摘　要：基于分階段變質(zhì)量流量調(diào)節(jié)方式，將傳統(tǒng)動(dòng)力集中式供熱系統(tǒng)作為比較對(duì)象，分析分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)在各調(diào)節(jié)階段循環(huán)泵軸功率節(jié)約率，以及在供暖期循環(huán)泵能耗節(jié)約率的計(jì)算方法。結(jié)合算例，分析室外溫度、干管長(zhǎng)度對(duì)循環(huán)泵軸功率節(jié)約率的影響。比較同一供熱系統(tǒng)在北京、承德、哈爾濱供暖期循環(huán)泵能耗的節(jié)約率，一般供暖期越長(zhǎng)，循環(huán)泵能耗節(jié)約率越低。

關(guān)鍵詞：分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)；  循環(huán)泵；  軸功率；  能耗

Analysis on Factors Affecting Energy Saving of Distributed Circulating Pump Heat-supply System

Abstract：Based on variable flow control modein stages，the saving ratio of circulating pump shaft power of distributed circulating pump heat-supply system in different stages as well as the calculation method of the saving ratio of circulating pump energy eonsumption in the heating period are analyzed in comparison with the centralized heating system using conventional power．The effects of the outdoor temperature and the length of the main pipe on the saving ratio of circulating pump shaft power are analyzed with an example．The saving ratios of circulating pump energy consumption of distributed circulating pump heat-supply system in the heating period in Beijing．Chengde and Harbin are compared．In general，the longer the heating period．the lower the saving ratio of circulating pump energy consumption．

Keywords：distributed circulating pump heat-supply system；circulating pump；shaft power；energy consumption

傳統(tǒng)供熱方式(動(dòng)力集中式)是在熱源處設(shè)置質(zhì)量流量、揚(yáng)程均能滿足整個(gè)供熱系統(tǒng)的循環(huán)泵，循環(huán)泵揚(yáng)程應(yīng)滿足最不利用戶資用壓頭的需求。這往往導(dǎo)致近源端用戶資用壓頭過(guò)大，遠(yuǎn)端用戶資用壓頭不足的情況，從而形成大質(zhì)量流量小溫差的運(yùn)行狀況，不利于供熱系統(tǒng)節(jié)能^[1-2]。為了解決傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)存在的以上問(wèn)題，專家們提出了分布式循環(huán)泵供熱方式(動(dòng)力分布式)。分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)將熱水輸送動(dòng)力一分為多，通過(guò)對(duì)分布式循環(huán)泵的適當(dāng)選型，為供熱系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)难h(huán)動(dòng)力陽(yáng)]，不僅解決系統(tǒng)水力不平衡問(wèn)題，還能有效降低熱水輸送能量浪費(fèi)的問(wèn)題。本文對(duì)分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)能影響因素進(jìn)行分析。

1　節(jié)能(功)率計(jì)算方法

房間實(shí)際耗熱量是指在實(shí)際室外溫度條件下，為保證供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，單位時(shí)間內(nèi)需要的熱量，即供熱系統(tǒng)實(shí)際熱負(fù)荷。為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于采用分階段變質(zhì)量流量調(diào)節(jié)方式的供熱系統(tǒng)，將不同階段(設(shè)階段數(shù)量為m，按室外溫度變化范圍對(duì)階段進(jìn)行劃分)設(shè)定的室外溫度與供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度之差作為室內(nèi)外計(jì)算溫差，計(jì)算不同階段房間實(shí)際耗熱量(供熱系統(tǒng)實(shí)際熱負(fù)荷)。在計(jì)算房間實(shí)際耗熱量時(shí)，僅考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量與冷風(fēng)滲透耗熱量。

第j階段房間實(shí)際耗熱量西，的計(jì)算式為：

Fj＝Fe,j+Finf,f

式中Fj——第歹階段房間實(shí)際耗熱量，W

Fe,j——第j階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量，W

Finf,j——第j階段冷風(fēng)滲透耗熱量，W

第j階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量Fe,j的計(jì)算式為：

式中tin——房間平均室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，一般住宅取16℃

to,j——第，階段設(shè)定的室外溫度，℃，選取方法可參照文獻(xiàn)[4]

n——圍護(hù)結(jié)構(gòu)種類

ai——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)修正系數(shù)

Ki——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W／(m²·K)

Ai——第i種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱面積，m²

第j階段冷風(fēng)滲透耗熱量Finf,j的計(jì)算式為：

Finf,j＝(tin-to,j)cprNV

式中cp——空氣的比定壓熱容，J／(kg·K)，取1008J／(kg·K)

r——空氣的密度，kg／m³，取1.293kg／m³          

N——換氣次數(shù)，s^-1

V——建筑容積，m³

分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)在熱源處設(shè)置熱源循環(huán)泵，在熱力站設(shè)置分布式循環(huán)泵。熱源循環(huán)泵揚(yáng)程只克服熱源內(nèi)部的阻力，質(zhì)量流量為供熱系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)質(zhì)量流量。各熱力站設(shè)置的分布式循環(huán)泵，提供該熱力站質(zhì)量流量及克服一級(jí)管網(wǎng)與熱力站內(nèi)的阻力。根據(jù)以上思路，分別建立傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)、分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的循環(huán)泵軸功率數(shù)學(xué)模型，模型考慮了不同階段設(shè)定的室外溫度、干管長(zhǎng)度對(duì)循環(huán)泵軸功率的影響^[5-6]。

