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摘要：分布式变频泵供热系统作为一种新型的循环泵多点布置形式，与传统的供热管网循环泵单点布置相比，具有节约电能、运行成本低的特点。本文阐述了分布式变频泵供热系统的基本原理，对分布式变频泵供热系统和传统供热系统进行了对比，并通过实际应用的具体分析，探讨了分布式变频泵系统的节能效果。
关键词：供热系统；分布式变频泵；节能
随着社会的发展和经济的进步，变频技术在供热行业的应用越来越成熟，因此，近年来出现一种循环泵多点布置的分布式变频泵供热系统。相对于传统供热系统，分布式供热系统具有输送能耗低、供热质量高等特点，但系统复杂，稳定性较差。科学有效的控制调节方式可增强分布式供热系统的可靠性和稳定性，降低运行成本，提高热网运行的经济性。
一、分布式变频技术实施的必然性
1. 管网距离过长。随着高铁新区的兴建，远端热源提供的压降已不能满足设备需求。
2. 主管网管径限制。远端用户随着高铁片区的兴起，逐步进入到使用高峰，但由于主管网管径的限制，为保证末端流量，只好压缩前端用户的流量，但顾此失彼，极值天气时，供暖效果均不理想。
3. 水力失调严重。原有的主管网在主要区域，均预留了分支管径，但近年城市建设的扩张速度加快，预留的管径与新增的供暖面积不相匹配，造成局部水力失调严重。
4. 首站一次泵更换费用过高。首站一次泵历经多年运行，虽保修得当，但随着使用年限的增长，水泵维修量逐年递增。
二、分布式变频泵供热系统基本原理
分布式变频泵供热系统的基本原理是利用分布在用户端的循环泵取代用户端的调节阀，由原来在调节阀上消耗多余的用户入口供回水压差改为用分布式变频泵提供必要的用户入口供回水压差。在分布式变频泵供热系统中，热源循环泵只承担热源内部的循环动力。热源循环泵扬程只克服热源内部的阻力，热系统主线的总设计流量。各换热站的一级循环泵扬程的计算要在整个供热系统水力计算的基础上进行，流量按该换热站一级侧的设计流量选取。二级循环泵的扬程、流量按用户的阻力及设计流量选取。分布式变频泵供热系统的流程如图1。
图1 分布式变频泵供热系统的流程
三、分布式变频泵供热系统和传统供热系统比较
1、对传统的供热系统，热源循环泵承担热源内部阻力和整个热网的阻力及各用户的资用压头。选择热源循环泵的设计条件一般是满足热网最远端用户的资用压头，除最远端用户外，大多数近端用户都采用调节阀消耗多余的资用压头。传统供热系统的水压图见图2。图中△h1、△h2、△h3，分别为用户1一3采用调节阀消耗的多余资用压头。分布式变频泵供热系统的水压图见图3。比较图2、3可知，传统供热系统的循环泵根据最远、最不利用户选择，并设置在热源处，克服热源、热网和用户系统阻力。这种传统设计，在供热系统的近端用户形成过多的资用压头。为降低近端用户流量，必须设置调节阀，将多余的资用压头消耗掉。因此，传统供热系统中的无效电耗是相当可观的。
2、传统的供热系统易形成冷热不均现象。由于近端用户出现过多的资用压头，在缺乏有效调节手段的情况下，近端用户难以避免流量超标，造成远端用户流量不足，形成供热系统冷热不均现象。在出现冷热不均现象的同时，供热系统的远端易出现供回水压差过小，即用户资用压头不足的现象。在这种情况下，为改善供热效果，须提高远端用户的资用压头，采用加大循环泵或在末端增设加压泵的做法，但这易使供热系统流量超标，进而形成大流量小温差的运行方式。采用分布式变频泵供热系统，热源循环泵、一级循环泵、二级循环泵提供的能量，均在各自的行程内有效地被消耗掉，因此没有无效的电耗。
