供热系统范文

导语：如何才能写好一篇供热系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1、概述

供热用户实行供热计量收费[1]以后，必须要有相应的热量可调节的手段，否则不能实现真正的节能。目前实现用户热量可调节的技术主要是在用户室内的各散热器支管上安装自力式温度电动调节阀，用户可以根据个人生活习惯及经济条件在电动调节阀上设定所需温度。电动调节阀的安装与调节方式主要有双通阀和三通阀两种方式，针对这两种方式供热系统也要采取相应的调节方案。

2、热力运行分析

2.1 用户分析

2.1.1 安装双通阀的室内系统

每一台散热器都装有一只自力式双通温控阀，如图1（a）所示，此系统适用于分户供热的室内水平式系统。采用双通温控阀后，室内供热系统就成为了变流量系统。根据流体因磨擦阻力所造成的能量损失可得

（1）式中：、供、回水压力；流体密度；摩擦系数；管路直径；供、回水平均流速。变换（1）式则可得：（2）。式中：是供、回水压差；是局部阻力系数；是供回水流量。根据室内供热系统的运行情况结合（2）式进行分析，可以看出供回水流量的变化是用户系统的主动调节作用，而且是在主动调节局部阻力系数后变化的。供回水压差的变化则取决于热网循环泵的运行状态，循环泵恒速运行时的变化较小，循环泵变速运行时的变化则会较大。

2.1.2 安装三通阀的室内系统

每一台散热器都装有一只自力式三通温控阀，如图1（b）所示，此系统适用于室内垂直系统，也适用于分户供热的室内水平式系统。采用三通温控阀后，室内供热系统的流量变化很小，可以认为是恒流量系统。但是要有部分高温供水直接流入热网回水管，造成一定的能量浪费。

下面针对以上两种室内系统的热量调节方案对热网的运行工况进行分析。

2.2 热网分析

输送热力的热网循环泵按两种运行方案进行讨论，一种是恒转速运行，另一种是变转速运行。热网循环泵的运行方案与室内系统的运行方案进行组合就会产生四种运行方案。

2.2.1 室内系统变流量热网循环泵恒转速

室内系统变流量运行、热网循环泵恒转速运行。由于室内散热器温控阀阻力的变化，使得管网的

基金项目：国家“十一五”重点科技攻关项目。

阻力特性发生变化，从而使得热网的流量发生变化，量为时，热网阻力系数会变化为，循环泵出口扬程也会增加到。显然系统的工作点是沿着水泵的工作

特性曲线变化的，在最低供热负荷时热网的流量可能会变得很小，流量太小热源是否能够承受需进行综合分析研究。

另外从节能的角度研究，恒转速水泵在循环泵流量减小后，电动机的负载变小，其消耗的电能量也会减小。参考文献中给出了节流方式调节离心式泵类负载时的电机输入功率计算公式，如下式所示

（3）式中：是流量为时循环泵电动机消耗的功率，是循环泵的额定流量，是循环泵电动机的额定功率。由（3）式可以推出其节能率公式（4）式

（4）式中：是流量为时循环泵电动机节电的功率。根据（4）式可计算出几种流量下水泵电机的节能率，当时，节电率为；当时，节电率为。

此种方案也是节能的，但是流量越小其节能效果越不明显，理论上计算零流量时的节能率为0.55。

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关键词　计量供热 双管系统室外 供热系统 供热调节

计量供热按热量计量是建筑节能的一项基本措施，是我国集中供热发展趋势。建设部提出，在城市供热住宅中推行分室控温，分户计量。

天津市在计量供热设计方面积极探索，经过各有关部门多年实验研究和实践，积累了不少经验。编制了《集中供热住宅计量供热设计规程》，总结计量供热技术成果，规范住宅供热系统设计。在规程中，提出新建集中供热住宅，应按照按户分环，分室控温的计量供热方式进行设计。采用户用热量表计量方式时，应采用热表到户，一户一表形式。在多层或高层住宅内，采用下分式双管系统，设共用供回水立管，连接各层户内系统。为了传统的双管垂直制式系统加以区别，本文将这种系统称为"新双管"系统。在供热设计实践中，这一系统已经逐步被采用。本文通过对"新双管"系统主要特点的分析，探讨与之匹配的室外供热系统的调节控制策略，以期在工程实践中使这一系统更加完善。

一、"新双管"系统分析

图1　"新双管"系统

1．建筑物内系统（图1）

建筑物内供暖系统为下分式双管系统，系统的不平衡率K

（1）

式中：ΔP1--首层环路的资用压头 Pa

ΔP2--顶层环路的资用压头 Pa

（2）

式中：ΔP1h--首层环路中户内系统的资用压头 Pa

ΔP2h--顶层环路中户内系统的资用压头 Pa

ΔPy--主立管沿程阻力 Pa

ΔPg--主立管局部阻力 Pa

H--顶层散热器与首层散热器之间的高差 m

h--重力水头 Pa/m

取ΔPg =0.5ΔPy，且在85℃/60℃工况下，每米垂直供回水管产生的附加压头为143Pa。

（3）

将（3）代入（1），

（4）

一般来说，"新双管"系统各层户内系统形式一致，资用压头基本相同。在正常运行之前，对户内系统进行预调节，使 这时，

（5）

当主立管的阻力能够抵消由于温差和高差产生的重力水头时，K趋于0，最利于平衡。

这时，1.5ΔPy =143H，又ΔPy =2HΔPj（ΔPj为主立管上的平均沿程比摩阻）

"新双管"系统中，由于户内管道系统的阻力远大于传统中的仅接一组散热器的阻力值。由（4）式知，ΔP1比较大，有利于系统平衡。

由以上分析可知，此系统具有良好的稳定性。在设计中认真进行水力计算，调整管径克服重力水头影响，可彻底解决水力失调问题。避免了传统双管"上热下冷"这种逐层温降的不均匀性。

2．户内系统（图1）

户内供暖系统宜采用双管系统。在双管系统中，散热器进出口温差大，流量对散热器的影响大，容易通过温控阀制散热器的散热量，便于调节。而且，这种系统是个变流量系统，可以根据热用户的要求进行量调节。

温控阀除了调节室温，恒定室温外，还可以通过改变阀门的流量大小平衡系统，解决水力失调问题。在双管系统中选有高阻值的可预调节自力式温控阀，其调节性较好，能实现室温自动调节。并且系统正常运行之前，可对温控阀进行预调节，提高系统稳定性。正是由于增加了温控阀，热能表等高阻值设备，户内系统水平并联的各组散热器才能保持平衡，新双管系统才能更好运行。

二、运行调节

实施分户热计量后，"新双管"供热系统的调节性能大大增强，用户根据自己的需求调节温控阀，通过改变散热器的流量大小来调节从热量，从而控制室内温度。由于温控阀的主动调节，使热网水力工况变化很大，室外供热系统要有完善的调节控制措施和高水平的运行管理，才能适应整个系统变流量运行的需要。

我国传统常规的室外供热系统多采用集中式热力站，供热管网分为一级管网和二级管网。供热系统运行时应是质调节和量调节相结合，根据供热负荷发生变化（如室外气温变化）采用质调节，再根据热用户末端负荷变化采用量调节。供热管网系统的稳定运行是保障供热计量的前提，为避免整个供热系统的水力失调，要采取各种严格的措施。

1．建筑物热力入口（图2）

图2 建筑物热力入口

对于"新双管"系统，由于温控阀的主动调节，室内系统压力和流量随时变化。如某一用户的温控阀关小，相对应的管路流量减少，造成总流量减少，干管上压力损失也相应减少。这样，外网给这个用户所提供的资用压头将增加。在热力入口设自力式差压控制阀，可以根据压差的变化自动调节，使外网提供的用户资用压头基本保持不变，保证系统在调节运行中有平衡的水力工况。双管系统散热器间为并联状态，在定压差控制时，任意调节，流量都可以满足用户需要。

2．二次网的调节（图3）

由于温控阀的主动调节，二次网是个变流量系统，二次网循环泵应采用变频调速控制，及时调整水泵的转速，适应室内系统的流量调节，以达到节能目的。

图3 外网压力控制示意

为了保证热量充分供应，要求在任何时候用户都有足够的资用压头，可以采用供回水定压差控制。把供热网某用户的供回水压差作为压差控制点。当各个用户所要求的次用压头相同时，压差控制点选在最远用户处：当各个用户所要求的资用压头不同时，压差控制点选在要求资用压头最大的用户处，其压差设定值为所要求的最大资用压头。在运行中保证该用户的供回水压差不变。比如说，由于热用户的调节导致流量减少，压差控制点的压差升高，降低循环泵的转速，恢复其压差设定值。

