供热力站及输送管网系统节能

供暖热力站及管网输送系统的节能问题的探讨 （讲义提纲） 概 述 供热系统把热量由热源传送到用户，一般都要经过如下的三个过程： 1、能热转换过程—由热源系统完成； 2、热量输配过程—由室外系统完成； 3、热量散发过程—由室内系统完成。 根据热力学第二定律（热力学第一定律为能量守恒），在能量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和作功的能量（自由能）外，总有一部分不能继续传递和作功而以热的形式消散的能量，这部分能量使熵和无序性增加。所以，供热系统在实现这三个环节过程中，在不同过程阶段会产生一定的热能损失。 采暖热力站是热源输配过程中的重要组成部分，通过它可以把热源厂生产的蒸汽或高温热水转换成用户可直接采暖的低温热水。热力站及外管网系统的运行，在保证设备系统安全和采暖用户室内温度指标的前提下，怎样提高供热系统的能源利用率降低生产运行成本，是节能降耗工作研究的重要课题。 一、国家及行业相关和规程中有关供热节能的条文 1、《城镇供热系统评价标准》GB/T 50627—2010 （2011年10月1日实施） 此《标准》由中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合发布（2010年11月3日发布，2011年10月1日实施）。它是为了加强城镇集中供热系统运行管理，统一城镇集中供热系统的评价方法，提高城镇集中供热系统的能源利用率，减少污染排放，促进供热与用热质量的提高和系统安全运行，以满足人们的生活需求，依据国家有关法律、法规、管理要求和相关技术标准而制定。 此标准适用于供热介质为热水（一次侧为蒸汽、二次侧为热水也包括）的城镇集中供热系统的设施、管理、能效及环保安全消防四个单元的评价。 （1）4.设施评价： ① 4.3热力站 详见P13页。 ② 4.4供热管网 详见P16页 （2）5.管理评价： ① 5.1基础管理 ② 5.2运行管理 详见P28页 （3）6.能效评价： ① 6.0.1能效评价内容 详见P40页 ② 6.0.2能效评价规定 详见P40页 2、《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ 132—2001 （1）4.7 室外管网水力平衡度 详见P12页和P38页 （2）4.8供热系统补水率 详见P13页和P39页 （3）4.9室外管网输送率 详见P13页和P40页 3、《城镇供热系统安全运行技术规程》CJJ/T 88—2000 （1）3.4热力网的调节 详见P14页和P40页 （2）4.4 热力站的运行调节 详见P17页和P42页 （3）6.3 参数的调节与控制 详见P22页和P45页 4、《供热计量技术规程》JGJ 173—2009 ① 3.0.5 既有集中供热系统的节能改造应优先实行室外管网的水力平衡、热源的气候补偿和优化运行等系统节能技术，并通过热量表对节能改造效果加以考核和跟踪。（P4页） ② 4.2.1热源和热力站必须安装供热量自动控制装置。（P6页） ③ 5.2.1.集中供热工程设计必须进行水力平衡计算，工程竣工必须进行水力平衡。（P7页） 二、热力站系统的节能 供暖热力站系统的节能主要是从热能、电能、和水资源方面考虑；从设计、施工和运行管理入手。下面先从运行管理角度谈起，设计和施工角度的节能问题在后面章节叙述。 在热源为蒸汽的汽—水热力站中节约热能蒸汽的潜力很大，其次是电能，最后是水资源。在热源为高温热水的水—水热力站中，由于现在高温热水的热计量工作尚未展开，节约电能是首要，其次是水资源。 （一）热力站内部能耗损失的主要点有： 1、热力站运行调节不当造成的热量损失； 2、热介质在交换过程中换热器设备的热损失； 3、管道保温层的热量损失； 4、阀门及其它（属于热量传输过程中的设备）保温层的热量损失； 5、热源为蒸汽的疏水系统的热量及水的损失； 6、排气、排污过程中水、热的损失； 7、循环水泵的能量损失； 8、软水制备过程中的水损失； 其中由于热力站运行调节不当而造成的热量损失为做大。 （二）热力站的运行调节 什么是调节和运行调节？在《供热术语标准》CJJ55-93中是这样定义的： 9.1.1调节“为保持供热量和需热量之间的平衡，对供热系统供热介质的流量、温度、压力以及运行时间等进行调整”。 9.1.2运行调节 “供热系统在运行中根据室外气象条件的变化或热用户热负荷变化而进行的调节”。 供热系统的运行调节由集中调节和局部调节两部分组成。9.1.3集中调节“在供热系统的热源处集中进行的运行调节”9.1.4局部调节“在热力站或用户热力入口处进行的调节”。 A. 运行调节的主要方式 1、质调节 改变系统网路的供水温度；（保持热网的流量不变） 2、量调节 改变系统网路的循环水流量；（保持供水温度不变） 3、分阶段改变流量的质调节 按室外温度高低把供暖期分成几个阶段在气温较低的阶段采用较大流量，在气温较高阶段改变为较小流量，在每一个阶段内保持流量不变而改变供、回水温度的运行调节。 4、分阶段改变供水温度的量调节 按室外温度高低把供暖期分成几个阶段在气温较低的阶段采用较高的供回水温度，在气温较高阶段改变为较低的供回水温度，在每一个阶段内保持温度不变而改变系统流量的运行调节。 5、间歇调节 室外温度较高时，保持热网的流量和供水温度不变而改变每天供暖时数的运行调节。 B. 