混水泵在集中供熱系統運行調節中的應用分析

葉 蕾 許世璋

（1.機械工業第九設計研究院有限公司 長春 130000；2.中國電器科學研究院股份有限公司 廣州 510000）

引言

隨著能源緊缺和環境污染問題日益嚴重，集中供熱在世界范圍內得到了廣泛的關注，解決集中供熱系統存在的問題對于節約一次能源、改善環境和提高人們生活舒適性都有著重要的社會意義。數據顯示，截止至2011年，我國北方采暖建筑面積為88億平方米，采暖能耗為1.53億噸標準煤，是建筑總能耗的23 %[1]。由此可見，對集中供熱系統的節能研究勢在必行，集中供熱系統的運行調節對系統降低供熱成本、提高能源利用率都有著很強的現實意義。本文主要針對集中供熱系統傳統的運行調節方式提出了利用混水泵進行量調節-質調節混合調節，達到根據建筑負荷的變化調節系統運行工況，從而減低系統能耗的目的。

1 集中供熱系統運行調節方式概述

對于集中供熱系統，其運行調節方式按調節參數的不同主要分為以下幾種：

1）質調節：改變管網的供水溫度；

2）量調節：改變管網的循環水量；

3）分階段改變流量的質調節：把供暖期按室外溫度分成若干階段，在每個階段流量不變，并改變管網的供水溫度；

4）間歇調節：改變每天的供暖小時數；

5）熱量調節：熱量計量調節[2]。

以上五種傳統的集中供熱系統運行調節方式，前三種在實際工程中應用較多，但均存在一定的局限性和問題。本文提出的利用混水泵進行量調節-質調節混合調節法是將量調節和質調節根據水泵變頻節能原理綜合應用的調節方式，屬于局部調節，主要應用于熱力站或熱力入口處。

2 利用混水泵進行運行調節的原理概述

如圖1所示，在集中供熱系統的熱力站或熱力入口處裝有混水泵，使得從熱用戶出來的回水一部分通過回水管回到一次熱網中，另一部分通過混水泵根據一定比例進入供水管與來自一次熱網的供水混合，共同經過循環水泵進入熱用戶。這一過程實現了在熱力入口對二次網系統進行供水溫度的調節，即質調節的過程。在質調節過程中，實際的供水溫度tg'由系統混水量Qh、一次熱網供水溫度tg、一次熱網供水量Q1以及用戶回水溫度th共同決定，即：

該系統中，混水泵和循環水泵均為變頻泵，故系統的控制調節原理為：當建筑熱負荷改變時，通過調節循環水泵的轉速調節系統的循環水量，通過調節混水泵的轉調節速系統的供水溫度，即實現了在熱力入口處的量調節-質調節混合調節。

3 利用混水泵進行運行調節的應用分析

對于帶混水泵的供熱系統，其節能性主要在于對循環水泵和混水泵的轉速控制，依據為水泵相似定律：

式中Q1、H1、N1——轉速為n1時，泵或風機的流量、壓頭及功率；

Q2、H2、N2——轉速為n2時，泵或風機的流量、壓頭及功率。

由以上水泵相似定律可知，水泵的流量與轉速成正比，消耗的功率與轉速的三次方成正比[3]。故合理的對循環水泵和混水泵的轉速進行調節是本調節方法的關鍵。

3.1 混水泵和循環水泵轉速的調節原則

在系統中由于循環水泵的流量和功率大于混水泵，所以對循環水泵進行調節的節能空間更大，故在運行調節過程中，優先調節循環水泵的轉速，即優先進行量調節，量調節過程中，系統供水溫度不變。當系統的循環水量降低到量調節-質調節分界流量時，停止對循環水泵的調節，此時需對混水泵進行轉速調節，即質調節，質調節過程中，系統循環水量不變。設量調節和質調節的分界流量為Q0，以上調節過程為：當循環水量Q＞Q0時，啟動量調節，即調節循環水泵轉速；當循環水量Q＜Q0時，啟動質調節，即調節混水泵的轉速。

3.2 量調節-質調節分界流量的確定

量調節和質調節的分界流量Q0的選取需滿足以下要求：

1）保證系統在運行期間不會因為流量過小引起水力失調、熱力失調現象；

2）從節能的角度，保證系統在運行時消耗的功率最小；

圖1 帶混水泵的管網系統圖

表1 系統若干工況下的運行數據分析

3）保證在Q0的作用下，可以通過質調節基本滿足室內溫度要求。

由于循環水泵的節能空間大于混水泵，所以從理論上講系統的循環水量越小，消耗的軸功率就越小，所以Q0的取值越小對節能越有利，即系統采用“小流量大溫差”的運行方式節能效果最好。但是綜合上述三點要求，Q0的取值不能任意減小，通常初步選定在系統設計工況循環水量的60 %[4]。

4 系統節能效果分析

設循環水泵的額定流量為Q，額定功率為P，混水泵的額定流量為0.3 Q，額定功率為0.3 P，現選取運行調節過程中的幾種工況分析其節能效果，見表1。

由表1中數據可知，根據建筑熱負荷的變化，在集中供熱系統的熱力入口處采用量調節-質調節混合調節的方式，能夠起到較好的節能效果。

5 結論

在集中供熱系統的熱力站或熱力入口處增加混水泵對系統進行量調節-質調節混合調節的方式能夠使供熱系統根據建筑熱負荷的變化調節運行工況，從而達到節能的目的。在應用該調節方法時，首先需要對量調節-質調節的分界流量Q0進行確定，當循環水量Q＞Q0時，啟動量調節，即調節循環水泵轉速；當循環水量Q＜Q0時，啟動質調節，即調節混水泵的轉速。該運行調節方式綜合運用了量調節和質調節，其節能效果顯著。