3．一次网的调节（图3）

由热源至热力站的一级管网，宜采用分阶段改变流量的质调节方式。根据采暖期室外温度的变化，可将采暖期分为不同阶段。在不同阶段调整锅炉运行台数和后来水泵运行台数，分阶段改变一级管网循环流量。同时根据室外温度的变化，改变热源的从回水温度。这样可保证热源的安全运行，又达到理想的节能效果。

应该注意的是，我们希望二次网的供水温度只与室外温度有关，不因一些用户的调节而改变，影响其他用户。这样，热力站内应充温度自动调节装置。气温补偿器给出随室外温度变化的水温调节曲线，对应一个室外温度，有一个供水温度的给定

值。当室内某些温控阀动作时，二次网的供水温度就会发生变化，气温补偿器就会通过信号动作，调节一次网通过换热器流量，使二次网供水温度保持在设定的运行曲线上。

集中供热分户计量作为一种新型的供热模式有很好的发展前景，在节能方面相比传统的供热方式有明显的优势。本文所分析的"新双管"供热系统是这种新型的供热模式之一，在实践中，应不断总结经验，改进完善。做为年轻的工程设计人员，希望能以此向同行师长求教。

参考文献

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关键词： 供热系统改进措施水力平衡

1、提高认识、转变观念

一些先进的供热企业供热系统每平方建筑面积的电耗只有0.7元~1.2元。而许多供热企业却超过了先进企业的几倍，电能浪费非常严重。而对这些情况往往又错误的认为是正常的，甚至错误地认为电费只占供热成本的一小部分，不用计较，许多企业的领导或工程技术人员又“视而不见”或“听之任之”，处在一种麻木的状态下。他们不去同其它企业比较，不向先进企业学习，使企业一直处在高电耗的情况中，造成了运行成本过高。所以我们必须转变目前对电能浪费的麻木性、严重性和普遍性的观念，提高认识。

2、集中供热系统高耗电中的人为因素

2.1、不合理的设计及设备选型造成电能浪费

一些设计人员“墨守成规”或生搬硬套，凭经验不加分析、计算地搞设计。如多台泵并联或水泵扬程偏高，脱离实际需要等问题。

2.2、不合理的技术整改措施造成的电能浪费

一些供热企业的有关人员在供热系统运行过程中出现技术问题而影响供热质量时，不做认真的分析研究，而是凭经验、凭感觉采取了更换用电设备或盲目增加用电设备的方法。虽然使问题有了一定程度的改善，却进一步浪费了大量的电能。如热网水力失调，不去调网，却增加循环水泵台数或更换大泵。

2.3、运行管理不善造成的电能浪费

还有一些其它原因，如对供热设备的使用条件认识不清或运行管理不到位，造成系统循环阻力增加等，都可造成电能白白浪费掉。

由以上的情况可知，供热系统的节电潜力是非常大的，必须引起重视。但要想节电还必须从供热系统的各组成部分如：热源、热网、热力站、热用户，从供热系统的各个环节如：设计、施工、以及运行管理、技术改造等全方位地分析问题，研究问题，找出各方面的主要矛盾，从而采取综合措施，达到最大程度的节约电能。

3、集中供热节能改进措施

3.1、合理控制供热系统的水力失调

所谓水力失调，就是管网各处实际流量与所需流量不一致。任何一个供热系统都不可能通过设计、水力计算、管径、管件及设备选型等，彻底解决运行时的水力失调问题。任何一个供热系统都必须在系统运行时进行认真地调节，才有可能逐步接近水力平衡。如果调节水力平衡的设备选择不当，使用不当，调节的手段不先进，不合格，甚至不进行运行调节，供热系统就一定会存在不同程度的水力失调问题。从而造成部分热用户室温过高而浪费了热能，部分用户室温不达标，影响了供热质量。而此时，许多供热部门往往又错误的采用更换循环水泵、加大循环水流量等办法解决。虽然使水力工况在一定程度上有所改善，水力失调状况有所减轻，但由此却带来了电能的大量浪费，使供热企业的运行成本大大提高，同时使其它的节电措施无法实施。

应该从根本上消除热网的水利失调，才能确保用户的供热质量。但以前消除水利失调的方法――人工调节关断阀、调节阀或平衡阀的方法，不但给运行调节人员带来相当大的工作量，而且根本无法使管网的水力失调得到彻底改善。采用自动控制的方法又大大提高了热网建设资金的投入。目前最好的办法，是最近几年来已开始普及的，在每个热用户的入口安装恒流量调节阀或自力式流量控制阀的方法。只要按每个热用户需要的流量，一次性调节好，就可保证全网的水力平衡。它不但可保证流入每个热用户的循环水量与设计或实际需要一致，而且还会自动消除热网的剩余压头，保证热网有良好的水力工况。

3.2、合理控制供回水温差

根据热量计算公式:Q=G×C×(Tg-Th)可知，当供热系统向热用户提供相同的热量Q时，供回水温差T=Tg-Th与循环水量G成反比例关系。在供热系统管网一定的情况下当供回水温差提高到原来的两倍时，系统循环水量也降至原来的二分之一，而循环水泵的功率要降至原来的八分之一（循环流量与水泵电功率成三次方关系）。由此可看出，提高供热系统的供回水温差，可大大降低运行电耗。

目前，直供系统或间供系统的二次管网，也都存在着运行温差过小的问题。用户的室内采暖系统一般都按供回水温差25℃设计，但实际运行的温差都在20℃以下，有的甚至只有10℃左右。因此存在着大量电能浪费问题。二次管网和室内采暖系统的节能潜力也很大。

3.3、供热系统循环水泵的选型及安装

3.3.1、循环水泵扬程应符合实际

循环水泵扬程过高既造成了电能浪费，有时还使泵在超流量工况下工作，使电机过载，不得不在关小水泵出口阀门的状况下工作，进一步造成了电能的浪费，可以使电耗超过实际需要的三倍以上。

造成水泵扬程偏高的原因一般有两种：

3.3.1.1错误地把楼房高度加在循环水泵的扬程中

一些人错误地把采暖系统的楼房高度，作为选择循环水泵扬程的依据。他们把循环水泵的作用和补水定压泵的作用混到了一起，不知道循环水泵的扬程只是用来克服采暖系统的循环阻力，而补水定压泵的扬程是维持采暖系统所需静水压强。循环水泵的扬程不应负担楼房的高度。这种错误在某些地方还普遍存在着，是供热理论和供热常识普及不够的结果。

3.3.1.2设计人员“宁大勿小”心理和习惯的后果

一般的设计人员都存在一个“宁大勿小”的心理，认为所选的设备、各方面的参数大一些总比小了好，这样不会出问题。而且有的人一直“墨守成规”，或不加思索，不加研究和鉴别地去参考别人的设计，或随着大多数状况走，这样可不动脑，可少犯错误。这样在选择设备时就会死搬规程，或层层加码，最后再乘以一个安全系数，使所选水泵的扬程超过实际很多。不但造成了大量的能源浪费，而且往往给运行带来很大困难。如不关小出口阀门，电机就会超载。一般情况下，热力站循环水泵扬程大多都在8m--13m之间，供热半径大的也不超过18m，最小的只有6m左右。

3.3.2、应该选择单台变频水泵运行

由泵的并联工况可知，单台泵运行效率要高于多台泵并联运行。但目前许多设计者都习惯选择二开一备、三开一备，甚至多开一备的方式，有时不但达不到所需要流量，而且造成了电能的巨大浪费。合理的设计是在每种工况下都是单台泵运行。因此可根据运行的工况调节变频器的频率（改变水泵的转速），就能得到我们想要的运行参数。

3.3.3、循环水泵出口可不设止回阀

在给排水系统中，给水泵或排水泵出口设止回阀是必要的。因为这些系统都是开式系统，都是把水由低处往高处送,或者把水从低压处送往高压处。停泵时如果没有止回阀，则水会倒流。而供热系统是一个闭式系统，循环水泵的作用是克服网路的循环阻力，使水在网路中循环。当水泵停止工作时，水泵两侧的压力相等，不会作反向流动。因此安装止回阀只会增加网路的阻力，无谓的消耗电能，没有任何作用。热源和换热站的循环水泵出口都可不设止回阀，但直供混水系统的混水泵和回水加压泵，同补水系统与给水系统一样，泵的出口应设止回阀。

3.4、热力站内的节电措施

3.4.1、换热设备的选型

换热设备的选型也影响着二次网循环水泵的电耗。应尽量减小换热器的水循环阻力。经研究得出的结论是：板式换热器中水的流速应控制在0.2-0.5m/s。也就是在选取板式换热器时，使换热器的换热面积大一些，达到每平方米换热面积供450-700m2的建筑面积为最佳。