运行调节方式的优缺点 1、质调节 所谓运行质调节就是根据即时的室外气象温度变化，调节供水温度，循环水流量保持不变；其优点是运行操作简便，系统的水力工况稳定，有一定的节约热能效果，目前大多数热力站系统都是采用这种调节方式。但这种调节方式存在的不足是：由于循环水量始终保持最大值，循环水泵电机的耗电量较高。 2、量调节 热力站系统运行中的量调节是根据即时的室外气象温度变化，调节改变系统的流量，而供水温度则始终保持不变；量调节的最大优点是节约电能，其缺点是：如果系统采用量调节的方式运行时，首先必须将管网系统的水力平衡做好，否则，当循环水泵的流量减小时，系统将会发生严重的水力失调导致热力失调，影响供暖质量。 3、分阶段改变流量的质调节 热力站系统在整个供暖运行期间，按照室外气象温度的高低分成若干个阶段，在室外温度较低的阶段中，向系统输送最大的循环流量；而在室外温度较高的阶段中，则使系统的循环流量减至最小。在计算条件的工况下，其同一阶段内系统的循环流量保持恒定不变，并采用与质调节的方式相配合。 分阶段改变流量的质调节的方式是质调节和量调节的结合，即分别吸收了两种调节方式的优点，又弥补了两者的缺点不足，适用于还未使用水泵变频调速运行方式的系统。其缺点是需要按照不同阶段循环流量的大小，分别安装若干台不同规格的循环水泵，增加了设备的初期投资。 4、分阶段改变供水温度的量调节 热力站系统在整个供暖运行期间，按照室外气象温度的高低变化，划分成若干阶段改变供水温度，并在计算条件的工况下，其同一阶段内供水温度保持不变，调节系统输出的循环水流量。即在室外温度较低的阶段中保持一定的较高供水温度，在室外温度较高的阶段中保持一定的较低供水温度；而在设定的每一阶段内热力站系统运行采用改变系统流量的调节。 分阶段改变供水温度的量调节实质上就是质调节和量调节的结合，与单纯量调节的方法比，在室外温度较高的阶段，通过降低供水温度、增大系统循环流量，从而提高了回水温度。该方式供水温度的分阶段调整变化，可以通过热力站系统的气候补偿仪自动控制；系统的流量变化可依靠循环水泵电机的变频调速控制方式实现，进而达到最佳的节能效果，是采暖热力站系统运行调节方式的最佳选择。 5、间歇调节 在室外温度较高的供暖期间，热力站系统在运行中不改变循环水流量和供水温度，而只减少每天的供暖小时数，达到节能的目的，这种调节方式称之为间歇调节。 特别指出，间歇调节在室外温度较高的供暖初期和末期，只是作为一种辅助调节措施采用。应该不能忽略循环水泵在停运后与再启动后，系统远端用户水升温的时间总比近用户端滞后的问题。间歇停运时间一定不能造成热用户的室温低于质量标准。 C. 质和量运行调节方式的经济比较分析 热力站系统运行调节的目的首先是在保证每个采暖热用户的室内温度都能达到设计参数的指标前提下，节约热能和电能的消耗。下面就以一个汽水热力站为例，对上述五种调节方式进行详细的经济分析对比。 1、热力站及系统的基本参数 （1）热源参数及气象参数 A. 热源参数 ①介质为饱和蒸汽； ②工作压力0.6MPa； ③温度158.84℃。 B.气象参数 ①采暖期室外计算温度–8℃； ②采暖期室外平均温度–0.2℃； ③采暖室内计算温度（民用住宅）：18℃； ④采暖期天数：122天（2928小时）； （2）采暖系统参数 ①介质为低温热水； ②工作压力0.65MPa； ③设计供水温度85℃、回水温度60℃； ④采暖形式为散热器采暖； ⑤建筑物类型：普通民用7层住宅楼房； ⑥采暖面积19.7万建筑平米； ⑦采暖面积热指标50W/㎡； ⑧采暖总负荷：Q＝197000㎡×50W/㎡/1000＝9850KW； ⑨系统计算总流量 ＝ ＝339t/h （3）主要设备配置 ①管壳波纹管式汽水换热器2台（单台换热量6500KW）； ②循环水泵2台（一用一备） a.流量G＝374m3/h； b.扬程H＝28m； c.转速n＝1450r/min； c.电机功率P＝45KW。 ③补水泵2台（一用一备）， a.流量G＝11.7m3/h； b.扬程H＝28m； c.转速n＝2900r/min； c.电机功率P＝2.2KW。 2、本采暖系统采暖期耗热量计算 我国的采暖起始室外温度规定为+5℃，本系统石家庄地区的采暖室外计算温度为–8℃，采暖天数为117天；由于整个采暖期每日的室外温度始终在变化，根据当地气象部门提供的历年平均温度延续小时数资料，即可计算出此采暖系统采暖期117天，在不同的室外温度下耗热量及总耗热量的数据。 （1）采暖设计最大热负荷 Qmax＝q×A×10-3 式中：Qmax—采暖设计最大热负荷， KW； q — 采暖热指标， W/㎡（取55）； A — 建筑总面积， ㎡； Qmax＝50W/㎡×197000㎡×10-3＝9850 KW （2）采暖设计最小热负荷 Qmix＝Qmax×（tn－tq）/（tn－twn） 式中：Qmix—采暖设计最小热负荷， KW； tn — 室内设计温度， ℃（取18）； tq — 采暖期起始温度， ℃（取5）； twn— 采暖期室外计算温度， ℃（取–8）； Qmix＝9850×〔18－5〕/〔18－（–8）〕＝4925KW （3）采暖设计平均热负荷 Qmnp＝Qmax×（tn－tp）/（tn－twn） 式中：Qmnp—采暖设计最小热负荷， KW； Qmax—采暖设计最大热负荷， KW； tn — 室内设计温度， ℃（取18）； tp — 采暖期室外平均温度， ℃（取–0.2）； twn— 采暖期室外计算温度， ℃（取–8）； Qmnp＝9850×〔18－（–0.2）〕/〔18－（–8）〕＝6895KW （4）采暖期117天（2808小时）用热量 