3、传统供热系统中大多数近端用户采用调节阀消耗多余的资用压头，热源循环泵提供的部分动力被无功消耗。分布式变频泵供热系统采用分段接力循环的方式实现供热介质的输送。虽两种供热系统的一二级管网阻力相等，但这二种方式循环泵所需的功率却不同。传统供热系统由于循环泵设置在热源处，提供的动力是按热网最大流量设计的。分布式变频泵供热系统的热源循环泵只须克服热源内部阻力，克服外网阻力依靠沿途分布的循环泵实现。虽然分布式变频泵供热系统采用较多的循环泵，但各个循环泵的功率却减少了。采用分布式变频泵供热系统，系统无功消耗减小，运行费用降低。在部分负荷时，由于各用户负荷变化的不一致性，可调节循环泵的转速以满足热网运行需求，基本无阀门的节流损失。
四、工程应用与设计实例
某供热区域实施分布式变频泵供热系统的技术改造，运行效果良好，实际耗电量大幅下降。该工程供热负荷及供热半径较大，采用传统供热的热源循环泵耗电量大，超过当地供电负荷，而且新建专用供电线路由于建设资金和时间限定不可能当年建成。经过比选，最后决定采用分布式变频泵供热系统。整套工程分为锅炉房内改造及各换热站的改造。
1、锅炉房改造：原有锅炉房内有40t/h锅炉两台，原有循环泵三台功率为300kW，水泵参数为流量1170t/h，扬程为65m，使用方式为二用一备。原有循环泵运行时，在末端或压降阻力大的区域，仍出现水力失调的情况。经过现场勘查及计算，更改为流量为1300t/h。扬程为25m的循环水泵，功率降至110kW，此循环泵只负责克服管网阻力，故运行能耗大大降低。
2、换热站改造：各换热站在改造时要求配套厂家提供设备时，均要设置一次循环泵，水泵选型原则为流量按照不同供热面积进行选取，扬程只需克服站内阻力即可。上述改造全部完成，经过一个采暖季的运行，取得不错的节能效益，并改善了系统水利失调的问题。
五、建议
1、对于已经建成并运行的大型热网，当供热负荷超过原有负荷时，宜在热网远端选择一些用户设置分布式变频泵，以改善供热质量，而不必提高热源循环泵的扬程，对于已建成的热源、热网实际运行工况比较复杂，若控制水平不到位，很难达到理想的节能运行效果。因此，不建议将已建大型供热系统全面改造为分布式变频泵供热系统。可以分期分批，依托现代自动化控制技术逐步完成热网技能改造。
2、对于适用于分布式变频泵供热系统的热源、热网，如没有供热首站，一定要精确保证热源点运行的最低流量，以保证热源点安全运行。
3、对于分布式变频泵供热系统，无论从设计还是运行上，各台循环泵的流量、扬程都必须精确计算和控制，否则难以使供热系统在理想工况下运行。
4、为达到最佳的运行效果，使供暖效果达到用户满意，分布式变频泵供热系统，必须结合热网监控系统，实时数据上线，随时对温度、压力等数据曲线进行分析，可进一步达到节能效果。
5、分布式变频泵供热系统在热源循环泵选择、系统压力设定、流量计算、供热系统整体控制等一系列环节上还有很多值得进一步探讨的问题，在实际工程应用时要进行综合经济技术比较，结合实际情况才能使这项技术得到最优化的推广。
六、结语
对于已建供热系统，如何在不增加新热源和不扩大热网规模的前提下，既节约能源、降低运行费用，又适应热负荷变化；对于新建项目，如何设计、建设完善的节能供热系统。采用分布式变频泵供热系统在理论上是解决这些问题行之有效的方案，但在实际工程中，还需要经过经济技术方案比较、论证。
参考文献
[1]李德英，孙春华.浅谈分布式变频技术实施的必然性[J].区域供热,2017，45 (8):42-46.
[2]王红霞,石兆玉.分布式变频供热输配系统应用研究[J].区域供热,2016,(1):25-37.
[3]马健,郭华,刘健康.分布式变频泵系统的设计与应用[J].区域供热,20 16,(2):10-14.
[4]谢励人，吴志湘.居住建筑节能设计标准[J].科技信息，2016，29(2):23-26.
[5]秦冰，秦绪忠.分布式变频供热输配系统的应用分析[J].区域供热，2017，(1): 31-38.
论文作者:苗壮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/20
标签：分布式论文; 系统论文; 热源论文; 循环泵论文; 压头论文; 用户论文; 流量论文; 《基层建设》2017年第35期论文;