供熱二級網樓宇分布泵技術探討

王全福 趙云鵬 倪 珅 王 方

（1、黑龍江建筑職業技術學院，黑龍江 哈爾濱150025 2、黑龍江建投城市設計有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150025）

近幾年，伴隨著城鎮化的快速發展以及各地霧霾治理政策的實施，分散小鍋爐逐步拆除，集中供熱面積迅速增加，集中供熱管網的規模日益龐大。據統計，截止到2018 年底全國城市集中供熱面積為87.8 億m2，集中供熱管道長度為37.1 萬km[1]。供熱管網規模的逐步擴大，帶來了管網調節的困難，這就有必要對供熱管網調節技術進行研究，已有一些工程技術人員在此方面開展了相關的研究和應用，但都是基于傳統供熱模式上閥門精細化調控來實現的[2-4]，本文則提出了全新的供熱二級網樓宇分布泵技術。

1 傳統供熱二級網系統的運行模式

典型的傳統供熱二級網系統原理簡圖如圖1 和圖2所示。

圖1 系統是以兩根母管的方式進出換熱站，低溫回水由各樓宇用戶匯集到回水母管，經由回水母管輸送至換熱站，在站內通過板式換熱器的加熱，吸收一級網高溫水的熱量從而提升溫度，變成二級網高溫供水，再由供水母管輸送到各個樓宇用戶，用以維持用戶室內的溫度。這種未分區的母管制二級網供熱系統在各城鎮集中供熱老換熱站中普遍存在。

對于規模較大的換熱站，傳統供熱系統在二級網側也有采用如圖2 所示的設置分集水器的方式，圖中所示的系統是通過站內分集水器將整個供熱區域劃分成了三個環路，每個環路出站后均連接供熱區域內局部的幾棟樓宇，通過這個分區可以使每一個環路的供熱面積小型化，一定程度上有利于系統的平衡，并且這種模式可在站內通過調整分集水器分支管上的手動閥門實現一定程度的分區控制。

2 傳統供熱系統二級網存在的問題

無論是如圖1 所示的母管制供熱二級網系統，還是如圖1 所示的設置分集水器方式的供熱二級網系統，在實際運行中均存在如下問題：

（1）缺少靈活調控手段，母管制系統只能通過各樓宇前的熱力入口處設置的手動閥門進行調節，調整精度低，調整難度大；設置分集水器的系統，雖然可以在站內對不同分支進行一定的調節，但也是基于手動調整為主，不能精細到樓棟調整。

（2）由于樓宇靈活調控無法實現，所以就會出現樓宇之間近熱遠冷的熱力不均現象。

（3）為保證遠端的樓宇供熱質量滿足要求，往往要采用加大整個二級網系統循環流量運行，如此一來勢必導致二級網循環水泵功耗增大，耗電量增加。

（4）遠端樓宇滿足要求后，近端樓宇就會出現過熱現象，用戶往往要通過開窗放熱的手段達到室內舒適溫度，從而產生了無效熱量的浪費，不節能。

圖1 傳統供熱二級網系統（母管模式）

圖2 傳統供熱二級網系統（分集水器模式）

圖3 供熱二級網樓宇分布泵系統（母管模式）

圖4 供熱二級網樓宇分布泵系統（分集水器模式）

3 供熱二級網樓宇分布泵技術

3.1 供熱二級網樓宇分布泵技術的設計思路

樓宇分布泵技術的設計思路來源于餐飲中的“自助餐”模式，自己需要多少量自己來決定，需要多少就取用多少，這就實現了我們期望的按需分配。這反映到供熱二級網系統中，就是每棟樓宇根據自己熱負荷的實際需求從供熱系統中取用相應的供熱量，自給自足。

3.2 供熱二級網樓宇分布泵技術的工作原理

供熱二級網樓宇分布泵系統的原理簡圖如圖3 和圖4 所示，圖3 為母管制傳統供熱系統改造成樓宇分布泵系統的圖示，圖4 為站內設置分集水器模式的傳統供熱系統改造成樓宇分布泵系統的圖示。

從圖中我們看出，較之傳統的二級網供熱系統，供熱二級網樓宇分布系統在站內增設了聯通耦合管，該耦合管將站內的供水母管和回水母管連接在一起（對于設置分集水器模式的系統，也可以采用將分水器和集水器連接在一起）；同時，在每棟樓宇前設置了樓宇分布泵和供回水聯通管，聯通管上加設電動調節閥。這些改動將原來的傳統二級網系統實際分解成了兩部分：一是站內供回水母管、耦合管、板式換熱器所組成的第一循環部分，該部分水的循環是獨立的，不受耦合管之后站外循環水量的影響；二是各樓宇與站內耦合管之間組成了第二循環部分，該部分對于每棟樓宇而言，管網長度是不同的，這部分水的循環依靠各自樓宇分布泵的動力來驅動，樓宇需要多少流量就通過分布泵的變頻調節控制到相應的流量大小，同時樓前設置的旁通管可以根據不同樓宇對供水溫度要求的不同，通過電動調節閥的動作控制一部分回水流入到供水管中以實現混水調節。

3.3 供熱二級網樓宇分布泵技術的特點

由于耦合管的存在，站內熱網循環水系統變成了簡單的內循環，站內循環泵需要克服的阻力損失僅僅是板式換熱器二級網側阻力加上換熱器與耦合管之間的管道阻力損失，這個阻力損失很小，從而大大減小了水泵的揚程，所以站內二級網循環泵更換為小揚程循環泵即可，運行功率降低，節約電能。

由于每棟樓宇前均設置了獨立的分布泵，這個水泵流量上只需要考慮對應樓宇的實際熱負荷大小，揚程也僅僅考慮耦合管與本樓宇之間的管道阻力損失及樓宇內部阻力損失，故也是小流量小揚程的泵，耗電量小。同時，由于泵的運行參數與樓宇的實際需求完全吻合，所以自然而然就實現了“按需供熱”、“均供熱”，規避了無效熱量的損失，節約能源。

另外，樓宇前增設的連接供回水管道的旁通管，通過電動調節閥的調整，靈活實現混水量的控制，可以滿足樓宇對供水溫度需求的差異。尤其對于散熱器與地熱混合供熱的系統而言，其調節優勢更加明顯。

4 結論

傳統的供熱二級網系統由于調節手段粗狂，調節能力差、不節能、不節電。而全新的供熱二級網樓宇分布泵系統就可以克服以上缺點，使各樓宇能夠實現“按需供熱、均衡供熱”，從而帶來明顯的供熱質量提升，同時系統調節性非常好，運行更節能，而且具有一定的節電效益。