根据石家庄当地气象部门提供的在采暖期内历年平均温度延续小时数，计算出的采暖期热负荷数据在下表列出： 序号 室外温度 （℃） 室外温度延续 小时数（h） 热负荷 （KW） 总供热量 （MW） 1 ﹣8 92 9850 906 2 ﹣7 92 9470 871 3 ﹣6 74 9090 673 4 ﹣5 171 8710 1489 5 ﹣4 141 8330 1175 6 ﹣3 252 7960 2006 7 ﹣2 232 7580 1759 8 ﹣1 256 7200 1843 9 0 250 6820 1705 10 1 245 6440 1578 11 2 249 6060 1509 12 3 229 5680 1301 13 4 270 5300 1431 14 5 255 4925 1256 15 合计 2808 合计 16 小时平均负荷 6.95MW 从以上计算得出本系统整个采暖期117天的热负荷为19511 MW。 3、不同调节方式经济对比分析 以下对比分析不考虑其它热损失等因素，不计算水、折旧、人工维修等项目，只从蒸汽和电的耗量角度分析比较，热源蒸汽的价格为125元/MW；动力电按0.6元/KW·h计算。 （1）不进行调节随意运行成本分析 ①蒸汽成本计算 9850KW×2808h＝27658800KW＝27658.8MW 27658.8MW×125元/MW＝3457350元 ②耗电成本计算 45KW×2808h×0.6元/KW·h＝75816元 ③两项合计成本：3457350＋75816＝3533166元 ④单位建筑面积两项成本：3533166元÷197000㎡＝17.93元/㎡ （2）质调节的运行成本分析 根据3—1表，按照冬季室外温度的变化进行质调节得出以下蒸汽和电耗的成本数据： ①蒸汽成本计算 19511MW×125元/MW＝2438875元 ②耗电成本计算 45KW×2808h×0.6元/KW·h＝75816元 ③两项合计成本：2438875＋75816＝2514691元 ④单位建筑面积两项成本：2514691元÷197000㎡＝12.77元/㎡ （3）量调节的运行成本分析 根据水泵的相似定律公式： 式中： G — 设计流量 t/h， Gm— 实际运行流量 t/h； H— 设计扬程（设计管网系统阻力） m， HM— 实际运行扬程（实际管网系统阻力） m； N— 设计功率 KW， Nm— 实际运行功率 KW； n— 设计转速 r/min， nm— 实际运行转速 r/min； 计算得出以下流量的电机功率： 序号 室外温度 （℃） 室外温度延续 小时数（h） 热负荷 （KW） 流量 （t/h） 电机功率（KW·h） 耗电量（KW·h） 1 ﹣8 92 9850 339 45 4140 2 ﹣7 92 9470 326 40 3680 3 ﹣6 74 9090 313 35 2590 4 ﹣5 171 8710 300 31 5301 5 ﹣4 141 8330 286 27 3807 6 ﹣3 252 7960 274 24 6048 7 ﹣2 232 7580 261 20 4640 8 ﹣1 256 7200 248 18 4608 9 0 250 6820 235 15 3750 10 1 245 6440 221 13 3185 11 2 249 6060 208 11 2739 12 3 229 5680 195 9 3435 13 4 270 5300 182 7 1890 14 5 255 4925 169 6 1530 15 合计 2808 合计 51397 ①蒸汽成本计算 9850KW×2808h＝27658800KW＝27658.8MW 27658.8MW×125元/MW＝3457350元 ②耗电成本计算 51397×0.6元/KW·h＝30838元 ③两项合计成本：3457350＋30838.2＝3488188元 ④单位建筑面积两项成本：3488188÷197000＝17.7元/㎡ 从上述分析计算的结果中可以看出：在热源为蒸汽的汽—水热力站中，运行调节采用质调节方式的采暖单位面积成本为12.77元/㎡；运行调节采用量调节方式的采暖单位面积成本为17.7元/㎡。因此汽—水热力站采用质调节的方式运行成本低，为最佳选择方式。 （三）热力站的节能其它具体措施 《供热计量技术规程》JGJ173-2009 中4.2.1条“热源或热力站必须安装供热量自动控制装置”。《城镇供热系统评价标准》GB/T50627-2010中4.3.2.7“热力站应设置供热量自动控制装置”。 1、安装计量装置 关于热计量的问题，由于我不是搞这个专业的，不能发表言论，你们王建主任是仪表行业的专家，他能给你们讲述的很专业和透彻。但我顺便说一点就是“计量仪表装置的本身不节能（安装上它增加了管网系统的阻力），但是通过它的计量控制，可以实现和达到最明显、最大的节能效果。” 2、安装供热量自动控制装置—气候补偿器 （1）安装气候补偿器是做好热力站节能控制工作的主要措施和手段之一，通过它可以根据室外气候温度的即时变化自动调节供回水温度，从而实现按需供热，在满足用户舒适度的前提下，最大限度地节约了能源。但是使用它的前提条件就是必须首先做好供热管网系统的水力平衡。 （2）安装气候补偿器后，相当于雇佣了一名高级技术人员，补偿器的本身不能直接提高某一设备的效率，它属于管理节能，其节能量的效果和大小取决于原来系统的管理水平。也就是说要想发挥其节能的作用必须提高整体的管理水平。 