3.4.2、应在热力站的一、二次网的除污器前后加装压力表

运行人员应经常视察除污器前后的压差，当压差超过0.02Mpa时，应及时清掏或反冲除污器，以降低阻力损失，节约电耗。

3.4.3、分集水器应拆除

目前在许多热力站还都设有分水器和集水器，它不但增加了管网和热力站的施工难度提高了造价，而且增加了运行电耗。当热网水力工况利用恒流量调节阀或自力式流量控制阀进行水力平衡调节时，已不需要分层次调节各分支点的调节阀了，只是在用户终端一次性调节恒流量调节阀的流量，就可以使全网达到水力平衡。因此分集水器就更没有必要继续存在下去了。

3.5、供热系统设计中的节电措施

3.5.1、供热系统最好不要采用直供形式，尽量采用间供形式或直供混水形式，才能减少循环水泵的运行电耗。

3.5.2、供热管网的管径大小与建设投资成正比，与运行电耗成反比。但同时也与城市供热发展规划密切相关，有时供热的发展会超出规划的设想。因此为了节电，为了给今后供热发展留出充分的空间，热网的管径在建设资金允许的条件下，应尽量大一些，经济比摩阻最好控制在30-50Pa/m。这样还可以同时提高管网的水力稳定性。

3.5.3、采用环状管网供热

环状管网不但可以自动优化水利工况，平衡供热效果，同时还可以减少管网事故对供热的影响。因此，在有条件的地方可以把支状管网连成环状管网，也相当于加大了某些管段的管径，既有利于节电，又可提高供热质量。

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关键词：供热可靠性，探讨

 

近年来，随着城市供热事业的迅速发展，集中供热大面积实行，对提高能源利用效率、改善大气环境、提高居民生活质量、优化经济发展环境发挥了重要作用。然而由于煤炭价格不断上涨，热价未作及时调整，供热企业亏损严重，供热工作遇到困难加大，保证群众冬季采暖的形势十分严峻。但是，为了让所有老百姓都能过上一个温暖的冬天， 我们必须做好城市供热工作。。确保群众冬季采暖，要从讲政治、保民生、促和谐的高度，进一步提高对城市供热工作重要性的认识，加强调查研究，制定有效措施，早谋划、早行动、早落实，防患于未然。

目前，对城市供热的要求，已不仅仅在于规模不断扩大，而是对供热系统的合理性，经济性，特别是供热系统供热可靠性提出了更高的要求。

1 供热系统的可靠性

随着供热事业的发展，规模的扩大，热源的多样化，复杂系统的出现，在20世纪60年代，前苏联学者就对热网的可靠性理论进行较系统的研究，对供热系统提出了可靠性的要求。于是在供热规划和设计中都要求对系统的可靠性进行定量的分析和估计。可靠性评价指标是设计和选择供热系统结构模式的依据，是供热系统可靠性计算的核心。

供热系统或其元部件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力称为供热系统或其元部件的可靠性。供热系统的可靠性是综合性质，它本身应包括下列概念：无事故性、持久性和维修性。

所谓无事故性是能最完整地反映可靠性概念本质的一个重要性质，它表示在某段时间或工作容量内，供热系统不发生事故的性能。所谓持久性是使系统的工作能力保持到某一极限状态的性能。在达到这一极限状态之前进行维修时，或者允许暂停运行，或者不允许暂停运行。供热系统应当是一种能持久运行的系统。所谓维修性就是系统在预定的维修级别上，由具有规定的技术水平的人员，利用规定的程序或资源进行维修时，保持或恢复到规定状况的能力。供热系统是允许进行检修的系统。这是对于通过维护检修来预先发现并消除故障与缺陷的一种适应能力。供热系统维修性的主要指标，是故障元部件的修复时间，如这一时间超过热用户的允许间断供热时间时，元部件的故障就会导致供热系统处于事故状态。。

根据可靠性的定义，在正常运行条件下，我们将输送和分配给用户必须数量的给定参数的热媒的能力理解为供热系统的可靠性。供热系统在给定时间周期内不发生事故的概率是供热系统可靠性的主要原则。

设计与建造一个可靠的供热系统有两种方法可供选择。一种方法是提高系统各部件的质量；另一种方法是考虑备用元部件。首先应当采用第一种方法来提高可靠性，但是在技术上已经不可能进一步提高元部件的质量，或者当进一步提高元部件的质量在经济上已经显得不合理的情形下，可以采用第二种方法。对供热系统来说，可以采用双重备用、多热源共同运行、环形管路等措施。正确设置分段阀，也可提高系统的可靠性。。例如我公司热网首站结构为：厂房距供热首站400米，＃1机和＃2机采取单独供汽，＃1机供热抽汽代＃5、＃6、＃7汽水换热器，疏水有两套回收系统，（1）疏水可以自流至锅炉疏水箱，用锅炉疏水箱的疏水泵回收至＃1除氧器。（2）疏水可以用＃5、＃6、＃7汽水换热器的疏水泵直接回收至＃1除氧器。＃2机供热抽汽代＃2、＃3、＃4汽水换热器，＃1换热器为水－水换热器，用于降低＃2、＃3、＃4汽水换热器的疏水温度，疏水回收系统与＃1机相同。＃1机和＃2机供汽母管设有联络门，机组发生异常情况时可随时进行切换，由其中一台机代所有换热器，最大程度的保证正常供热。

2 提高供热可靠性的措施

2.1 燃料可靠性的考虑

当前的集中供热基本上采用热电联产的形式比较多，即热电厂提供汽源，供热力公司使用，这就要求电厂主燃料煤炭的供应有极高的可靠性，主要是因为：

(1)电厂需要燃烧特定煤质的煤，一般都有较为固定的煤矿供煤。

(2)供煤线路的可靠性，电厂有专门的铁路或公路用于运送燃料。

(3)电厂有较大的储煤量，也就是说考虑因气候或其它原因造成一般性贻误不会对用户造成影响。

即使主燃料具有极高的可靠性，也不排除万一出现主燃料出现煤质不稳的情况，因此，电厂还配备一套油燃料系统用于稳定燃烧。

油燃料系统的存在对供热可靠性主要有两点好处：

(1)当主燃料出现意外问题时，电厂可以通过油燃料稳定燃烧实现热电联供。

(2)在机组运行过程由于某些原因引起主燃料供应中断时，采用油燃料使机组维持运行，继续正常供热。

2.2 热电联产机组故障/检修时的供热可靠性

2.2.1 供热蒸汽可由以下途径获得：

(1)由余热锅炉的主蒸汽引接；

(2)由未发生故障的汽轮机引接；

由于利用汽轮机抽汽供热热经济性较佳，因此，优先采用未发生故障的汽轮机抽汽供热。但在热力系统设计时，应考虑余热锅炉主蒸汽供热与汽轮机抽汽供热的联接切换，以便在汽轮机故障时，可以利用余热锅炉主蒸汽经减温减压供热。

2.2.2 热负荷变化时的可靠性

机组应能适应热负荷的变化。考虑机组运行的热经济性，当供热负荷为最小设计负荷时，机组带高负荷发电，汽轮机抽汽向外供热，此时发电量最大；当供热负荷达最大设计负荷时，汽轮机抽汽向外供热，此时汽轮机发电量下降。调节抽汽量及抽汽压力时，主要以汽轮机的可调整抽汽为主。

2.3 其他措施

2.3.1 建立供热应急预警保障机制

一是建立供热事故应急处理机制。要落实供热事故抢修抢险人员、设备和物资，做到人员队伍、机具设备、技术方案三到位，加强模拟演练，提高快速反应能力，确保及时有效处理突发事故，努力避免事故发生。

二是建立供热用煤应急保障机制。要制定燃料供应应急预案，加强燃料调配和应急储备，确保供热用煤供应。

三是制定并完善极端寒冷、暴风雪等恶劣天气情况下的应急预案，遇有极端天气出现，确保及时有效启动，保证正常供热。

2.3.2 大力开展供热节能技术改造

加快淘汰落后生产工艺和高耗能的供热设备，积极应用节能新技术、新材料、新设备，对供热设施进行技术改造，提高供热系统能源利用效率。推广应用汽轮机低真空改造循环水供热、烟气余热利用等技术，回收利用废热、余热；将蒸汽供热采暖管网改为热水管网，降低供热网损；应用先进的保温技术，提高管网保温性能；应用高效换热器、变频循环水泵、等节能技术设备，提高换热、输送效率。对使用期限较长的供热管网，要制订保温节能改造计划，确保及时改造。

2.3.3 重点注意安全生产，确保长治久安

(一)从事供热工作的操作、维修、管理人员，应经培训后上岗。

(二)加强热力管网运行管理，确保供热质量，保证安全、连续供热，不得无故停止供热。(三)制定安全运行管理、供热设施维护、检修、事故处理等规章制度，健全供热安全保障体系，保证安全运行。

(四)实行安全值班制度，配备专职检修人员和必要的抢修设备、器材，制定事故抢修预案；有关部门应积极配合供热单位，保证有效、及时地抢险和处理事故。

城市供热是一项重要的公益性事业，事关全局，事关民生，事关社会和谐稳定。做好城市供热工作、确保群众冬季采暖，不仅是政府的一项重要职责，也同样是我们热电厂的重要责任。要认真履行职责，密切配合，通力协作，及时协调解决影响城市供热安全稳定运行的重大问题，促进供热行业健康有序发展。

参考文献：

[1]战泰文,邹平华.供热系统可靠性探讨及事故流参数的确定[J].煤气与热力,1998.18(4)：50-53.

