集中供热系统输配能耗计算与分析

集中供热系统输配能耗计算与分析

陈彧

北京融乐物业管理有限公司 100075

摘要：在介绍不同供暖系统型式的基础上，以天津一实际工程为例，计算并分析传统集中供热系统、分布式供热系统、基于环路拓展的集中供热系统的输配能耗。结果表明，在设定的供热工况下，基于环路拓展的集中供热系统一次网变流量运行时比传统直连供热节能 80.1%。这对集中供热系统的优化设计与运行调节具有一定的参考价值。

关键词：供热；能耗；分析

前言

水泵或风机的运行能耗约占集中供热或中央空调总能耗的 40% 左右，而这部分能耗中又有 1/3 的能耗是消耗在调节阀上。分布式供热系统“以泵代阀”，可以节省调节阀的能耗，随着变频技术的发展，在实际工程中已得较广泛的使用，基于环路拓展的集中供热系统，水力分压器内部发生“混水”降温现象，加大一次网供、回水温差，减小一次网流量，节能性更好。水力分压器将热网和用户分成独立的系统，一次网可以进行量调节。热水在热网中的流动存在滞后性，量调节要比质调节更加具有可操作性，若在运行期间，采用变频变流量调节，则全系统节电优势更为显著。下面对集中供热方式输配能耗进行模拟计算与分析。

1. 传统集中供热系统输配能耗分析

传统集中供热系统，如图 1, 各支路流量都为30t/h, 热源内部压力损失为10mH20, 各用户资用压头为10mH20，各管段比摩阻为 60Pa/m，局部阻力按沿程阻力的30% 计算，相邻支路间的距离为350米。zg1到zg8 代表支路供水管和回水管，长为200米。计算得出各支路压力损失为 1.59mH20，流量为30t/h。其余管段的流量、压降情况见表1。

图 1 传统集中供热系统示意

表 1 传统供热系统管段参数

系统总的阻力损失为66.13 mH20，总的流量为是240t/h, 根据特兰根定律计算得出循环水泵的功率为 61.78kW。各项能耗情况见表2和表3。

从 2可以看出，除支路8 外，外网提供的压头都大于该支路所需要的压头，越靠近热源，富裕压头所占比例越大。从表3可以看出 , 调节阀能耗占 29.47%，是无效的能耗。

表 2 传统供热系统压力损失及能耗计算结果

表 3 传统供热系统各项能耗计算结果

2. 分布式供热系统输配能耗计算

图2整个系统的循环动力由热源循环泵和各个支路分散布置的支路循环泵提供。此系统的各管段参数和传统供热系统一样。热源循环泵只克服热源内部的阻力，流量为 240t/h, 扬程为10mH20。根据回路压力方程，计算得到支路循环泵的流量扬程见表 4。所有水泵能耗总和为43.57kW。系统各项能耗情况见表5。对比表3和表5可以看出，分布式供热系统比传统集中供热系统的优势在于节省调节阀能耗。

图 2 分布式供热系统示意

表 4 分布式供热系统循环泵流量扬程

表 5 分布式供热系统各项能耗计算结果

3. 基于环路拓展的集中供热系统

   1. 基于环路拓展的集中供热系统设计工况下输配能耗模拟

图3基于环路拓展的集中供热系统，由热源循环泵、各支路循环泵和各用户循环泵提供循环动力。一次网热水参数 95/70℃ , 二次网热水参数85/70℃ , 混水比为 2/3，用户流量为 30t/h。各管段的阻力损失，见表6。zg1到zg8压力损失为 0.57mH20，流量为18t/h。

热源循环泵和各支路循环泵，在此统称为一次侧循环泵，热用户循环泵称为二次侧循环泵。各支路泵分别为水泵1到8，热用户循环泵为水泵9到16。

一次侧水泵总能耗为 10.98kW，二次侧循环泵9-16 流量为30t/h，扬程为 10 mH20，能耗为1.17kW，二次侧水泵总能耗为 9.34kW。整个系统总的水泵能耗为 20.32kW。见表7。

图 3 基于环路拓展的集中供热系统示意

表 6 设计工况下基于环路拓展的供热系统管段参数

表 7 基于环路拓展的供热系统一次侧循环泵情况

3.2 基于环路拓展的集中供热系统变流量运行输配能耗模拟

一次网变流量运行，二次网质调节。为研究方便，假定一次网的流量在100%，75%，25%设计负荷三种状况下运行。二次网是定流量运行，水泵总能耗不变，仍为9.34kW。一次网的流量是变化的，随着流量的变化，管段的比摩阻也是变化的，导致系统的阻力的发生变化，水泵变速运行，扬程随之变化，水泵能耗也在变化。

一次网流量为设计流量75%时，一次网循环水泵功率为 4.63kW，系统总的循环水泵功率为13.97kW。同理，一次网流量为设计流量的 50% 时，一次网循环水泵总功率为1.37kW，一次网和二次网总的循环水泵功率为10.71kW，见表 8。

下面，以作者参与设计的天津一实际工程为例来进行分析，室内设计温度为18℃。不同负荷情况下延续小时数见表 9。

传统供热系统为方式 1，分布式供热系统为方式 2，基于环路拓展的集中供热系统为方式 3，基于环路拓展的集中供热系统一次网变流量运行系统为第四种方式。表 10 的能耗为一个采暖季的能耗。

表 8 基于环路拓展的供热系统一次网流量为设计负荷75% 时水泵情况

表 9 变流量运行下基于环路拓展的集中供热系统能耗情况

表 10 四种供热方式水泵个数能耗情况

结束语：

1）在传统集中供热系统中，调节阀能耗占29.47%，这是无效能耗，采用分布式供热系统，用变速泵代替调节阀，可节省这部分能耗。

2）基于环路拓展的集中供热系统，在一次网和二次网之间设置水力分压器，可以通过调节混水比实现一次侧和二次侧的不同的流量，可大大降低一次网的流量，使水泵能耗大大降低。在混水比为2/3 时，可比传统供热系统节能 67%，节能效果明显。

3）基于环路拓展的集中供热系统可以实现一次网变流量运行，当在设计流量 50%、75%、100%，分阶段改变流量的情况下运行时，可比传统供热系统节能 80.1%，节能效益非常显著。

参考文献：

[1]李永安,刘振栋,牛慧,等.基于环路拓展的三级集中供热系统原理与分析[J].山东建筑大学学报,2016,(3):225-228,239.

[2]李德英,王野,郭全,等.供热末端混水系统的应用与分析[J].区域供热,2017,(4):32-37.

[3]陈华敏,孔璐琳,李永安,等.基于环路拓展的集中供热系统的原理与应用[J].建筑节能,2012,(1):18-21.doi:10.3969/j.issn.1673-7237.2012.01.004