3、循环水泵加装变频器改造 将现有的循环水泵的电气控制系统改造加装变频器，是一个能立竿见影节能措施。加装变频调速器后的水泵，可以配合气候补偿器，实现循环水流量的调节，节约电能。 4、在设计中设备的合理配置选型 （1）换热器设备的配置与选型； 降低热交换设备热损失的主要措施是热交换设备的选型。《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ 26—95中 5.2.4条是这样规定的：“在设计热力站时，间接连接的热力站应选用结构紧凑，传热系数高，使用寿命长的换热器。换热器的传热系数宜大于或等于3000W/（㎡·K）。 （2）循环水泵的配置与选型； 提高水泵的效率降低能量损失的主要措施是水泵的选型和配置。《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ 26—95中 5.2.9条是这样规定的：“一、二次循环水泵应寻用高效节能低噪声水泵。水泵的台数宜2台，一用一备。系统容量较大时，可合理增加台数，当必须避免“大流量、小温差”的运行方式。一次水泵选取应考虑分阶段改变流量质调节的可能性。” ① 循环水泵的作用 热水采暖系统网路的水循环有两种：一种是重力自然循环；一种是用水泵做机械强制循环；对于很小的供暖系统可采用重力自然循环，但对于供热半径距离大的管网系统，都是采用水泵作机械强制循环。循环水泵是联接热源、热网和室内采暖系统的枢纽设备，是驱动热水在热水采暖系统中循环流动的机械设备，通过它可以把温暖送给千家万户。所以，循环水泵，是供热系统中最主要的设备之一，选择得当与否，直接影响着供热管网系统的水力工况，对供热系统的正常运行至关重要。 水泵是利用外加能量输送流体的一种机械，水泵的种类很多，根据不同工艺用途的需要，应用在相应的场合地点。在采暖供热的热力站系统中，常用的是单级单吸离心式水泵和多级单吸离心式水泵。它具有结构简单、体积小、效率高以及流量和杨程都能在一定的范围内灵活地进行调节等优点。 ② 在闭式循环系统水泵的设计选型 根据《城镇供热管网设计规范》10.3.5间接连接采暖系统循环泵的选择应符合下列规定： 1 水泵流量不应小于所有用户的设计流量之和； 2 水泵扬程不应小于换热器、站内管道设备、主干线和最不利用户内部系统阻力之和； 3 水泵台数不应少于2台，其中1台备用； 4 当采用质——量调节或考虑用户自主调节时，应选用调速泵。 a. 流量 式中： G —— 循环水泵的流量， t/h； Q —— 采暖系统的计算负荷， KW； k —— 富裕系数，一般取k=1.05～1.1； Cp —— 水的平均比热容， 取4.187 KJ/Kg·℃； t1 —— 采暖系统的供水温度，℃； t2 —— 采暖系统的回水温度，℃； 计算流量简易方法：Q×0.086（地暖、空调），Q×0.034（散热器）。 b. 扬程 H＝1.05~1.2（H1＋H2＋H3＋H4） mH2O 式中： H —— 循环水泵的扬程， mH2O； H1 —— 采暖管网系统的阻力损失， mH2O； H2 —— 采暖用户系统内的阻力损失， mH2O； H3 —— 热力站换热器设备的阻力损失，mH2O； H4 —— 热力站内部其它损失（如管道、除污器阀门等），mH2O； 1.05~1.2 —— 富裕系数。 c. 电机功率 根据计算流量和扬程可查阅水泵生产厂家的样本资料。 d. 电机转速 应用在热力站工程中的水泵转速一般有两种：1450r/min和2900r/min，根据需要可查阅水泵生产厂家的样本资料选择。 ③ 循环水泵选型比较 几个水泵生产厂家产品参数比较 生产厂家 流量G m3/h 扬程H m 转速n r/min 电机功率P KW 上海天泉 200—315（I） 520~280 26~36 1450 55 上海熊猫 200—315 480~280 26~36 1480 45 无锡无双 200—150 500~300 24~36 1485 45 从上表中可看出上海熊猫和无锡无双的水泵为节能型水泵。 5、减少管道、设备、阀门的热量损失 根据国家标准《设备及管道绝热技术通则》及相关规范的规定，供热介质设计温度高于50℃的管道、设备、阀门应进行保温。对操作人员需要接近检修的地方，当维修时，设备及管道保温结构的表面温度不得超过60℃。 （1）如果设备及管道保温层结构的外表面温度高于60℃时，应该加厚保温层厚度，减少热损失。 （2）阀门、法兰等管件也必须进行保温。 （3）及时维修更换破损的保温层。 6、减少热源为蒸汽的疏水系统热量及水的损失； （1）根据室外气温变化及时调整蒸汽耗量，将通过换热后排出的凝结水温度控制在最低。 （2）想尽办法充分收集利用凝结水。 7、减少排气、排污过程中水、热的损失； （1）热力站管道的最高点设有排气阀门的地点，最好安装一个自动排气阀，以减少水的损耗。 （2）只要管道系统的杂质不多（除污器两端的压力差值不大）就不需要经常进行排污。 8、降低软水制备过程中的水损失 （1）全自动软水器在设计选型中，做好考虑选用流量型设备，以减少盐耗和水耗。 （2）软水器制备出来的软水，只要达到了《城镇供热管网设计规范》4.3的水质标准，不要再提高指标，以免造成不必要的浪费。 以热电厂和区域锅炉房为热源的热水热力网，补给水水质应符合下列规定： 项目 允许范围 浊度（FTU） ≤5.0 总硬度 mmol/L ≤0.60 溶解氧 mg/L ≤0.10 油 mg/L ≤0.20 pH值（25℃） 7～11.0 三、管网输送系统的节能 供热的管网输送系统是由热源一级管网和采暖二级管网组成。