[2]朱军辉.大亚湾石化区燃气轮机热电联产供热可靠性分析[j].燃气轮机技术.2007,20(1)：14-15.

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【关键字】分户热计量，热力装置改造，循环泵变频

1引言：随着国家对环境保护和节能要求的逐步提高，大范围推广和实行分户热计量已经成为一种不可逆转的趋势。住房与城乡建设部等八部委联合了《关于城镇供热体制改革的指导意见》，其别指出要“稳步推行按用量计量收费制度，促进供、用热双方节能。当前天津市大部分小区都实行了分户改造，但是只有小部分进行热计量改造。节能工作主要是供热单位在做，居民没有主动节能的意识。因此对现有供热系统进行热计量供热改造，并且摸索热用户处在热计量用热方式下的供热系统运行成为今后供热系统的一项重要工作。

2现有供热系统

本文就以在集中供热条件下，以热电厂高温热水为一次热源，换热站采用高效板式换热器，水——水换热方式的换热站为例展开分析，具有典型意义。

2.1现有换热站内设备及运行方式。以天津市热电公司管辖的某站为例：此换热站采用标准的无人值守站配置：一次侧、二次侧严格分离，补水泵定压，循环泵工频运行，通过GPRS向二次调度控制中心传输数据。

2.2二次网及户内入户装置。此小区楼道入户装置供水为球阀、除污器，球阀，回水则有平衡阀和球阀，供水侧的阀门主要起在事故状况下关断作用入户，回水则通过流量控制阀调控各楼栋流量。入户热力装置则是球阀、除污器和锁闭阀。户内暖气为地板采暖，入户有集分水器并配有截门。其它采用换热器的小区户内热力入口有类似的配置。

3.热计量供热运行工况的分析

3.1现有供热系统运行工况。当前天津市热电公司水—水热力站均实现无人值守自动控制运行模式，统一采用中心控制室实时下发至各热力站的供温曲线进行气候补偿控制。对于现有供热系统循环泵采取工频运行，补水泵定压。热力入口平衡阀分配流量的方式运行。如果没有跑、冒、滴、漏等意外事故，二次网保持相对稳定。居民入户装置只是有关断作用。通过一次回水流量的控制来调整二次供温。运行工况简单稳定。

3.2热计量供热系统运行工况分析。实施热计量后，居民根据热表计量来缴纳热费。为了节约能源，也为了减少经济负担，在居民家里必然要装温控阀，居民根据自己实际需求通过温控阀的开度调整来调整自己的用热需求。这种热量调节方式实际是典型的量调节，依靠控制散热器的流量来调剂所需的热量。居民调节家里的温控阀后，二次网的流量会发生变化，相应整个热网的热负荷也会变化，而这个流量和供热量的变化是换热站无法预知的。这也就是说，在热计量供热系统里，居民拥有了调节的主动性。这种变化必然带来许多新的问题：换热站不可能再维持热网定流量质调节的运行方式下，热网如何根据实际工况进行调节。

在热量计量后热量成为一种特殊商品，为保证充分供应，任何时候用户都要有足够的资用压头。目前采用的是选取循环泵入口的压力，作为压力控制点，通过补水泵定压来控制供水定压力。

换热站的设计热负荷是不会变的，假如一些儿居民调整了温控阀的开度，二次网的流量必然发生变化。一次网的流量和温度并没有发生变化。这样会引发连锁反应，二次网的温度会发生变化。另一些居民虽然并没有调整温控阀，但是由于其他居民的调整，自己家里的散热量随之发生变化。影响居民家里的供热情况。这对于热力站的管理都是不利的。对此我们必须改变单纯靠循环泵入口的压力来定压的办法。

为了保证居民的用热需求，同时保证供热站有较低的能耗水平。热力站的循环泵根据运行的工况采用变频控制。循环泵的转速依靠二次供回水母管压力采集点的压差来决定。当一些居民调整温控阀的时候，流量发生变化，管网的阻力也相应的变化，阻力的变化导致压力的变化，根据压差变化，循环泵调整转速来适应工况变化。

根据实际需求来调整二次网流量，二次网平衡处在随时打破的过程中。极端情况为所有居民同时将温控阀调整到最大，或者同时将温控阀调整到最小。二次网所受的冲击极大。要求循环泵必须具备变工况运行的条件。同时一次网也要根据二次网温度，压力，流量的变化，进行调整，保证安全稳定运行和居民实际的需求。

4 现有供热系统的改造

根据以上分析，为了满足分户计量后的用户需求，同时保证设备的安全，我们对站内设备，二次网设备进行改造。其中最核心的是循环泵的可以进行无级差的调速，这就要求循环泵电机必须进行变频运行。

入户热力装置要加装热力表，热量表的选型结果直接影响入户热力装置的改造。和流体接触的热力表前是否需要加装除污器，加装除污器后，管道局部阻力增大，管道是否需要扩径等。楼道入口热力装置涉及到所选型的平衡阀是否满足变热计量求。根据笔者自己的了解，部分厂家的平衡阀在满足变工况一部分厂家的平衡阀不满足热计量运行。对于循环泵首先进行热力计算，是否满足极端情况下的热力工况。选型确定后，对循环泵电机的运行调整方式进行改造，加装变频器。以满足变 工况运行。由于一、二次的严格分离，二次网调度中心不仅要参考二次供回温度，还要参考二次供回压力变化来调整一次回水截门的开度，增加了调整的难度。

热计量供热是一个系统工程，本文仅仅从供热运行的角度，对天津市某小区现有供热系统改造成分户热计量进行了定性分析。分户热计量的实施除了系统的改造，还涉及管理方式的变化，用户收费制度，交费习惯，供热标准，等一系列配套管理制度的制定。

参考文献：

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集中供热作为城市供热的主要方式，为保证供热的经济性和可靠性，必须对供热系统进行调节。供热系统通常以供暖热负荷随室外温度的变化规律作为调节的依据，主要目的是使供暖用户的散热设备的散热量与用户热负荷的变化规律相适应。为了使建筑物内温度达到设计温度，必须对供热系统进行调节。集中供热系统的调节分为质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节和间歇调节。

现状的供热系统中，由于多为间接供热及变频水泵的使用量较多，这有助于实现分阶段改变流量的调节。

1 各种调节方法简介

（1）质调节。质调节就是对热媒的性质进行调节，即改变供热热媒水的温度。这个温度的改变是从热源处改变管网供水温度和回水温度，运行管理简便，管网的水力工况稳定，是最为广泛的调节方式；但是，对于多种热用户的热水供应系统，在室外温度较高时，如仍按质调节进行供热，往往难以满足要求。

（2）流量调节。在进行流量调节时，保持供热管网的供水温度不变，是随着室外温度的变化不断改网路中循环水量，随着室外温度升高，网路流量迅速地减少这样常常会使供暖系统产生严重的竖向热力失调，同时在运转中不断地随着室外温度的变化而改变网路流量也难以进行管理，也只能是对集中质调节的一种辅助方式，对局部供热系统作辅的词节。

（3）分阶段改变流量的质调节。分阶段改变流量的质调节是在供暖期中按室外温度高低分成几个阶段。在中小型热水供暖系统中一般可选用两台不同规格的循环水泵，如果一台循环水泵的流量和扬程按100％计算，另一台循环水泵的流量则按计算值75％选择，扬程可按计算值的56％选用。又从散热器放热量来分析，在某一室外温度下，如要保证室内温度为定值，散热器的放热量也应为某一确定量，所以，无论采用质调节或其他调节方式，散热器的平均温度都应保持一致，管路供水温度的升高和回水温度的降低的数值应该是相等的。

（4）间歇调节。间歇调节指的是在设计工况时为连续采暖，仅在室外温度的升高才减少供暖时数，为了使网路近端和远端的热用户通过热媒介的小时数接近，在锅炉压火后，网路循环水泵应继续运转一段时问，这段时间要相当于热介质从高热源最近的热用户到最远热用户的时问。不同型式的系统，产生竖向失调的内在原因是不同的。

2运行调节的基本公式

供热系统进行调节的目的是在供热系统稳定的工况下，达到系统的供热量与用户处的耗热量相等，即系统供热量Q1、散热器散热量Q2与建筑物的耗热量(设计状态热负荷)Q3相等，则可得：

