截止到 2018年年末，全國(guó)城市集中供熱面積達(dá)87. 8 億 m2，管道長(zhǎng)度達(dá) 37. 11 萬 km［1］。集中供熱面積越來越大，其供熱運(yùn)行能耗也越來越受到行業(yè)的重視，電耗和 熱耗都是熱力站主要能耗指標(biāo)，導(dǎo)致能耗過大的原因一: 循 環(huán)泵工作點(diǎn)遠(yuǎn)離水泵高效區(qū)，循環(huán)泵在低效率下工作，導(dǎo)致電耗過高［2］，故選擇適應(yīng)管路特性曲線的循環(huán)泵是節(jié)能的關(guān)鍵。原因二: “大流量，小溫差運(yùn)行”，水力不平衡是造成 “大流量，小溫差運(yùn)行”的主因，故解決水力平衡是根本［3根據(jù)以上分析可知，選擇合適的循環(huán)泵和解決管網(wǎng)的水力 平衡是節(jié)能改造的根本，以下為某換熱站的節(jié)能改造案例 分析。

二、 項(xiàng)目概況

某熱力站承擔(dān)某小區(qū) A 號(hào)樓 ～ F 號(hào)樓居民樓的供暖， 設(shè)計(jì)總供熱面積為 26. 4 萬 m2。小區(qū) 6 棟樓均為 25 層的高 層建筑，采用地板輻射的方式供暖，分為地暖低區(qū)和地暖高 區(qū)，地暖低區(qū)設(shè)計(jì)供熱面積為 14.8 萬 m2，實(shí)際供熱面積為 12.12 萬 m2，設(shè)計(jì)供回水溫度為 50 ℃ /40 ℃ ; 地暖高區(qū)為 11.6 萬 m2，實(shí)際供熱面積為 11.25 萬 m2，設(shè)計(jì)供回水溫度 為 50 ℃ /40 ℃。

該站 2012 年建成投運(yùn)后，出現(xiàn)了用戶冷熱不均以及耗電量過大的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014 年 2 月 16 日 ～ 2014 年 2 月 22 日 7 d 時(shí)間，系統(tǒng)周耗電量達(dá)到 20306 kW·h，水泵 整個(gè)采暖季恒定頻率運(yùn) 行，一 個(gè) 采 暖 季 的 耗 電 量 高 達(dá) 438029 kW·h，按照電價(jià) 0.66 元/( kW·h) 計(jì)算，一個(gè)采暖季電費(fèi)就要 28.9 萬元，大大增加了供熱企業(yè)的成本。節(jié) 能改造降低運(yùn)行成本，徹底解決用戶冷熱不均的問題迫在眉睫。

三、運(yùn)行現(xiàn)狀

基于上述情況，對(duì)換熱站的現(xiàn)狀及運(yùn)行情況進(jìn)行了調(diào) 查了解。

3.1循環(huán)水泵改造前配置

換熱站主要用電設(shè)備是循環(huán)水泵和補(bǔ)水泵，補(bǔ)水泵 耗電量相比循環(huán)水泵耗電量可以忽略不計(jì)，因此，首先了 解循環(huán)水泵改造前的配置情況。地暖低區(qū) 3 臺(tái)循環(huán)水泵 ( 2 用 1 備) 主 要 參 數(shù): 額 定 流 量 500 m3 /h，額定揚(yáng)程44 mH2O，額定功率 90 kW。地暖高區(qū) 2 臺(tái)循環(huán)水泵( 1 用 1 備) 主要參數(shù): 額定流量 600 m3 /h，額定揚(yáng)程 38 mH2O， 額定功率 90 kW。