无论是一级管网还是二级管网，在输送过程中的能量消耗主要是沿途的散热损失和泄漏的水、热损失。因此，研究怎样降低这两种损失是管网输送系统节能的课题。 （一）室外供热管网运行能效评价的几个标准 1、供热系统补水率 （1）《城镇供热系统评价标准》GB/他50627—2010中是这样规定的：“供热系统一次网补水率不应大于0.5%；供热系统二次网补水率不应大于1.0%。” （2）《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ 132—2001中是这样规定的：P13页 2、室外管网输送效率 （1）《城镇供热系统评价标准》GB/他50627—2010中是这样规定的：“室外供热管网输送效率不应小于0.9。” 管网效率＝ ＞0.9 （2）《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ 132—2001中是这样规定的：P13页 3、室外管网水力平衡度 （1）《城镇供热系统评价标准》GB/他50627—2010中是这样规定的：“室外供热管网的水力平衡度应在0.9~1.2范围内。 水力平衡度＝ ＝0.9～1.2 （2）《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ 132—2001中是这样规定的：P12页 （二）关于管网输送效率的问题 “室外管网输送效率历次节能标准皆要求达到90%，但实际达标情况很差，目前仅为70%。当然城市热力的一次管网要好得多，但二次管网和区域锅炉房的一、二次管网普遍热损失很大。与国外室外管网输送效率90～92%相比，相差20个百分点。差距如此之大，主要是因为国外室外管网输送效率基本上是保温效率，而国内却是由三部分组成。即：一是保温效率；二是输热效率（指设备泄漏和用户放水）；三是平衡效率。尤其是其中平衡效率低所造成的损失最大。而此问题由来已久却长期得不到解决，对此一定要引起高度重视，如不下大力量加以解决，必然会造成长久难以提高室外管网输送效率的恶果。”以上这段话引自中国建筑协会节能专业委员会专家温丽在一次研讨会上的演讲。 对此，若想提高室外管网输送效率，必须要做好三个重要工作，一是管道保温降低热损失（采用管道直埋技术、采用新型节能材料等）；二是搞好管网系统的维护，杜绝用户防水，降低补水率；三是做好管网系统的水力平衡工作。 （三）管网系统的水力平衡与调整 在集中供热采暖的管网系统中，热水是承载热量的媒介物质，它是通过管网输送到采暖用户。在一个按照设计要求，且能够达到理想运行状态的供热系统，各个用户都能够获得均衡的流量，满足用户室内温度舒适性要求和系统运行的节能性要求，避免了用户投诉和热能的浪费。这样的系统就是实现了水力平衡的系统，否则，就是水力不平衡或称水力失调的系统。所以，集中供热室外系统的水力平衡是热量输配过程的基本保障。 水力平衡度＝ ＝0.9～1.2 1、介绍几种调节阀门 （1）静态水力平衡阀 静态水力平衡阀 是一个可以测量流量的手动调节阀门，它相当于一个可调节的阻力元件，调节之后阻力系数就不变了。 （2）自力式流量控制阀 自力式流量控制阀是一种“工作时不依靠外部动力，在压差控制范围内，保持流量恒定的阀门”（引自CJ/T 179-2003）。 （3）自力式压差控制阀 自力式压差控制阀也是一种不依靠外部动力，在阀门前后压差控制范围内，保证某两个特定控制点的压差恒定的阀门。 以上三者区别在于调节对象的不同，分别是：阻力、流量和压差。所以从原理、作用和功能都不相同，自然安装使用的部位也不会相同。 用电气专业系统的术语可以这样解释：静态水力平衡阀相当于一个可调电阻，调节之后电阻值固定不变；自立式流量控制阀相当与一个限流器件，控制电流的最大值；自力式压差控制阀相当于一个稳压器，控制电压不会出现过大的波动。 （4）动态平衡阀 所谓“动态平衡阀”（标准名称叫做自力式流量控制阀，商家加上“平衡”两字）其作用是限制最大流量，流量超出了它能够自动关小，流量减小了它没有作用（因为没有动力）。其作用相当于电网上的限流器、保险丝，是不能够等比例分配流量的。所以，它是不能用来做水力平衡调节用的。 选择使用调节阀时应该根据生产厂家给出的调节特性曲线，合理选用与管网特性曲线比较吻合的产品。 2、管网系统的调节 （1）管网系统调节的概念和重要性 为了保证热力站系统为采暖热用户提供既安全可靠又节能经济的热能，除了要设计科学合理、施工安装质量优良之外，还必须对整个系统进行供热调节。供热系统的调节分为管网系统的初调节和热力站系统的运行调节。运行调节已在上节介绍过，下面介绍为了管网系统的水力平衡而进行的调节。 （2）初调节的概念 采暖热力站及管网系统安装完毕、投入运行后，不可避免地会存在设计流量和实际运行流量不吻合——水力失调的现象。因此，必须通过系统中安装的各种调节与控制装置，对系统各支路及支管的流量进行调节；这种运行前以及运行中进行的调节称之为初调节。 （3）初调节的必要性和目的 初调节也称流量调节或管网系统的水力平衡调节，其目的是将各采暖热用户的实际运行流量调节至（或接近）设计的理想流量，进而满足用户实际热负荷需要的流量。 采暖管网系统的初调节实质上就是解决各用户的流量分配不均的问题，以此消除近热远冷的水力失调故障，使每个热用户都能稳定平等地享受热能带来的温暖；这样就会节约大量的热能和电能。 （4）初调节的方法 ① 初调节计算依据 根据流体力学和工程热力学的基本理论，供热系统的热量、流量和作用力（阻力损失）的关系如下式所示： ΔP＝SG2 （或ΔH＝SG2） （5-1） Q＝CpGρΔt （5-2） 式中 ΔP、ΔH—— 热用户作用压头， mH2O ； G —— 热用户的流量， m3/h ； S —— 热用户的阻力特性，h2/m5 ； Q —— 热用户的供热量， W ； ρ —— 循环水的密度， Kg/m3 ； Cp —— 水的比热， J/（Kg·℃）； Δt —— 供回水温度差， ℃ 。 在热力站向采暖系统正常供热达到稳定的工况后，记录下各用户管网出入口处的供、回水温度差和压力差，热力站总供回水温度差；然后依照不同的调节方法顺序调节，最终使各个用户的供回水温度差为下式的数值： ΔP＝ΔPy（Δty/Δtr）α （5-3） 式中： ΔPy—— 调节前热用户记录的供回水压力差，mH2O ； Δty —— 调节前热用户记录的供回水温度差， ℃ ； Δtr —— 调节前热源记录的供回水温度差， ℃ ； α —— 修正系数。 注：①当热用户的供回水温差大于热源总供回水温度差时， α＝1.03~1.06，偏大是取较大值，偏小时取较小值。 ②当热用户的供回水温差小于热源总供回水温度差时， α＝0.95~0.98，偏大是取较小值，偏小时取较大值。 在整个系统进行完一次初调工作后，考虑到水在系统中变化的滞后性，待系统达到新的稳定工况后，再进行数据的记录、计算和系统的重新调节，这样反复进行，最终达到系统水力平衡理想的状态为止。 ② 初调节的方法 初调节是利用各热用户的入口及管网系统中安装设置的流量调节装置进行的；初调节的方法有阻力系数法、预定计划法、比例法、补偿法、计算机法、模拟分析法、自立式调节法、简易快速法等，这些方法在实际的供热系统中都有可操作的实用价值。下面对其中的几种比较简单、方便、准确、可靠的方法分别作一简单介绍。 （1）阻力系数法 阻力系数法就是将各热用户的启动流量和热用户的局部系统的压力损失调整到一定比例，使其阻力系数达到正常工作时的理想（设计）值的一种初调节方法。在选择该调节方法中，热用户局部系统的阻力系数可按下式计算： S＝ΔH/G2 （5-4） 式中： S —— 热用户局部系统的阻力系数，mH2O（m3·h-1）2 ； ΔH —— 热用户局部系统的压力损失， mH2O ； G2 —— 热用户的理想流量， m3/h 。 上式可以看出，只要测得热用户的流量和压力损失，即可计算出用户系统的阻力系数。 该调节方法原理简单易懂，但阻力系数不易直接测量，需根据（5-4）式计算求得，所以若要把某个热用户的局部阻力系数S调到理想值，就必须反复调节阀门，反复测量其流量和压力损失，同时根据（5-4）式反复计算，直到阻力系数S值达到理想值。该调节方法工作和计算量较大，适用于只有几个热用户规模较小的系统中。 （2）预定计划法 预定计划法是预先计算出热用户的启动流量，在调节前，关闭所有用户入口处的阀门，然后按照一定的顺序（从热力站最远端或最近端开始），依此开启热用户的入口处阀门；在开启热用户阀门的同时，采用流量测试仪在现场一边检测流量，一边调节热用户入口处的阀门，使通过该热用户的流量等于预先计算出的启动流量。 采用该调节方法的关键是各个热用户启动流量的计算，各热用户在一定顺序下按启动流量全部开启后，整个热力站和采暖系统就能在理想流量下运行，从而完成初调节任务。 （3）温度调节法 温度调节法就是通过调节阀门，对各热用户的流量调节，使各用户的供回水平均温度或回水温度达到基本一致，使之达到水力平衡。例如：有一采暖系统共有十二幢住宅楼，每幢住宅楼作为一个热用户供回水入口系统；运行后，反复调节各个安装在回水管道上的手动调节阀门，通过观测温度表，将这12个热用户的回水温度（无论是距热力站最近点还是最远点）都调整到基本相同的温度。这就是管网系统的温度调节法。 （4）简易快速法 简易快速法是在大量的实践基础上，由有关专家提出的一种简单易行的快速调节法。其具体调节如下： ①改变循环水泵运行台数或调节系统的供回水总阀门，同时监测热力站系统的总流量，直到其达到总设计流量的120%左右为止。 ②按照距离热力站由近到远的顺序，逐个调节各支线、各用户，同时监测其流量，使流量达到以下要求： a. 最近的支线、用户的流量应调至其设计流量的80%~85%； b. 较近的支线、用户的流量应调至其设计流量的85%~90%； c. 较远的支线、用户的流量应调至其设计流量的90%~95%； d. 最远的支线、用户的流量应调至其设计流量的95%~100%。 ③当供热系统分支线较多时，应在分支处安装调节阀，仍按上述方法调节。 ④在调节过程中，若某支线或用户当阀门全部打开，其流量仍未达到要求时，可按既定顺序先调其它支线或用户，待所有用户都调节完毕后再检查该支线或用户的运行流量。若与设计流量偏差超过20%时，应查找原因，排除故障。 ⑤重新测量系统的总流量，并将其控制在设计流量的100%左右。 采用该方法调节，流量的测量既可利用平衡阀、智能仪表配套使用，也可以利用超声波流量计配合普通调节阀。采用此方法调节，供热量的最大误差不超过10%。 （四）采用分布式二级循环水泵技术 “分布式二级循环水泵的技术”应用在大型集中供热的热源一级管网系统，已在我国多个城市的集中供热系统推广使用。它的主要工作原理是在热源处设置一级循环水泵，负责锅炉房内循环流量及克服锅炉房内所有设备及管道的局部和沿程阻力损失（即循环动力） ，在各热力站处设置二级循环水泵，负责各热力站内的循环流量及克服热力站内设备的局部阻力损失和一级外网的局部和沿程阻力损失。