上式中， 和 分别为运行工况供水温度和回水温度； 和 分别为设计工况供水温度和回水温度； 为室内温度； 为相对流量比，质调节时， ==1； 为相对热负荷比， ，其中 和 分别为室外温度实际值和设计值； 为散热器平均温度， ； 为散热器实验系数。

以上计算公式可以对供热系统的调节进行指导。

3 热计量后的供热系统调节

供热用户实现热计量收费以后，必须要有相应的热量可调节手段，否则不能实现真正的节能。实现用户热量可调节的技术主要是在用户室内的各散热器支管上安装自力式温度调节阀，用户可根据个人生活习惯及经济条件在调节阀上设定所需温度。温控阀主要有双通阀和三通阀两种方式，当采用双通阀后，室内供热系统就成为了变流量系统。而当用户有了自调节能力，只有协调好个体调节与集中调节之间的关系，才能既保证满足用户的需求，又能实现节能最佳。

3.1 用户调节

以热源热网及用户为一个整体考虑，用户系统采用双通阀调节散热器(或是其他末端散热装置)的散热量，系统的整体节能效果最明显。但是如果有的用户系统不允许采用双通阀调节散热器(末端装置)的散热量时，则应该设置用户入口装置将热网和室内系统隔离开。室内系统采用恒流量运行，热网系统采用变流量运行，也能获得较好的节能效果。用户入口装置也要采取一定的调节方案，构成独立的调节单元。

3.2热源与热网调节

热用户安装有三通阀或者双通阀后，已经具备了自调节能力。此时在热源处的负荷预报就变得很有意义了。因此，提高预报精度，保证预报控制稳定性成为主要的问题。

（1）循环泵恒转速时的预测控制

如果热用户是恒流量运行，则循环泵应该是恒转速运行，热源应该是质调节运行。控制系统应该根据热源出口处的参数，如热网供回水温度室外温度热网供回水流量(主要是监视异常情况)，预测热源的供回水温度，并且进行反馈调节。

（2）循环泵变转速时的预测控制

热力系统采用变流量运行方式输送热量具有很大的节能潜力。而在较大范围内变化流量调节时，采用变频来改变循环泵转速是当前普遍的做法，其节能效果显著。控制系统应该根据热源出口处的参数(如热网供回水温度热网供回水压力热网供回水流量室外温度)，以满足供热用户需求系统整体能耗最小为预测控制的最优目标函数，预测热源的供回水温度热网供回水压力热网供回水流量，并且进行反馈调节。循环泵应该按照预测控制系统预报的供回水流量和压力参数，在保证系统水力工况稳定的前提下进行反馈调节。

（3）热源调节

热源应该按照预测控制系统预报的循环流量和供回水温度进行调节，在保证控制指标的前提下，锅炉采用最佳燃烧寻优调节。

4 小结

供热系统的调节对供热系统的安全节能运行有重要作用，通过以上的论述可以得出以下结论。

（1）实际运行中，在对供暖系统进行质-量双调时必须对外网进行水力平衡调试(避免楼与楼之间的热量不平衡)，还须具备精确的水温、流量控制技术才能实现，否则会因水温控制不好虽水泵节能却锅炉多耗能，得不偿失。

（2）对于一次水管网，应根据热源的性质选择调节方式，不宜盲目的采用流量调解法。

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【关键词】供热系统 节能措施

1.我国供热现状情况分析

我国是一个发展中大国，又是一个建筑大国，每年新建房屋面积高达20亿平方米，超过所有发达国家建成建筑面积额的总和，因此每到冬季采暖期，供热就成为社会各界普遍关注的焦点问题之一，我国传统的采暖区一般指淮河以北的地区（东北、华北、西北），城镇供热大部分采用火炉采暖、分散锅炉供暖、电热膜辐射采暖等。随着人民生活水平的不断提高，人们对供热的数量和质量也随之增加和提高。实践证明，集中供热是供热发展的主要方向，特别是从2000年以来，我国城市集中供热发展迅速，以实现供热面积约17.5亿m2，但在有些城市还是普遍存在因热源不足导致热用户不能入网的现象。我国传统建筑结构围护热阻小、封闭性差、传统供热模式效率低等诸多因素影响，造成我国供暖能耗巨大，浪费惊人。我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家的3倍多，在住房和建设部提出建筑节能50%的目标后，国内各部门做了大量有效工作，进行了有益的探索，取得了一定的成效，比如采用空心砖，墙体铺设聚苯板等等，应该说我们的供热节能前景是广阔的，但任重道远。

2.供热系统节能的技术措施

2.1 改善燃烧技术

目前集中供热锅炉多采用链条炉排炉，由于燃料多为混煤，着火条件差，炉膛温度低，燃烧不完全，炉渣含碳量高，锅炉热效率普遍偏低。采用分层燃烧技术对减少炉渣含碳量、提高锅炉热效率，有明显的效果。对于粉末含量高的燃煤，可以采用分层给煤燃烧机型技术。该技术是将原煤在入料口先通过分层装置进行筛分，使大颗粒煤直接落至炉排上，小颗粒粉末送入炉前型煤装置压制成核桃大小形状的煤块，然后送入炉排，以提高煤层的透气性，从而强化燃烧，提高锅炉热效率和减少环境污染。采用复合燃烧技术，增加锅炉出力。

对大型链条炉排锅炉，当用户热负荷增加，扩建锅炉没有地方时，亦可采用复合燃烧技术，链条炉排锅炉的炉侧或炉前，加装磨煤燃烧系统及煤粉喷然装置，将制成的煤粉吹入炉壁内，依靠炉排上的火床，引燃煤粉，使在炉内形成层燃和室燃两种燃烧方式。采用复合燃烧虽然需要增加燃烧空间，加大除尘力度，但可提高锅炉的热功率、热效率。

2.2 加强锅炉及供热系统的维护，防止和减少热损失

锅炉运行时，由于维护不当，对热效率影响也很大。应随时清除锅炉内的积灰，减少热损失。锅炉的水冷壁管、对流管束、省煤器、空气预热器等受热面积灰和锅炉结垢是影响锅炉传热的一个主要因素，据有关实验测定，水垢的热阻是钢板的40倍，灰垢的热阻是钢板的400倍，技术清除锅炉受热面的积灰是提高锅炉热效率的有效措施。目前清除锅炉积灰主要有机械和化学方法，而以化学方法应用较广。化学清灰剂是用硝酸钾，硫磺混合粉末组成，使用时用高压空气喷入炉膛与烟灰起化学反应，使灰垢变得松散而脱离。

同时由于锅炉及供热系统温度比环境温度高的多，使锅炉系统向周围环境放热产生损失在所难免。为了减少热损失必须加强维护，对锅炉本体及管道要做好保温层，从而减少热损失。国内有些地方对于供热系统检修，采取夏季放水检修，冬季投产前充水的做法，这样由于放水后不及时充水，空气进入管道而造成内壁腐蚀。所以对于供热系统检修应该采取夏季管道充水保护的做法，在夏季检修后及时充满符合水质要求的水，即可省去供热初期冲水准备时间，又可防止管道内壁腐蚀。对使用热水管道集汽罐排气时，尽量使用自动排气阀或密闭关锁阀门，避免用户乱开阀门放水。另外要经常检查供热系统中的阀门、接头、散热器等，及时消除漏水现象。

2.3 供热管网节能措施

我国多数蒸汽管网存在热损失大的现象，地沟敷设的管网热损失尤为严重，冬季在地沟敷设管道上的部分路面上形成明显的痕迹，雨季管沟往往就成了排水沟，对管道的保温损害较大，造成运行中大量热量损失。有些城市也采用直埋敷设的方式，但是在钢套钢直埋管的安装过程中“重内管，轻外管”内管焊接、探伤、验收等往往被忽视。所以在管道安装过程中，要加强施工管理，特别是要确保管道清洁，防止造成杂物堵塞造成不热甚至胀管等情况出现，做好管网的维护检修，以尽量减少冒滴漏造成的损失，室外二级管网的设计，要充分考虑供热站周边热负荷的发展状况，应科学分析，合理设计，即着重眼前又兼顾长远，初投资看起来有点大，但可以避免将来扩容造成的重复建设，有效发挥初投资效力。

2.4 采用变频技术实现节能

风机和水泵是锅炉房的耗电大户，在选型时都是以额定负荷为依据的。通常在运行中风机的风量是变化的，采用变频技术调节电机功率来调节风量，从而达到节能的目的。变频技术在最近几年使用较为广泛，显著优势是节电效果明显、调速性能优、适用性强、系统安全可靠、延长设备使用寿命等。炉排电机采用变频调速装置，可以控制炉排的速度，从而达到最佳的燃烧效果，以提高锅炉的热效率；同时随着分户计量的实施，管网系统的流量也在动态的变化，所以水泵上安装变频装置也是非常必要的。采取变频技术，可以及时的把流量、扬程调整到实际工况点，避免了电能的浪费，电机转速降低后，电能可降30%-40%，节能效果明显。