3.2循環(huán)水泵運(yùn)行工況

地暖低區(qū)和地暖高區(qū)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)如表 1 所 示，地暖低區(qū)及地暖高區(qū)的循環(huán)水泵均采用變頻調(diào)節(jié)。 地暖低區(qū)所配置的 3 臺(tái)循環(huán)泵( 2 用 1 備) ，2 臺(tái)運(yùn)行，頻 率為 36 Hz，實(shí)測(cè)揚(yáng)程為 21 mH2O，單臺(tái)泵流量 421 m3 /h， 按照額 定 參 數(shù)36 Hz 時(shí)，理 論 流 量 360 m3 /h，額 定 揚(yáng) 程 22． 8 mH2O，額定功率 34.67 kW; 地暖高區(qū)配置的 2 臺(tái)循 環(huán)泵( 1 用 1 備) 全部運(yùn)轉(zhuǎn)( 為彌補(bǔ)管網(wǎng)水力不平衡帶來 的冷熱不均，啟動(dòng)兩臺(tái)泵，大流量小溫差運(yùn)行) ，運(yùn)行頻率 為 38 Hz，實(shí)測(cè)揚(yáng)程為 24 mH2O，單臺(tái)泵流量 135 m3 /h，按 照額 定 參 數(shù) 38 Hz 時(shí)，理 論 流 量 456 m3 /h，額 定 揚(yáng) 程 21. 9 mH2O，額定功率 21.6 kW。 表 1地暖低區(qū)和地暖高區(qū)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

表 1 為換熱站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù): 地暖低區(qū)和地暖高區(qū)的一 次網(wǎng)流量、一次網(wǎng)供回水溫差及二次網(wǎng)供回水溫差。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可計(jì)算得到二次網(wǎng)流量、系統(tǒng)熱負(fù)荷以及面積熱指標(biāo)。

1) 地暖低區(qū)的二次網(wǎng)流量 842 t /h，單臺(tái)泵流量約 421 t /h，效率約 75． 3% ; 但是水泵的揚(yáng)程偏小，和地暖低區(qū) 實(shí)際供回水壓差 21 m 不符。而且從表 1 運(yùn)行數(shù)據(jù)也能看 出，地暖低區(qū)二次網(wǎng)供回水溫差也只有 3． 7 ℃。因此，地暖 低區(qū)的水泵也可以尋求匹配更合理的型號(hào)。

2) 地暖高區(qū)的二網(wǎng)流量 270 t /h，單臺(tái)循環(huán)水泵的流量為 135 t /h，效率 45% ，水泵工作點(diǎn)偏離高效區(qū)。

3) 換熱站內(nèi) 4 臺(tái)循環(huán)水泵的功率: 34.67 kW × 2 + 21. 6 kW × 2 = 112.54 kW; 周耗電量: 112.54 kW × 24 h /d × 7 d = 18 906. 72 kW·h。證明水泵的工作點(diǎn)判斷有一定的 合理性。

綜上所述，改造前有必要對(duì)現(xiàn)有的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，找到系統(tǒng)存在的不合理的地方，提出可行的方案，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

四、改造方案

4.1管網(wǎng)的初調(diào)節(jié)

新建或者改建管網(wǎng)進(jìn)行初調(diào)節(jié)是必不可少的，供熱初調(diào)節(jié)應(yīng)納入到設(shè)計(jì)和施工內(nèi)容的一部分。特別是枝狀管網(wǎng)，由于近遠(yuǎn)端距離相差比較大，僅靠管道的口徑進(jìn)行水力 平衡是無法實(shí)現(xiàn)的，所以只能靠閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。從改造前 地暖低、高區(qū)的運(yùn)行結(jié)果看，低區(qū)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行供回水溫度 為 3. 71 ℃，高區(qū)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行供回水溫度為 6. 97 ℃，高、 低區(qū)設(shè)計(jì)供回水溫差 10 ℃，都有一定差距，其溫差差距就 是水力不平衡的直接反映。水泵功率和循環(huán)流量的三次方 成正比，大流量，小溫差運(yùn)行是造成運(yùn)行電耗過高的主要原 因，故管網(wǎng)的初步調(diào)節(jié)是必不可少的。本工程采用比例調(diào) 節(jié)和回水溫度混合調(diào)節(jié)方法，使管網(wǎng)達(dá)到一個(gè)理想的水力 平衡狀態(tài)。

4.2 循環(huán)水泵選擇

通過對(duì)水泵揚(yáng)程、流量、功率的測(cè)試，結(jié)合運(yùn)行記錄二 網(wǎng)供回水溫度、壓力等參數(shù)，可以確定出水泵的運(yùn)行效率， 再結(jié)合建筑面積，根據(jù)以往相關(guān)類型建筑節(jié)能改造后的供回水溫差，可以確定出適宜的循環(huán)泵流量和揚(yáng)程，控制循環(huán) 泵的工作點(diǎn)位于水泵的高效區(qū)。

