一、概述             
      在傳統(tǒng)的供熱枝狀管網(wǎng)系統(tǒng)中，一般是在熱源處或熱力站內(nèi)設(shè)有一組循環(huán)泵，根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)的總流量和最不利環(huán)路的阻力選擇循環(huán)泵的流量、揚(yáng)程及臺(tái)數(shù)；管網(wǎng)系統(tǒng)各用戶末端設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥或自力式流量控制閥等調(diào)節(jié)設(shè)備，以消耗掉該用戶的剩余壓頭，達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)各用戶之間的水力平衡；個(gè)別既有熱網(wǎng)由于用戶熱負(fù)荷的變化，資用壓頭不夠，增裝了供水或回水加壓泵，但由于不易調(diào)節(jié)，往往對(duì)上游或下游用戶產(chǎn)生不利的影響。

      隨著新型調(diào)節(jié)設(shè)備和控制手段的出現(xiàn)，使得對(duì)水泵的數(shù)字控制成為可能，理論上可以取消管網(wǎng)中的調(diào)節(jié)設(shè)備，代之以在管網(wǎng)的適當(dāng)節(jié)點(diǎn)設(shè)置可調(diào)速的水泵，以滿足其后的水力工況要求。在管網(wǎng)的適當(dāng)位置設(shè)置一壓差控制點(diǎn)，控制管網(wǎng)中壓差。而對(duì)于熱源循環(huán)泵的選擇，只要能夠滿足總流量和克服熱源到壓差控制點(diǎn)的阻力即可，這樣可大大降低熱源循環(huán)泵的揚(yáng)程，使得熱源循環(huán)泵電機(jī)功率下降許多。壓差控制點(diǎn)之后的每個(gè)熱用戶均設(shè)置相應(yīng)的分布式變頻泵，就構(gòu)成了分布式變頻系統(tǒng)。

      目前，分布式變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有很多種，根據(jù)多年的工程實(shí)踐，我們總結(jié)出了分布式變頻系統(tǒng)的最優(yōu)方案：在鍋爐房?jī)?nèi)設(shè)置熱源循環(huán)泵，負(fù)責(zé)鍋爐房?jī)?nèi)部的水循環(huán)，熱源循環(huán)泵只用來(lái)克服鍋爐本體及鍋爐房?jī)?nèi)部工藝管道的阻力，其揚(yáng)程按照鍋爐房?jī)?nèi)阻力計(jì)算。在各熱力站內(nèi)一次回水管上設(shè)置一次回水加壓泵，負(fù)責(zé)將熱媒抽送至各熱力站，一次回水加壓泵用來(lái)克服鍋爐房到熱力站之間的外管網(wǎng)的阻力以及換熱站內(nèi)部的阻力，其揚(yáng)程為熱力站內(nèi)一次側(cè)阻力和本站與鍋爐房之間管網(wǎng)阻力之和。此外熱源處的供回水干管之間設(shè)有均壓管即壓差控制點(diǎn)。圖1為該分布式變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的基本配置。

二、案例概述
      本案例鍋爐房現(xiàn)有兩臺(tái)鍋爐，型號(hào)均為DHL70-1.6/150/90-AII，每臺(tái)鍋爐對(duì)應(yīng)一臺(tái)循環(huán)泵。該鍋爐房供熱面積總計(jì)197萬(wàn)平方米，下帶33個(gè)換熱站，其中6、7、9、11號(hào)站為擬建站，所有熱力站均采用板換間接換熱。

三、分布式變頻系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)
      根據(jù)案例概述，現(xiàn)對(duì)原有供熱系統(tǒng)進(jìn)行分布式變頻系統(tǒng)改造，具體步驟如下：
      1、選擇壓差控制點(diǎn)
      不同的壓差控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備初投資和管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用，應(yīng)按技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析進(jìn)行選擇。理論上壓差控制點(diǎn)（零壓差點(diǎn)）越靠近熱源則運(yùn)行能耗越少，但相應(yīng)的初投資會(huì)有所增加。總體來(lái)講，考慮到熱源循環(huán)泵功率的降低、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的使用等因素，投資不會(huì)比傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)多。因此本案例將壓差控制點(diǎn)選在鍋爐房?jī)?nèi)，在供回水干管之間設(shè)置一均壓管，管徑與供回水干管同管徑，取DN700。

