供熱節能技術的應用與發展不僅是一個地區或企業經濟效益的決定因素，更是國家加強環保建設，堅持科學發展觀，走可持續發展道路的重要體現。2000年以來，各地不斷深化供熱體制改革，加強集中供熱新技術的應用與普及，變頻控制、混水循環及流量平衡閥的應用，有效地降低了供熱系統的電力消耗。國家對建筑節能規范也提出新的要求，加強外墻保溫，進一步降低能耗標準，促進了供熱系統的低碳（低耗熱量）運行。本文圍繞降低能耗，平衡水力兩個方面進行分析，以達到優化配置供熱系統的目的。

一、循環水管網與水泵設計選型的匹配
      （一）優化管網設計參數，選擇合適的比摩阻
      1、主干線平均比摩阻RPj，可取30～70Pa/m；對于間接連接管網RPj值可高達100Pa/m，但要進行經濟技術分析；
      2、計算支線，根據其資用壓力確定其管徑，當DN≥400，V＜3.5m/s；DN＜400，RPj＜300Pa/m；
      3、消除支線富裕壓力，在用戶引入口處安裝調壓裝置。
      （二）優化水泵選擇與運行，選擇合適的流量與揚程
      1、泵的循環流量Q和揚程H滿足要求，有10％~15％的富裕量，嚴禁富余量過大；
      2、宜與管網聯合計算，正確確定工作點，使工作點處于較高效率值范圍內；
      3、水泵循環流量Q較大，宜并聯，并聯臺數不宜多，盡量用同型號泵并聯；
      4、注意多臺并聯時的調節，能較為合理的實現分階段調節；
      5、對變流量系統，宜設一臺變頻泵，實現定速水泵與變速水泵并聯運行；
      6、在首站的循環泵，宜采用蒸汽驅動水泵，不僅可能高能源利用效率，還可以方便調節。
      （三）優化換熱站設計與運行，推廣混水換熱技術
      1、混水循環供熱系統的優點
      混水循環打破了傳統換熱方式只存在熱交換的模式，采用水—水質交換，大大提高了供熱效率，使一次網能量差100%地轉化到二次網系統，提高了一次網供回水溫差，增大了供熱能力。同時能夠充分利用一次網壓力流量，減小了混水泵（循環泵）的過流流量和揚程，從而節省了運行費用。由于混水換熱站沒有換熱器，只有簡單的混水裝置，且無定壓系統，故減少了設備初投資。同時，一次網、二次網通過混水泵、回水增壓泵聯動運行，更有利于二次網的水力調節和溫度控制，達到優化運行的目的。
      2、混水循環系統的形式
      按照混水泵安裝位置的不同劃分：
      A、混水泵設在旁通管
      B、混水泵設在供水管
      C、混水泵設在回水管
      一般采用第一種形式，混水泵流量=二次網流量-一次網流量，能充分利用一次網壓力和流量，降低了混水泵的選型，減少了初投資和運行費用。
      按照是否安裝回水增壓泵及流量平衡閥的安裝位置劃分：
      A、供水減壓，回水減壓。
      B、供水減壓，回水增壓。
      C、供水增壓，回水減壓。
      針對一次網供回水壓力情況及二次網壓力的要求不同，對混水系統進行壓力流量的控制。
      3、混水循環系統的技術要求
      高溫水首站一般采用定流量質調節系統，對一次網回水進行補水定壓，

二次網不存在補水系統。所以要求對二次網混水泵及回水增壓泵進行變頻控制，采集二次網供、回水壓力信號進行流量控制。
      一次網到混水二次網的減壓通過自力式流量平衡閥和電動調節閥控制；通過設定的二次網供水溫度，變頻自動調節一次網電動閥，達到控制流量的目的。
      由于一次網供水壓力較高，一般采用供水減壓，回水增壓系統，及一次網回水加增壓泵。