2.5 选择合理的循环水泵

循环水泵是集中供暖系统中的重要设备之一，靠它克服沿程阻力，把热量送到千家万户，同时它又是耗电“大户”。但是我国很多循环水泵与热网的实际运行量不匹配，在水泵的选择方面，实际运行达不到最佳效果，扬程选择受限制，不仅增加了供热的投资成本，也增加了运行的费用，浪费电能，与资源节约社会的发展需求不符。所以根据实际情况选择合适的循环水泵就特别重要了。

一般集中供热中循环水泵主要通过“水泵性能表”进行选择，由于当前市场上的水泵型号品种繁多，适用与供暖系统的主要为单级单吸或者单级双吸立式管道泵、直联单级单吸卧式离心泵、单级单吸式离心泵以及单级双吸中开蜗壳式离心泵等。其选型应主要根据供热系统的调节方式进行确定，具体步骤如下：首先，质调节或者间歇调节的情况下，水泵的参数按设计工况而定，可选择恒速水泵；其次，当用于量调节或者质调节时，水泵的参数根据工况而定，水泵电机装置为无极调速；另外，在分阶段改变流量的情况下，有以下几种选择：一是水泵的参数根据分阶段流量并且热网阻力为确定值，则选择多台水泵同时工作；二是水泵的参数根据设计工况而定，选择多台同型号的水泵，并采取并联运行；三是水泵的参数根据设计情况而定，选择水泵分别配置变级调速电机，并分几段工作。

2.6 热用户的节能措施

根据不同建筑群的特点，采取分时供热，比如公共建筑特点，像办公楼、礼堂、实验室和教学楼、学生宿舍等，不需要24小时恒温供热，应采用间歇供热制定，以实现用热与供热相协调。尤其是各类院校放假期间只需要保证值班采暖温度等，按需供热的热源及运行负荷大大减小，从而达到节能目的。

分户控制与计量是供热节能发展的趋势，在国外，广泛采用的分户控制与计量的建筑节能供热技术取得了很好的节能效果。德国、挪威等欧洲发达国家对于分户计量以及集中供热间歇供热运行调节的经验很多。对于非居住性公共建筑，如学校、办公楼等，主要有两种控制方法：一是控制启停时间；二是定量控制供水的温度。虽然我国全面实现分户控制与计量供热技术还需要相当长的一段时间，但这种新节能技术值得我们学习和借鉴，在新建供热系统非常有必要加以考虑。

3.结束语

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关键词 供暖系统；分户计量；水力平衡；初调节

中图分类号TU99 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）86-0017-02

笔者结合相关项目对集中供暖分户计量供热系统的初调试进行论述。石韵浩庭小区共五栋楼，热力站位于小区中心地下一层机动车停车库内。

1 系统的调试步骤及方法

1）确认整个系统全部安装完毕，达到调试条件

首先，在进行调试之前，必须确保整个系统全部安装完毕，各段的打压实验合格，管道清洗工作无误。在本小区调试过程中，就由于二次线管路清洗不彻底，在供热运行中造成热力入口处除污器、换热站内除污器及每户管井内除污器被堵塞的现象。造成整个楼供热效果不理想，个别的用户除污器完全被堵，户内完全不循环，给调试工作带来极大障碍。所以在管路清洗这一环节一定要求清洗彻底，绝不能马虎。其次，换热站内各设备的单机试验必须完成，电路供电正常稳定，以免在运行时突然断电造成设备的损坏。各压力表温度计指示无误，各阀门动作正常。在确保整个系统安装及其他条件全部合格的条件下，方可进行下步工作。

2）系统的充水及启动

在系统进行运转之前，必须进行系统的充水和启动，然后再进行初调节。本小区充水在热力站内利用补水泵进行补水。所补的水是经过软化后的软化水，对二次网路进行充水。在二次线系统补水之前，应关闭所有的泄水阀门，开启二次系统中所有的排气阀。同时打开末端网路的供回水管的旁通阀，在每个楼的热力入口处关闭用户系统的总阀门。把水压入二次管路，当管网中最高点排气阀有水冒出时，可关闭排气阀，二次线充水完毕。在二次线充水完毕后，再打开每个楼热力入口的管道总阀门，关闭旁通阀，对用户系统进行充水。同时利用各单元立管顶部的排气阀，排出管内空气。

充水工作完成后，利用定压泵对整个系统进行定压，本小区楼高44m，系统定压为60m，定压为0.6MPa。系统充水完成后，即可进行系统的启动。启动的顺序为先启动循环水泵，进行冷循环。当冷循环稳定后，再打开一次线供回水阀门，进行供热。

3）系统的初调节

系统的初调节分为五步进行。首先，在换热站内对二次管路进行调节。本小区共五栋楼，二次线分为南北两个区，在分水器和集水器各有二个支路。南区为一、五号楼，北区为二、三、四号楼。根据南区和北区的总热量负荷，利用G=860×Q/（tg-th）m3/h [1]，算出南北区的流量，利用超声波流量计在回水干管上测量流量，用手动调节阀进行调节，使之达到设计的流量附近，使南北区达到水力平衡，并对调节阀做好标记。第二步对每栋楼进行单体调节。由于四、五号楼离换热站较近，两个楼的作用压头很大。在选择用户支管路的管径时，又受到管道内的热水的流速和管径的限制，剩余压头在分路上不能完全消除。所以四、五号楼的实际流量比设计计算的流量要大。而一、二、三号楼流量反而达不到设计要求。造成该三栋楼不热而四、五号楼过热的现象，出现单体楼之间的水力失调。在调试过程中在四、五号楼的热力入口处，利用超声波流量计把四、五号楼的流量测量出来，用手动调节阀控制在设计的流量范围内，并在调节阀上做好标记。用同样方法将一、二、三号楼的热力入口处的调节阀进行调节，达到设计流量。

如果各个单体楼之间的供回水温差和换热站内总的供回水温差相近时，则可认为系统的水力工况良好。当发现各单体楼的供回水温差相差很大时，应先找出供回水温差小于热源总供回水温差的单体楼。按单体楼的规模大小和温差偏离程度大小确定初调节顺序。对规模较大且温差偏离较大的热用户可以在热力引入口处开大供水或回水阀门的方法，调节供回水压差，达到新的数值。在各个单体建筑进行初调试完成后，第三步进行每个单体建筑中各个单元立管间的平衡。在以住宅为主的单体建筑中，一栋楼的单元数为3个～6个，多的达到8个，当单元数超过4个以后，末端的单元与前端的单元相比，温度普遍偏低，产生这种原因的情况是由于前后单元的不同距离位置造成的，属于水平失调。在本小区中，最大的单元数为6个单元，热力引入口在建筑物的中部。热力引入口设在中部，在一定出程度上减少远端立管的失调。但这还不够，还需要对每个单元立管进行平衡调节。在本小区每个单元立管上都装有手动调节阀和平衡阀，根据距离热力引入口远近调节流量，使之达到平衡，消除剩余压力。

在每个单元各个立管达到平衡后，第四步对每个单元各层之间进行调节。本小区住宅部分采用的是下供下回式系统，这种方式容易出现底部过热而顶部不热的情况，即出现垂直失调。在调试过程中，根据上下楼的冷热程度，逐一调节每层管道井处的平衡阀，由下至上调节。

第五步对进行户内调节。本小区户内系统采用的是双管异程式系统，大部分分为二个环路。户内系统由于各环路和各组散热器调节不当会出现水平失调。系统管路设计时进行水力计算的最终目的是使作用于每一循环环路上的作用压力能保证在环路的每一管段内所需的流量。而系统各热用户或散热设备中的实际流量与计算流量是不一致的，这就是热用户或散热器的水力失调。通过对用户内系统进行调节，使各环路的阻力相等，才能使各路的流量分配均匀。在本小区的户内系统中采用双管异程式，散热器进出温差大，流量对散热器的影响大。可通过散热器的温控阀进行调节。先调节末端散热器，待达到一定热度后再逐个调节前面的各个散热器，最后使之达到平衡。

在本小区的调试过程中，出现了各种原因造成系统不能达到供暖合格现象的发生。1）由于二次管线冲洗不干净造成除污器被堵现象，使热力循环不畅；2）一、五号楼15层大面积不热的情况，经查为系统中的空气不能排出，立管的自动排气阀高度比15层散热器高度还要低，造成堵气。经整改把所有立管加高，超过所有散热器的高度，从而达到排气顺畅；3）一号楼热力引入口的压差控制器失灵，造成一号楼全部不热，在热力引入口处供回水的压差为零，整个一号楼系统没有循环；4）各楼流量分配不均，近换热站的流量大，远离的楼流量小，造成各个单体楼间失调。经过整改，使整个供热系统达到了平衡，满足了供热要求。