安装在各热力站的二级循环泵采用变频控制，通过一次的量调节达到二次的质调节。 采用“分布式二级循环水泵技术”有以下优点： 1、采用分级循环水泵系统改变了传统的利用水泵输送热能的模式。传统模式配置循环水泵的方法是在热源（锅炉房）设置泵组，运行工作的水泵总流量按照系统最大设计流量确定，扬程则是按照系统最远最末端（最不利点）用户来计算沿程局部阻力。传统模式配置循环水泵的流量和扬程都是最大的，相应的电机功率也就是最大。水泵在运行工作的时候，除了最远（最不利点）也就是最后一个用户，其他的用户都存在剩余压头（近端用户的剩余压头过大），这时则需要靠各个支路的阀门消耗掉剩余压头，所以造成浪费了大量的电能。采用分级式水泵水泵系统，可以根据各个用户的热负荷大小、（所需流量的大小），与热源点的远近距离（管网系统的沿程和局部阻力大小）科学合理地配置自有水泵，这样就不需要阀门来消除剩余压头，进而节约了大量的电能，同时循环水泵的总功率也随之大大减少。 2、采用分级循环水泵系统，每个分支热用户能够根据自身需要配置水泵的同时，还可以根据自身需求的负荷变化，灵活的控制水泵工况，既能满足水力平衡和节省电能的需要，又实现了自主即时的调节，实现按需供热进一步节约热能和电能。 3、采用分级循环水泵系统后还可大大降低锅炉设备的运行压力，减少安全隐患。由于锅炉房之外的管道系统有二级水泵，一旦发生突然停电情况时，一级主循环水泵停转，但是个各热力站的二级水泵仍然运转，这样就能保证锅炉不会汽化而发生水击等事故。 四、从节能角度看热力站及管网输送系统存在的问题 （一）设计、安装施中的问题 1、设计中存在的问题 （1）计算参数保守设备选型不合理 ① 换热器的换热面积过大，造成投资成本提高。 ② 换热器的换热面积过小，造成换热量不够、浪费蒸汽加大了运行成本。 ③ 设计人员不认真计算供热管网系统的沿程和局部阻力损失，依据管网的阻力特性选定循环水泵扬程，而是凭想象盲目估计，选用的循环水泵扬程过高（电机的功率大），造成的后果一是电能的浪费，二是水泵的实际工作点偏移，超过额定流量不能正常运行。 ④全自动软水器选用时间型，运行成本高，不节能。 （2）设计人员的空间立体想象力差，站内设备及管道的布置走向混乱，且相互交叉点多，增加了管道系统的局部阻力损失，浪费了材料，加大了投资成本。 （3）室外供热管网的设计中，不认真进行水力计算特别是水力平衡的计算，凭经验估算选配管径，管网系统在运行中的水力失调严重，造成远端用户室温低而投诉，近端用户开窗散热的现象，浪费了大量热能。 《供热计量技术规程》JGJ 173—2009 中5.2.1条 强制性规定：“集中供热工程设计必须进行水力平衡计算，工程竣工验收必须进行水力平衡检测。” 2、安装施工中存在的问题 （1） 设备不按照设计图纸上标定的规格型号选购，尤其是换热器的换热面积缩水，直接影响了供暖的温度质量。 （2）管道、阀门及附件不选用国标产品，造成跑冒滴漏严重，使用寿命短。 （3）管道及设备的保温质量差。 （二）运行管理中的问题 1、热力站运行管理人员专业技术素质低，不懂得在管理操作中如何节能降耗。 2、没有根据室外气象温度而制定的供回水温度调节表或曲线，凭经验和感觉供暖，浪费了大量的热能。 3、室外供热管网系统水力不平衡，近热远冷，而盲目加大循环流量，造成热能和电能的极大浪费。 4、室外管网系统（包括用户室内管网系统）管理维修不够，失水率大于国家标准，造成热能、水的浪费。 五、国家及行业有关热力站热力网系统能耗标准、规程的条款 （一）建筑物耗热量指标 在采暖期室外平均温度的条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、须由室内采暖设备供给的热量，单位：W/㎡。 根据建设部JGJ 26—95《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》附录A中的标准，石家庄地区计算采暖天数为112天，室外平均温度为－0.6℃，其平均耗热指标为20.3W/㎡ 。 （二）循环水泵的耗电输热比 在采暖室内外计算温度条件下，全日理论水泵输送耗电量与全日系统供热量的比值。两者区取相同单位，无因次。 根据GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》5.2.8条，集中热水采暖系统热水循环水泵的耗电输热比（EHR），应符合下式要求： HER＝N/Qη HER≤0.0056（14＋α∑L）Δt 式中：HER — 设计条件下输送单位热量的耗电量，无因次； N — 水泵在设计工况点的轴功率（KW）； Q — 建筑供热负荷（KW）； η — 考虑电机和传动部分的效率（%）； 当采用直联方式时η＝0.85； 当采用联轴器连接方式时η＝0.83； Δt — 设计供回水温度差（℃）； 系统中管道全部采用钢管连接时，取Δt＝25℃； 系统中管道有部分采用塑料管材连接时，取Δt＝20℃； ∑L— 室外主干线（包括供回水管）总长度（m）； 当∑L≤500 m时，α＝0.0115； 当∑L＜500 m＜1000 m时，α＝0.0092； 当∑L≥1000 m时，α＝0.0069。 JGJ 26—95《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》第5.2.9条中指出：一、二次循环水泵应选用高效节能低噪声水泵。水泵台数宜采用2台，一用一备。系统容量较大时，可合理增加台数，但必须避免“大流量、小温差”的运行方式。