二、變頻控制在換熱站系統的應用
      變頻調速屬于無轉差損耗的高效調速方法，功率因數能達到90%以上。變頻器不僅可以直接控制電機轉速，而且在變頻的同時，電源電壓也可以依據負載大小相應調節，利用變頻器調節轉速來實現對水泵流量、壓力的調節，使供熱系統運行更加穩定，操作更為方便，從而達到節能效果。變頻控制減少了水壓變化對閥門、管件、換熱器、水泵等設備的沖擊，延長了設備使用年限，減少了檢修次數，帶來良好的經濟效益和社會效益。
      （一）變頻器在補水系統中的作用
      要保證供熱系統中近端和遠端的用熱設備（用戶）都能達到設計的熱媒流量，就必須要求循環水泵供水達到一定的壓力，并且保持相對恒定，我們是這樣完成這一點的：
      在循環系統的回水干管安裝壓力監測點，壓力變送器即時將壓力信號傳輸到調節器。當系統由于失水而壓力低與設定的最低壓力時，其差值模擬量送入控制補水泵的變頻器，來調節補水泵電機的轉速，從而調節了補水量，保證了系統壓力的相對恒定。
      補水定壓控制點的位置選擇通常有兩種方式。一是選在循環水泵入口處，在循環泵的入口處加裝壓力傳感器或遠傳壓力表，通過壓力傳感器或遠傳壓力表與變頗器的聯動調節來確定系統恒壓點的確切位置，這種選擇方式便于系統控制調節：另一種方式是選在最不利環路用戶的供水入口處，只要此用戶壓力能滿足要求，其他用戶就都能得到相應負荷對應的壓力，節能效果明顯。
      1、定壓控制點選在循環水泵入口處，其設定值Ho為：
      Ho=Hd+Hg+20～30（kpa）
      其中：Ho為系統靜壓（Kpa）
      Hd為最高供熱點換熱站的高程差（kpa）
      Hg為相應水溫的汽化壓力（kpa）
        20～30為安全裕量（kpa）
        2、壓力控制點選在最不利環路用戶的供水入口處，設定值Pn為：   
      Pn=Po+△Pr+△py
      Po為系統恒壓點的壓力值
      △Pr為在設計工況下，從n用戶到熱源恒壓點的回水干管壓降
      △py為n用戶的資用壓頭
      （二）變頻器在循環系統中的作用
      循環水泵是機械循環熱水采曖系統的核心設備，同時又是耗電量較大的設備，

合理的選型既能保證系統的正常運行，也降低能耗。但在換熱站循環泵的設計選型時，往往選擇的功率較大，利用變頻器調節其轉速的節電潛力應比變頗補水定壓大得多，但初投資也比較大。
      在循環水系統中，水泵的作功通過水泵出水壓力P2和回水壓力P1的壓力差△P來表示，即△P=P2-P1
      流量Q、管阻R、與壓力差△P三者之間的關系為：
      Q=△P/R
      而水泵作功的功率為
      P=△PQ=Q2R
      因為Q∝n，所以水泵的功率P∝n2
      綜上理論分析和實際測定可以得出變頻器控制水泵運行的優點如下：
      1、在管網運行方面—對循環泵電機實現變頻調節后，在滿足系統所需流量的情況下，電機、水泵轉速降低，低于工頻運行根據水泵的功率P∝n2，系統往往能節電30%—50%，節能效果十分明顯。同時，變頻系統根據水壓波動實現了對流量的自動調節，系統運行趨于穩定，供熱效果良好。
      2、對于電機、水泵本身——兩者實際運行轉速往往低于工頻轉速，因此減小了機械摩擦。電機直接啟動時，啟動電流為額定電流的4~6倍，而變頻調速后啟動電流是額定電流的1/4，改善了電動機的啟動性能，減少了啟動電流對電氣設備的沖擊，延長了設備的使用壽命。
      （三）以我公司某換熱站為實例說明變頻應用的節能效果
      l、設備情況：
      1#-2#水泵： KQL125/185-30/2
        配套電機：  380V  30kW
      3#-4#水泵： KQL100/185-18.5/2
        配套電機：  380V  18.5kW
      2、水泵運行情況：
      2#、3#、4#運行，1#備用
      2#水泵閥前壓力0.48MPa；無進出口閥門開度；
      3#水泵閥前壓力0.5MPa；進口閥門開度100%，出口閥門開度100%；
      4#水泵閥前壓力0.5MPa；進口閥門開度100%，出口閥門開度100%；總管壓力值為0.51MPa；
      回水溫度：33°C 出水溫度：40°C
      2、測算結論：
      根據泵組設備參數和運行數據，運用泵站目標電耗技術進行分析測算，在現有工況下，該泵組實現節電比例39.2%（此結果為實際結果的80%）左右，運行時間按全年120天，每天運行24小時，節電量約為9萬度左右。
      控制方式：應用目標電耗技術配上380V、30kW變頻器并開一臺大工頻。溫差從6°C度拉大到9°C度，最小壓差10m時，實際節電比例42%，節電量9萬度電。