2 结论及建议

在供热运行及新建楼房验收工作中，施工质量的好坏对调试的成功与否关系极大。施工时支、立管、干管甩口不准，支托架失效，形成倒坡，导致憋气，影响水循环，从而使系统某些部分冷热不均。造成这些人为的施工问题，调试时则费时费力，甚至无法弥补，这不仅给调试工作造成影响，还会增加施工成本，造成新的浪费。因此，施工中应加强对施工单位的监督检查，减少或避免施工缺陷，做好交工时的系统清洗对初调试是十分重要的。系统在完成初调节后，各调节好的阀门需做好标记，以便检修和处理故障后能够迅速恢复正常。在日常的运行须加强管理，以保证供暖质量和系统安全经济运行。

篇9

当压力管道中的流体因某些原因而产生流速的急剧变化时，由于流体的惯性作用而引起管道的流体压力急剧变化，这种现象作为水锤现象或流体瞬变过程．

水锤是管道瞬变流动中的一种压力波．下面以图1所示的简单的供热系统模型为例来说明水锤波的形成机理及其传播、反射和叠加过程．为便于分析，假设循环水泵a产生的压头与流量无关，水泵的吸入端和压出端连接膨胀水箱e和f，使管网在任何水力工况下，水泵吸入端6和压出端1的总压头都保持固定不变。

图1　热水供热网模型图

a--循环水泵；b--止回阀；c--干线供水管上的调节阀；

d--热用户；e--膨胀水箱；f--膨胀水箱

当阀C全开、供热系统处于稳态时．管中流速为VQ，倘若由于某种原因，阀C突然瞬间关闭，则点3流速突然滞止为零，点2出现突然压力升高，从而使此部分流体的密度增大、流体压缩和管道膨胀；点3出现突然的压力降低，使这部分流体的密度减小、流体膨胀和管壁压缩．阀门C前后的压力以弹性波的形式由阀门C迅速传向全部热水网管道。

当快速关闭阀门C时，上游管道中的后续流体仍以原来流速+V0继续向阀门C方向运动，与首先停留的流体相毗邻的流体一起填充了前一部分流体压缩和管壁膨胀而扩大了的容积之后，其流速也相继从+V0骤降为零，随即产生升压，流体压缩和管壁膨胀．这样依次由阀门C向循环水泵a延伸．当这种升压运动传播到假设压力恒定点1时，1一2管道中的全部流体速度都变为零，在这一瞬间，管道中流体的动能全部转化为流体的弹性压缩能和管壁的变形能，1-2管在正压力作用下呈现膨胀状态。

当水锤波达到点1时，由于点1压力不变，所以在压力波达到的瞬间，点1处于一种不平衡状态。点1处流体密度首先恢复到原来状态，升压随即消失。由这一瞬间开始，压力波向反方向运动，管段1-2中流体产生与原来相反的流动，这种降压以同样的传播速度向阀门C处传播，当其返回阀门C处时，管道1-2中的压力全部为H1，即与点1的压力相等。

由于管道1-2中流体向循环水泵a流动，而阀门处于完全关阀状态，无流体补充以维持这种流动，从而引起该处压力下降，流体密度减小和管壁的收缩，这种降压运动又以同样传播速度向a处传播。当到达点1时，管道中的流速都变为零。在这一瞬间，管道中全部流体的动能变为流体的弹性膨胀能和管壁的收缩变形能，管道中压力降低。管道1-2呈收缩状态。

虽然管道1-2中流体压力降低，但由于点1的水头高于管道1-2中的压力，于是使点1处的流体产生向阀门C的流动，管道1-2中的压力开始升高，这种压力波以同要的速度向阀门C处传播，当传播到阀门C处后，压力回升到稳定值H1。管道1-2呈收缩状态。

由于磨擦以及流体和管壁的非完全弹性等作用，使振荡发生阻尼，压力波逐渐衰减，从而最终使流动消失。

在阀门C的另一例，点3将出现类似情景。但开始时是减压波向阀门C下游管道传播，液体汽化现象称为气穴或空穴。由于气穴处是气体而不是液体．而破坏水流的连续性．发生这种边界条件变化，通常会使上游的液柱加速而下游液柱减速，从而使上游的液柱赶上下游的波柱，导致气泡破裂、溃灭，或者当气穴中的气体被带到下游压强较大的区域时，发主气穴的条件消失，也发生空泡的溃灭．在空泡溃灭的过程中，空泡溃灭水锤极大，可以大到足以破坏管子。

在管道中发生水锤现象后，任何一点的流速和压力不仅与该点的位置有关，而且与时间有关，因而是非稳定流．在水锤现象发生的过程中，由于液体受到巨大压强的作用，在计算中必须考虑液体的压缩性和管壁的弹性变形，否则，将会导致与实际不符合的结果。

二、基本方程

热水供热网的水力瞬变可以用下面的一些对拟线性双曲编微方程描述：

（1）

连续方程：

（2）

式中：H--测压管水头（mH2O）;t--时间，（S）;

a--水锤波传播速度，（m/s）；g--重力加速度，（m/s2）;

A--管道横截面积，（m2）；Q--管道流量，（m3/s）

x---计算点距起始点的坐标蹁，（m）f-管道沿程磨擦阻力系数；

D--管内径，（m）

应用特征线解法可以将方程（1）和方程（2）变换成四个常微方程：

在变换原偏微议程的过程中，没有作过常常近似，因此按方程（3）至方程（4）至方程（6）得到的角，就是原来方程（1）和（2）所确定的系统的解。C+、C-为两组相容性方程，其中方程（4）和方程（6）为xt平面上的两条特征线，方程（3）和（5）分别为在两条特征线上成立的相容性方程。

把一根管子分成N段，每一段的长度为x，算出时步为t=x/a，当已知i-1点及i+1点的H和Q值时，可以沿特征线dx/dt=±a积分方程（3）和（5），并对磨擦项作一阶近似可得到有限差分方程如下：

（7）

（8）

式中：

Qpd、Hpd--时刻t管道第i个计算截面的未知流量和测压管水头；

Qi-1、Hi-1--时刻t-t管道第i-1个计算截面的未知流量和测压管水头；

Qi+1、Hi+1--时刻t-t管道第i+1个计算截面的未知流量和测压管水头；

若已知t=0时刻管道的各计算截面的H和Q值，在任何一个内部网格交点;都可以利用方程组求出计算时刻的H和Q值。

需要注意的是，管网是由很多管段组成的，对所有的管道，时间步长的选取应当满足库朗相容性，必须把时间增量取成相等。

转贴于 三、边界条件

水锤产生的大兵团是由于边界条件变化如某一泵上突然停电或阀门突然关闭等原因引起的。这里的关键是要给出连接管路两端的边界条件。下面逐各讨论热水供热网中常见的边界条件。

1.水泵

（1）正常工作的水泵

正常工作的水泵的特性，可以通过其特性曲线来确定，泵的曲线可以写为；

（9）

式中：α1、α2--表征水泵特性的两个系数；

H9--水泵的断流水头，（mH2O）

Hp1--水泵吸水端的测压管水头（mH2O）

Hp2--水泵出水端的测压管水头（mH2O）

将方程（9）和方程（7）、方程（8）联立，可以求出流量为

（10）

式中：B1--水泵吸水管的计算常数；B2--水泵出水管的计算常数；

其它的水头、流量值可以从相应的方程中求出。

（2）意外停泵

水泵意外停泵之后在惯性作用下继续减速旋转，当管道流速减小到零而开始倒流时，水泵在侄流情况下仍继续减速正转，直至转速为零，之后还可能在反向压力的作用下倒转。因此，水泵的工作特性不能用某一恒定转速下的水泵特性曲线表示，必须由水泵降速以至反向旋转过程中各种不同转速情况下的水泵特性曲线表示，即用水泵的全特性曲线表示。

