出修改意見：板換重新選型加大面積；二次循環(huán)流量修改；外管網(wǎng)管徑修改；二次循環(huán)水泵重新選型且該為單泵運行。

表4修改設計外網(wǎng)參數(shù)

名稱供暖面積/m2流量/t·h-1總管管徑單位面積流量/kg·(m2·h)-1散熱器高區(qū)9 75030.0DN1003.08散熱器低區(qū)19 60060.0DN1503.06

5 結(jié)論

綜上所述，我們歸納以下幾點結(jié)論：

(1)在供熱費用構(gòu)成中燃料費用∑(F·h)·EF/A占主要份額;其次是循環(huán)泵電費∑(Np·h)·ED/A。

(2)單位建筑面積二次網(wǎng)循環(huán)流量g，當g增大到一定程度，燃料費用∑(F·h)·EF/A降低幅度微乎其微；當g下降到一定程度，燃料費用∑(F·h)·EF/A增加較大。

(3)在一定的供暖循環(huán)流量范圍內(nèi)，供暖運行費用相對較低，是供暖經(jīng)濟運行區(qū)域。

根據(jù)北京燃氣鍋爐散熱器供暖項目的運行和改造經(jīng)驗，我們建議供暖循環(huán)流量的范圍在，2.7 kg/(m2·h)≤g≤ 3.9 kg/(m2·h)比較合適。

感謝供熱及水力平衡調(diào)試專家嚴鑫成的技術(shù)指導和分享。