設(shè)第j階段持續(xù)時(shí)間占供暖期時(shí)間的比例為ej。與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)相比，供暖期分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)循環(huán)泵節(jié)能率g、第j階段循環(huán)泵軸功率的節(jié)約率(以下簡(jiǎn)稱節(jié)功率)bj的計(jì)算式分別為：

式中g——供暖期節(jié)能率

m——階段數(shù)量

ej——第j階段持續(xù)時(shí)間占供暖期時(shí)間比例

bj——第j階段節(jié)功率

DPj——第j階段采用分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)減少的循環(huán)泵軸功率，W

Pj——第j階段采用傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的循環(huán)泵軸功率，W

2　影響因素分析

2.1　研究對(duì)象

某供熱系統(tǒng)共有30座熱力站，供、回水設(shè)計(jì)溫度為l30、70℃，各熱力站設(shè)計(jì)熱負(fù)荷均為3MW，水頭損失均為10m，各熱力站所在支管長(zhǎng)度為400m，支管水頭損失為4.38m，熱源內(nèi)部水頭損失為15m。分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，圖中R1～R30為熱力站編號(hào)，1～60為干管管段編號(hào)，80為熱源循環(huán)泵編號(hào)，81～B30為分布式循環(huán)泵編號(hào)。若取消分布式循環(huán)泵，則分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)則變成傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)。各干管管段計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1，各干管管段長(zhǎng)度均為100m。各熱力站所在支管的比摩阻均為42.1Pa／m，供熱系統(tǒng)中所有水泵的效率均按0.7計(jì)算。

2.2　節(jié)功率的影響因素

設(shè)定該供熱系統(tǒng)位于石家莊，供暖室外計(jì)算溫度為-8℃，供暖期為117d?；谠O(shè)計(jì)工況，對(duì)傳統(tǒng)、分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)循環(huán)泵軸功率進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)，循環(huán)泵質(zhì)量流量為各熱力站質(zhì)量流量之和，經(jīng)計(jì)算為1290t／h。揚(yáng)程用于克服干管水頭損失與最不利熱力站水頭損失，經(jīng)計(jì)算為58.76m。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)工況下傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)循環(huán)泵的軸功率為295.0kW。

對(duì)于分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)，將零壓差點(diǎn)設(shè)定在熱源出口。熱源循環(huán)泵的質(zhì)量流量與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)循環(huán)泵質(zhì)量流量一致，為1290t／h；揚(yáng)程僅用于克服熱源內(nèi)部水頭損失，因此熱源循環(huán)泵揚(yáng)程為15m。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)工況下熱源循環(huán)泵軸功率為75.3kW。分布式循環(huán)泵的質(zhì)量流量為其所在支路熱力站的質(zhì)量流量，揚(yáng)程用于克服熱力站的水頭損失，以及熱力站之前的一切管網(wǎng)水力損失。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)工況下各分布式循環(huán)泵的軸功率見(jiàn)表2。

①設(shè)定室外溫度的影響

不考慮干管長(zhǎng)度變化，分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)功率隨設(shè)定室外溫度的變化見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨設(shè)定室外溫度的升高，分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)功率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)設(shè)定室外溫度為-8℃時(shí)，分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)功率為22.88％，此時(shí)供熱系統(tǒng)為滿負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)設(shè)定室外溫度為5℃時(shí)，分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)功率為15.31％。

②干管長(zhǎng)度

在設(shè)定室外溫度為-8℃的情況下，分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)功率隨干管長(zhǎng)度增長(zhǎng)倍率(各段干管長(zhǎng)度同步增長(zhǎng))的變化見(jiàn)圖3。由圖3可知，隨著干管長(zhǎng)度增長(zhǎng)倍率的增大，分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)功率隨之增大。

③節(jié)能率

供熱系統(tǒng)位于石家莊時(shí)，在設(shè)定條件下，采用分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)能率為19.3％。

下面以北京、承德、哈爾濱地區(qū)為例，分析分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)節(jié)能率的影響因素。北京、承德、哈爾濱地區(qū)各階段持續(xù)時(shí)間及占供暖期時(shí)間比例分別見(jiàn)表3～5。各階段設(shè)定室外溫度、室內(nèi)外計(jì)算溫差見(jiàn)表6。根據(jù)表3～6數(shù)據(jù)，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范設(shè)定3個(gè)地區(qū)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)。經(jīng)計(jì)算呵得到，北京、承德、哈爾濱地區(qū)采用分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)的節(jié)能率分別為20.0％、19.7％、18.5％。

由以上分析，可得到以下結(jié)論：對(duì)于同一供熱系統(tǒng)，一般而言，所在地區(qū)供暖期越長(zhǎng)，節(jié)能率越低。但值得注意的是，供暖期不同反映出不同地區(qū)供暖室外計(jì)算溫度、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)等的不同。

3　結(jié)論

①不考慮干管長(zhǎng)度變化，隨設(shè)定室外溫度升高，節(jié)功率呈下降趨勢(shì)。在設(shè)定室外溫度不變的情況下，隨著干管長(zhǎng)度的增大，節(jié)功率呈上升趨勢(shì)。

②一般而言，對(duì)于同一供熱系統(tǒng)，其所在地區(qū)供暖期越長(zhǎng)，節(jié)能率越低。

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本文作者：常文靜  劉焰  李新家

作者單位：中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司