      2、分布式變頻系統(tǒng)水力計(jì)算
      首先根據(jù)各站所帶面積和設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)計(jì)算設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，接著在設(shè)計(jì)的供回水溫差下，計(jì)算出各站設(shè)計(jì)工況下所需的一次網(wǎng)流量，并根據(jù)一次管網(wǎng)圖進(jìn)行分布式變頻系統(tǒng)的水力計(jì)算。
      本案例設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)取78W/m2，設(shè)計(jì)供回水溫差為50°C。由于熱力站采用板換換熱，水力計(jì)算中板換一次側(cè)管阻取0.5MPa。
      3、一次回水加壓泵的選擇
      一次回水加壓泵的選擇主要考慮滿足該分支用戶的阻力和流量的要求。根據(jù)水力計(jì)算得到的設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)阻力確定一次回水加壓泵的選型流量和選型阻力并進(jìn)行選型，具體見(jiàn)下頁(yè)表1。
      4、熱源循環(huán)泵的改造
      傳統(tǒng)熱源循環(huán)泵一般安裝在一次網(wǎng)回水干管上，進(jìn)行分布式變頻改造后，鍋爐房工藝管道要進(jìn)行改造，熱源循環(huán)泵要求和鍋爐一一對(duì)應(yīng)。具體如圖3所示。
      在進(jìn)行熱源循環(huán)泵的選型時(shí)，主要考慮以下兩方面：
      （1）流量要求，應(yīng)能提供管網(wǎng)的全部循環(huán)流量。一般可根據(jù)鍋爐額定流量確定循環(huán)泵流量。
      （2）揚(yáng)程要求，應(yīng)滿足熱源到壓差控制點(diǎn)間的管網(wǎng)阻力，即鍋爐阻力加上水泵進(jìn)出口阻力和管道阻力損失。
      原有循環(huán)泵及改造后的循環(huán)泵參數(shù)見(jiàn)下頁(yè)表2。
      5、設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)
      （1）在進(jìn)行水泵選型時(shí)，選型流量應(yīng)在計(jì)算流量的基礎(chǔ)上乘以1.1~1.2的系數(shù)。計(jì)算流量應(yīng)與供熱系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證計(jì)算的準(zhǔn)確性。
      （2）水力計(jì)算時(shí)，要考慮管道熱水流速不應(yīng)大于3.5m/s。
      （3）均壓管的管徑選擇原則上越大越好，實(shí)際工程中可用儲(chǔ)水罐代替均壓管。
      （4）分布式變頻系統(tǒng)改造中熱源循環(huán)泵最好一對(duì)一，即一臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)一個(gè)鍋爐。
      四、案例設(shè)計(jì)節(jié)能分析

      1、水壓圖分析
      原有枝狀供熱系統(tǒng)水壓圖如圖3所示。
      由圖3可知，熱源循環(huán)水泵承擔(dān)整個(gè)一次網(wǎng)的總阻力，即循環(huán)水泵揚(yáng)程應(yīng)滿足最不利（最末端）用戶的資用壓頭。假定各熱力站的資用壓頭相等，則最末端用戶的資用壓頭正好等于熱源循環(huán)水泵所提供的資用壓頭，而其他各站的資用壓頭均小于熱源循環(huán)水泵所提供的資用壓頭，由此產(chǎn)生的多余資用壓頭，就需要被調(diào)節(jié)閥消耗掉，由此白白浪費(fèi)了這部分壓頭。由此可知，供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量不產(chǎn)生多余資用壓頭，減少或不使用調(diào)節(jié)閥就可以達(dá)到節(jié)能的效果。
      改造后的分布式變頻系統(tǒng)水壓圖如圖4所示。
      采用分布式變頻系統(tǒng)時(shí)，壓差點(diǎn)位置選擇在鍋爐房?jī)?nèi)，則熱源循環(huán)泵承擔(dān)熱源到零壓差點(diǎn)之間供回水管網(wǎng)的阻力，和傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)相比，熱源循環(huán)泵的揚(yáng)程降低很多。假設(shè)各熱力站的資用壓頭相等，從圖4可以看出，供熱管網(wǎng)中出現(xiàn)了回水壓力大于供水壓力的情況，因此要使系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須在熱力站的回水管上設(shè)一次網(wǎng)加壓泵，圖中供回水壓線之間的高度就是變頻泵應(yīng)有的揚(yáng)程。該泵承擔(dān)各熱力站到零壓差點(diǎn)之間供回水管網(wǎng)的阻力。一次網(wǎng)加壓泵加裝變頻裝置，就可以實(shí)現(xiàn)用戶需要多少熱就抽多少熱，這樣就減少或避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的使用，整個(gè)管網(wǎng)運(yùn)行期間浪費(fèi)的水泵功耗相對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)就少很多。
      2、一網(wǎng)輸配設(shè)計(jì)節(jié)電率計(jì)算
      根據(jù)上述設(shè)計(jì)計(jì)算，原有供熱系統(tǒng)中一網(wǎng)水泵設(shè)計(jì)功率為710kW，改造后的分布式變頻系統(tǒng)一網(wǎng)水泵設(shè)計(jì)功率為599.1kW，一網(wǎng)輸配設(shè)計(jì)節(jié)電率為15.6%。
      由表1可以看出，水泵選型時(shí)額定流量都大于選型流量，而實(shí)際運(yùn)行中如果采用精確的定壓變頻控制，使各分支系統(tǒng)流量實(shí)現(xiàn)真正意義上的按需索取，杜絕浪費(fèi)，其節(jié)電就更加顯著。實(shí)際運(yùn)行案例表明，采用分布式變頻供熱系統(tǒng)后系統(tǒng)節(jié)電達(dá)30%以上。

五、結(jié)論      綜上所述，和傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)相比，分布式變頻系統(tǒng)作為一種新型的供熱系統(tǒng)運(yùn)行形式，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，可以顯著降低供熱一次管網(wǎng)的總電裝容量，尤其是鍋爐房?jī)?nèi)主循環(huán)泵功率大幅度降低。總電裝容量的降低幅度依賴(lài)于管網(wǎng)阻力特性。在管網(wǎng)越長(zhǎng)，沿程阻力越大的系統(tǒng)中，節(jié)電空間越大。作者：  北京碩人時(shí)代科技有限公司   李艷杰；   煙臺(tái)福山熱力有限公司 孫豪杰 張巍

參考文獻(xiàn)
      ［1］石兆玉 供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)《暖通空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)檢》2006年三期
      ［2］石兆玉、李德英、王紅霞 供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想亟待更新《2004年全國(guó)供熱技術(shù)研討會(huì)論文集》
      ［3］石兆玉 供熱系統(tǒng)混水連接方式的選優(yōu)
      ［4］石兆玉 《供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制》，清華大學(xué)出版社