根据相似准则，当泵的比转速相同时，泵具有相同的全特性WH及WB。

令

（11）

其中

式中：下标R--代表额定值，H--扬程；Q--流量

T--轴转矩，N--转速

如果某台泵的全特性曲线已知，那么就有α和v两个未知量，可以通过水头平衡方程和扭矩平衡方程，叠代求解v和α，得到每一时刻泵的动态参数作为边界条件。

2．调节阀

如果有一个调节阀装在已知管线内，对于正向流动可以得到阀门的边界条件方程如下：

（12）

式中：H0--在初始稳定条件下，通过阀的流量为Q0时，阀门前后的水头差。

脚标1--调节阀上游侧的截面标号；

脚标2--调节阀下游侧的截面标号；

方程（12）和方程（7）、（8）联立时，可解得：

（13）

式中

同理，对于负向流动，阀门的边界条件为

（14）

方程（14）、（8）联立，可解得；

（15）

3．管道串联节点

串了管为不同管径的组合，对于壁厚、管材、坡度、管壁粗度不同的等直径管道也同样适用。

由连续性方程和串联节点处压力水头相等的条件，可写出串联节点的边界条件方程：

（16）

式中各参量右下角的第一个下标表示管子的序号，第二个下标表示管段节点的序号

联立方程（16）和方程（7）、（8）可以求解得到：

（17）

式中B1、B2、R1、R2分别表示第一、第二根管子的计算常数。

4．分叉管道的联结节点

分叉管道的联结节点，若包略管道节点处的局部损失，可近似地看作各管道节点处的水头相等，再使用连续性方程，建立其相应的边界条件。

5．局部损失

在某些管路中，局部损失可能是水头损失的重要部分，在一个串联管道变径节点处，方程（16）用下式代替：

（18）

联立方程（18）和方程（7）、（8）可求解各未知变量。方程（18）中各符号的意义同前，ζ为节点出的局部阻力系数。

6．热用户

根据能量方程、孔口方程、连续性方程，建立其相应的边界条件方程如下：

正向流动：

（19）

反向流动：

（20）

式中：S--热用户的阻力数，τ--阀门的相对开度；

H0--τ=1时，以Q0的流量流经阀门时，水力越度线的定常降落，（mH0）。

正向流动：

（21）

反向流动：

（22）

式中：

7．集中惯性元件

在主管和装置间的短接头、较长系统中的短管和管壳式水加热器都可当作集中惯性元件来处理，认为管为非弹性的，其中的液体为不可压的，瞬变分析时，认为这部分的弹性远不及惯性重要，当液体介质为固体处理。

四、蒸汽空泡溃灭水锤

当在供热系统中水锤引起的压力降低到汽化压力时，涉及到水、汽两相流问题，因此变得更为复杂。本文不反注意力集中在两相流的汽泡动力学上，只从"宏观的"观点来讨论问题。认为汽穴使水汽分离，而在压力升高时，被分离的水柱再度弥合，互相撞击，形成压力急骤上升。水柱分离及弥合现象的物理模型，基于以下的假设；

1．水柱分离后，两水柱的截面与管轴线是垂直的，两水柱间的空穴充满蒸汽，其压力等于水的汽化压力．

2.水柱分离发生在管道分段的计计算截面上．

3．在瞬变期间，水中无空汽析出，因而其上锤的传播速度，在连续流体的区域中是常数．

4．水柱在弥合后不残留汽泡．

根据以上假设，计算蒸汽空泡溃灭水锤．在瞬变计算过程中，当任何一个。截面等于或小

于汽化压力时，该截面的空穴可以按质量守恒原理生成或消失。假设在时间步长t流入截面的平均流量是Qpn，流截面的平均流量是Qp，那么空穴的体积为

(23)

所求空穴的体积是从开始生水柱分离的时间内，每一时间间隔t求代数和，进行组加．在空泡消失那一时刻，两水柱技发生撞击，产生空泡溃灭，压力将剧烈上升；这时的压力可用刚性水锤理论来计算．将两段水柱视作刚体并忽略管道的摩擦阻力损失，动能全部转化成压能，水头的升高可由下式计算：

(24)

因此，在产生蒸汽空泡前和空泡溃灭后，都将视作连续的流体．采用前面所述的常规的特征线进行计算，而一旦产主蒸汽空泡后，就将该截面视作新的特殊边界--"水柱分高"边界点，按照本柱分离的数学模型计算．

五、软件和应用

根据上述的水锤计算数学模型，编制出热水供热系统水锤计算软件．该软件具有如下功能：

1．模拟供热系统某阀门关闭、开启或调节开度时热网的瞬变工况；

2；模拟停电等原因引起的水泵故障时的瞬变工况。

3．模拟上述几种事故各种组合形式下的热网瞬变工况．

根据模拟的结果可以分析供热系统在热负荷变化时，在阀门调节时，以及水泵故障等情况下的动态变化趋势，发现可能引起系统损坏的设计和运行工况，论证设计的可行性，确定调节动作的安全性，为系统设计、为制定系统水锤保护措施提供依据．

为检验计算数学模型的合理性，应用该软件对北京某大型热水供热系统进行了可能出现的十一种瞬变工况的模拟计算．计算结果从物理上看合理、正确，与某国咨询公司对同一系统的计算结果相比较；除在出现蒸汽汽穴现象时，咨询公司的计算结果有错误而得到纠正外，其它的计算都吻合较好．表明本计算数学模型接近实际，软件可用于实际工程的模拟计算和分析．

参考文献

1.《瞬变交流》，清华大学流体传动与控制教研组译．水利电力出版社1983

2．M·H·Chaudy:AppliedHydraulictransients，N.Y.NanNosterandReinhold，1979

篇10

关键词：供热管网；优化设计；模型

中图分类号： TK114 文献标识码：A

随着城市建设规模的扩大和供热用户的不断增加，集中供热已成为城市供热的主要发展方向之一。进行城市集中供热管网的优化研究，不但对节约投资，降低供热能耗，提高企业效益等有重要意义，而且是实现供热安全可靠的重要环节。

热能输送管网的参数选择，是进行热网优化的重要环节之一。而供热管网的直径选取则是其中的主要问题。输送热能的载热体，在满足用户需要的条件下，当其流速增大，管道直径就可以小些，因而减少了投资和散热量，管网直径越小，输送阻力越大，动力消耗的费用就越大；反之，管径越大，输送阻力越小，动力消耗的费用越小，但基建投资就越大。所以，必然存在一个最优管径，即最经济管径，在这种情况下，基建投资和动力消耗等费用和最小。而传统的经济管径法常用于粗算管网直径，存在一定缺陷；清华模型相对比较完善，但解法繁琐。针对上述问题，本文从经济最优化的角度建立改进的供热管网参数优化模型，并采用简便实用的优化计算方法，通过实际工程分析计算，验证了本方法的可行性。

1数学模型

由于供热系统优化的数学模型是非线性规划问题，而目前还没有求解该问题的成熟解法，因此需要对经典模型进行变换以便求解。

1.1基本公式

二次往热水管网中，内径、水流量 、设计热负荷的关系：

式中：C-水的比热；

tng-热水网设计供水温度；

tnh-热水网设计回水温度；

1-管壁绝对粗糙度；

ρ1-水的密度；

R1 -热水网的比摩阻。

1.2热水网费用

管网费用包括：管网建设投资与折旧、介质动力消耗费用与热网散热损失。

1.2.1管lj初投资

式中：σ-投资效果系数；

a1，b1-管网造价函数回归系数。

1.2.2管段lj的年折旧费

式中：r-管网年折旧率；

ρ-投资固定资产形成率。

1.2.3输送单位热负荷的动力消耗费用

式中：ld1（lj）-管段lj的局部阻力当量长度（米）；

ηxb-循环水泵效率；

Hg1-全年供暖小时数；

pd-工业用电价格（元/千瓦）。

1.2.4输送单位热负荷的动力消耗费用

式中：k-传热系数；

管道附件局部热损失系数；

采暖期室外平均温度；

热价（元/千瓦）。

1.2.5输送单位热负荷，热水管网部分的年计算费用

1.3管网参数优化模型

为使管网的建设投资和动力消耗费用最小，管网的直径应满足下面目标函数，

即热水管网参数优化目标函数：

Min

该供热管网管径优化问题是无约束非线性规划问题，本文采用牛顿搜索法进行求解。

2 应用举例

某供热管网参数如下：

（1）供回水温度130/90，室内采暖计算温度为18℃，室外平均温度-11℃；

（2）供热系统回收年限8年，投资效果系数0.125；

（3）管网造价回归系数

（4）管网年折旧率3%；

（5）投资固定资产形成率0.95；

（6）循环水泵效率75%；

（7）供暖天数136天，用电价格0.45元/度；

（8）管道传热系数0.8。

根据优化模型，通过Matlab编写优化程序，确定各管段最优管径。具体计算结果如表1、表2。

结语

通过管网优化模型计算结果可知：

（1）管网初投资减少，年折旧费用相应降低；

（2）管网热力消耗费用也有所较少；

（3）管网年总费用比优化前减少了5.1%；

（4）本管网规模较小，经济效益也较小，但优化潜力较大。

（5）从能量经济学的基本原理出发，提出新的较为简便的热水管网模型，并对该模型采用牛顿法求解。

参考文献

[1]沈幼庭.热力系统及设备优化[M].机械工程出版社.1985.

[2]刘丽莉.供热系统优化规划研究[M].系统工程.1998.