三、供熱管網水力平衡調節技術
      水力平衡的概念：各用戶實際得到的流量與其需求的流量相同。
      調節的理論依據：各用戶的相對流量比僅取決于網路各管段和用戶的阻抗，而與網路流量無關。第d個用戶與第m個用戶（m＞d）之間的流量比，僅取決于用戶d和用戶d以后各管段和用戶的阻抗，

而與用戶d以前各管段和用戶的阻抗無關。
      1、以幾種常見的水力工況變化情況為例，利用水壓圖，定性地分析水力失調的規律性。如圖所示為一個帶有五個熱用戶的熱水網路。假定各熱用戶的流量已調整到規定的數值。如改變閥門A、B、C的開啟度，網路中各熱用戶將產生水力失調。同時，水壓圖也將發生變化。
      （1）閥A節流：
      關小閥A，管網總流量減小，由于1-5用戶的阻抗關系不變，各用戶資用壓頭等比減少，所以流量是一致等比減少失調。
      （2）閥B節流：
      關小閥B
      1、2用戶是非等比失調，資用壓頭增加，流量增大；3、4、5用戶資用壓頭減小，流量減少，一致等比減少失調。
      （3）閥門C關閉時的水力工況
      對于用戶4和5，是等比的一致失調。對于用戶1和2，將是不等比的一致失調。
      2、提高管網水力穩定性的主要方法
      （1）相對地減小網路干管的壓降：適當增大網路干管的管徑，選用較小的比摩阻R值，增大靠近動力的網路干管的直徑。
      （2）相對地增大用戶系統的壓降：增大用戶系統的壓降，可以采用水噴射器，調壓板，安裝高阻力小管徑閥門等措施。
      （3）在運行時應合理地進行網路的初調整和運行調節，應盡可能將網路干管上的所有閥門開大，而把剩余的作用壓差消耗在用戶系統上。
      （4）對于運行質量要求高的系統，可在各用戶引入口處安置必要的自動調節裝置。
      3、管網系統的初調節
      初調節的定義：安裝完的管路系統在投入使用時，因安裝偏差等諸多原因造成管網阻力特性的變化引起水力失調，可通過調整調節裝置的開度，對各管段的阻力特性和流量進行一次全面的調整。一般在管網使用之初需要對管網進行全面調節，又稱為管網系統的初調節。
      （1）比例調節法
      調節原理：對上游管段調節，被調管段下游用戶之間的流量分配比例不變。
      調節方法：
      A、以最小流量用戶為基準，調節其他用戶流量；
      B、和參考用戶保持設計比例，依次類推；
      C、最后調總閥，使流量達到設計流量。
      （2）平衡閥調節 
      調節原理：
      A、支線內調節
      任意選擇調節支線，從末端用戶開始，確定平衡閥的壓降，計算參照閥的特性系數KV和開度KV，調節閥達到設計壓降和流量。調節合作閥門，使用戶1達到設計值，調用戶2，并保持參考用戶1在設計值，依次調節逐條支線上的用戶。
      B、支線間的調節
      調節總閥，使最末端用戶，達到設計值，依次調節其他支線，保持最末端在設計值。
      優點：每個平衡閥只需調節一次，平衡閥的壓降小，節省動力消耗。
      工程實例：2008年，我公司對電業局中心換熱站供熱二次網分支安裝了固安縣愛能供熱設備有限公司生產的愛能牌ZLKⅣ型自力式流量平衡閥，關停一臺循環水泵后，循環水流量由4kg/m2降為2.5kg/m2，供回水溫差由8度拉大到14度，同樣滿足了供熱負荷要求，并達到了節電30%的效果，并減少了工作人員的勞動強度。
      變頻控制、混水循環及流量平衡等新技術的應用，從管網運行的各個方面優化系統配置，降低動力消耗，提高了循環系統的平衡能力。作為供熱節能運行的發展方向，我們還要結合當地實際情況，按照政府宏觀調控有關要求，配合熱計量改革，進一步做好新技術的開發應用。---濟寧市四和供熱有限公司   孔令軍； 濟寧市東郊熱電廠  劉叢倫 董方立

參考文獻：
      ［1］《熱水采暖設計手冊》， 山東建筑設計院，山東建筑學會暖通空調專業委員會。
      ［2］《流體輸配管網》，中國建筑工業出版社，付祥釗 王岳人 王元