一次水泵选取时应考虑分阶段改变流量质调节的可能性。 CJJ/T 88—2000 《城镇供热系统安全运行技术规程》6.3.1条中： 1、当前我国供热系统的实际运行流量绝大多数都大于设计循环流量，考虑到系统水力失调的可能性以及已有设备（循环水泵等）的现状，供热系统的实际运行流量应尽量等于或接近设计流量，称为最佳流量。 2、低温热水供热系统，是指供水温度小于或等于95℃的热水供暖系统。 3、最佳运行流量控制在2.0~3.0Kg/（㎡h）范围内，表示供热系统的设计供、回水温差为25~20℃之间，采暖设计热负荷指标为58~70W/㎡范围内，处于新旧标准的衔接值。 4、最佳流量控制在2.0~3.0Kg/（㎡h）内，当供热系统出现水力工况失调时，有利于进行系统的流量调节。 5、最佳流量控制在2.0~3.0Kg/（㎡h）内，易于达到《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》水输送系数的规定指标。 （三）供热系统的补水率 1、根据JGJ 132—2001《采暖居住建筑节能检验标准》4.8供热系统的补水率： 4.8.1 补水率的检测应在供热系统运行稳定且室外管网水力平衡度检验合格的基础上进行。 4.8.2 检测持续时间不应少于24h。 4.8.3 总补水量应采取具有累计流量显示功能的流量计装置测量。流量计装置应安装在系统补水管上适宜的位置，且应符合相应产品的使用要求。 4.8.4 供热系统的补水率应按下式计算： Rmu= Gmu/ Gwt·% 式中：Rmu — 供热系统补水率； Gmu — 检测持续时间内系统的总补水量。 Gwt — 检测持续时间内系统的设计循环水量的累计值（Kg）； 上述计算公式的条文说明： 4.8.4 在工程界关于补水率的定义有两种。一种是以系统的水容量为基础，另一种则以系统的循环水量为基础；……….本标准采用“以系统的设计循环水量为基础来计算系统的补水率。但应注意的是：设计循环水量并不是指循环水泵的额定流量，而是指设计人员根据系统设计热负荷和设计水温差确定的理论循环水量。这种规定，既便于实际操作，又利于收到实效。 （四）民用建筑单位面积概算热指标 CJJ 34—20010《城镇供热管网设计规范》 采暖热指标推荐值（ W/㎡） 建筑类型 未采取节能措施 采取节能措施 住宅 58——64 40——45 居住区综合 60——67 45——55 办公、学校 60——80 50——70 医院、托幼 65——80 55——70 旅馆 60——70 50——60 商店 65——80 55——70 食堂、餐厅 115——140 100——130 影剧院、展览馆 95——115 80——105 大礼堂、体育馆 115——165 100——150 （五）采暖热力网系统设计流量 CJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》7.1.1.计算公式 式中： G —— 热力网设计的流量， t/h； Q —— 设计热负荷， KW； C —— 水的平均比热容， KJ/Kg·℃； （取4.187；） t1 —— 热力网供水温度， ℃； t2 —— 各种负荷相应的供热管网回水温度，℃。 （六）水力计算参数（比摩阻和流速） CJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》 7.3.2 确定热水热力网主干线管径时，宜采用经济比摩阻。经济比摩阻数值宜根据工程具体条件计算确定，主干线比摩阻可采用30~70Pa/m。 7.3.3 热水热力网支干线、支线应按允许压力降确定管径，但介质流速不应大于3.5m/s。支干线比摩阻不应大于300Pa/m，连接一个热力站的支线比摩阻可大于300Pa/m。 7.3.4 蒸汽供热管道供热介质是最大允许设计流速应符合表7.3.4的规定。 表7.3.4 蒸汽供热管道供热介质最大允许设计流速 供热介质 管径 （mm） 最大允许设计流速 （m/s） 过热蒸汽 ≤ 200 50 ＞ 200 80 饱和蒸汽 ≤ 200 35 ＞ 200 60 （七）热力站主要设备换热器的选用 JGJ 26—95《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》第5.2.4条中指出：在设计热力站时，间接连接的热力站应选用结构紧凑，传热系数高，使用寿命长的换热器。换热器的传热系数宜大于或等于3000W（㎡·K）。直接连接和间接连接的热力站均应设置必要的自动或手动调节装置。 本条的条文说明中还指出：由于板式换热器的介质流速、传热系数与流通面积、换热面积关系密切，片面加大换热面积有时会降低总传热量，设计时应给予足够重视。由于热网一二次流量相差较大，为保证换热器两侧流速接近，建议采用不等截面的板式换热器。本标准提出换热器传热系数的最低要求，其目的在于鼓励采用节能新产品。 最后，感谢中电投石家庄供热有限公司安全生产部给我这样一个学习探讨的机会，感谢再做各位同行老师们下午的捧场，由于知识水平有限，讲述中难免错误，请大家指正帮助。祝中电投石家庄供热公司的事业发展辉煌无限！祝大家身体健康、工作顺利、收入翻番！ 赵俊锁 2010年6月3日 PAGE 1 _1310044471.unknown _1368590870.unknown _1368591136.unknown _1368546475.unknown _1367907326.unknown _1301485190.unknown