根據(jù) 表 1 的 計(jì) 算 結(jié) 果，地 暖 低 區(qū) 的 面 積 熱 指 標(biāo) 為 28.33 W/m2，地暖高區(qū)的面積熱指標(biāo)為 19.42 W/m2，由于 目前系統(tǒng)尚存在水力失調(diào)，部分用戶不熱，因此在匹配循環(huán) 泵時(shí)，地暖低區(qū)面積熱指標(biāo)取 35 W/m2，循環(huán)泵的設(shè)計(jì)參 數(shù): 流量為 366. 91 m3 /h，揚(yáng)程為 11.6 mH2O，根據(jù)流量和揚(yáng) 程，選擇水泵額定流量 400 m3 /h，額定揚(yáng)程為 12.5 mH2O， 額定功率為 22 kW; 地暖高區(qū)面積熱指標(biāo)取 25 W/m2，循環(huán) 泵的設(shè)計(jì)參數(shù): 流量為 241.92 m3 /h，揚(yáng)程為 12 mH2O，根據(jù)流量和揚(yáng)程，選擇水泵額定流量 300 m3 /h，額定揚(yáng)程為12 mH2O，額定功率為 22 kW。

4.3耗電量比較

從理 論 計(jì) 算，改 造 前 循 環(huán) 泵 實(shí) 際 功 率 之 和 為 112.54 kW，改造后循環(huán)泵理論功率之和為 44 kW，故理論 節(jié)電率為( 11. 54 － 44) /112.54 = 60.9% 。

五、改造后節(jié)能效果

改造后經(jīng)過一個(gè)采暖季運(yùn)行后實(shí)際節(jié)熱量和節(jié)電量為:

1) 地暖低區(qū)改造前單位面積耗熱量為 0. 400 GJ/( 采 暖季·m2 ) 。改造后單位面積耗熱量為 0.338 GJ/( 采暖季 ·m2 ) 。單位面積節(jié)熱 0． 062 GJ/( 采暖季·m2 ) ，節(jié)熱率為 15.5% 。

2) 地暖高區(qū)改造前單位面積耗熱量為 0.357 GJ/( 采 暖季·m2 ) 。改造后單位面積耗熱量為 0.323 GJ/( 采暖季 ·m2 ) 。單位面積節(jié)熱 0.034 GJ/( 采暖季·m2 ) ，節(jié)熱率為 9.52% 。

3) 改造前單位面積耗電量 1.59 kW·h /m2，改造后單 位面積耗電量為 0.68 kW·h /m2，節(jié)電率為 57.23% 。

六、 結(jié)論

1) 通過本工程實(shí)踐，節(jié)能改造后其整個(gè)采暖季平均供回水溫度接近 10 ℃，其值接近設(shè)計(jì)供回水溫度，故“大流量、小溫差運(yùn)行”主要是由水力不平衡引起的。

2) 換熱站主要的用電設(shè)備為循環(huán)水泵，減小循環(huán)水泵 用電量的主要途徑是提供循環(huán)水泵的效率及管網(wǎng)平衡，達(dá) 到“小流量，大溫差運(yùn)行”。

3) 理論節(jié)電率 60.9% 只是考慮循環(huán)泵功率在改造前后的節(jié)電率，實(shí)際節(jié)電率 57． 23% 是整個(gè)熱力站用電量在節(jié)能改造前后的節(jié)電率，其理論節(jié)電率和實(shí)際節(jié)電率非常接近，說明熱力站主要的耗電設(shè)備為循環(huán)泵，同時(shí)也證明理 論分析的正確性。

4) 地暖低區(qū)和地暖高區(qū)的節(jié)熱量相差較大，主要原因是節(jié)熱率是一個(gè)不確定的參數(shù)，其與原供熱效果、運(yùn)行方 式、氣象參數(shù)等因素有關(guān)。

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作者王 國(guó) 偉

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)