外网供热系统的运行调节和节能控制技术浅析

  据相关资料显示，我国建筑采暖能耗为同纬度发达国家建筑采暖能耗的3倍左右，采暖能耗浪费是巨大的。对于廊坊开发区供热公司这样一个正处于快速发展阶段的供热企业来讲，要想发展、壮大，做好外网供热系统的运行调节和节能控制是我们必须要做到的。
  一、前言              
  在我们的供热系统中，供暖热负荷是系统的主要热负荷，在运行过程中，主要考虑供暖热负荷的变化规律来调节供热量。在采暖期间，供热系统向用户供热，在室外温度变化的条件下，都应当保证用户建筑物的室内温度符合用户的要求，使房间温度保持在一定的范围内（我地区为18℃正负2℃）。建筑物采暖热负荷同室外气温、湿度、风向、风速、太阳辐照等因素有关，而其中室外气温起着决定性作用，因此在理论上，可以把热负荷只看作是室外温度的函数，即：
  Q=f（tw）=K·F（tn-tW）
  供热过程就是维持建筑物室内气温适宜人们工作、生活，维持建筑物得热与失热始终处于一个动态的平衡过程中，即有热平衡方程式：
  Q=KF（tn-tw）=G·C（tg-th）·ρ/3600（1）
  Q—热负荷W；
  K—建筑物传热系数W/m2·℃；
  F—建筑物外表面积m2；
  tn—室内气温℃；
  tw—室外气温℃；
  C—水的比热J/kg·℃；
  G—采暖循环水流量m3/h；
  tg—供水温度℃；
  th—回水温度℃；
  ρ—水的密度kg/m3。
  热网总能耗包括两部分：一是供热量；二是输送热量所消耗的电能。要想达到节能运行，使企业得到效益，除了需要对设备有正确的设计和选型，更需要采用各种节能技术和方法对供热系统的供热量根据用户的热负荷变化进行合理的调节，以达到对整个供热系统的节能控制。

  二、控制了水力失调也就控制了供热量也就迈出了节能运行的第一步
  热网总热负荷随着室外气温变化而变化，每一时刻为满足采暖建筑的基本采暖要求（设计室温18℃）所供总热量，为最小值，即总供热恰好等于基本的总需求。供小于需则供热不达标，供大于需，则用户过热室温过高，用户散热加大，造成热能浪费。因此在供热运行中，需适时地对热网进行调节，以便使供求热量保持平衡，且始终维持在最小值。在热量分配上，力求热网上各用户室温均衡，避免因热网的水平失调，用户垂直失调，而造成用户冷热不均现象，也就避免了为使冷的用户达标，而致使热的用户超温，造成热能浪费问题。热网的平衡是热网节能的前提基础，是进行供热调节的前提条件，但是任何一个供热系统都不可能通过对管网、热力站和热用户等系统的设计、管网的布置、水力计算、管径管件及设备的选型等彻底的解决水力平衡问题。我们只能通过各种不同的供热调节方式和热网平衡技术逐步接近水力平衡，以达到节能的目的。
  我公司由于二次网范围大，建筑结构复杂，因此集中调节困难，所以我们采取了分散细化调节，集中监测控制的方法达到供热管网的平衡。为了达到整个系统的平衡，我们在原来的各个换热站、配热站分区控制调节的基础上进行了细化控制调节，即在每个热用户的入口处安装了流量控制阀，特别是距离热源近的用户，我们根据实际情况缩小其调节阀的口径，以达到节流的目的。另外根据用户单位的性质和类型进行重新审核，以设定其所需流量。这样在各二次网用户都能够进行调节和控制，给二次网质调节打下了基础。
  通过公式计算和本地区的实际情况，绘制出二次网运行曲线。
  根据外网供、回水温度计算公式：
  t1=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）+0.5（t1′-t2′）Φr
  t2=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）-0.5（t1′-t2′）Φr
 式中：Φr——相对热负荷W，
  Φr=（ti-to）/（ti-to′）
  B——与散热器及连接方式有关的系数，四柱散热器B=0.35
  ti——供暖室内计算温度℃
  to——室外温度℃
  to′——供暖室外计算温度℃
  t1，t2——二次网供、回水温度℃
  t1′，t2′——二次网的设计供、回水温度95℃/70℃
  廊坊地区在我们的实际运行过程中设计散热器时的设计供、回水温度为95℃/70℃，往往无法达到，散热器的温度与室温的实际温差比设计温度低15—20%也能满足需要。即供水温度在76℃、回水温度56℃时更能反映实际运行情况。因此根据以上公式计算结果如下表得出温控曲线。
  根据以上表格绘制了温控曲线。
  再加上二次网的循环泵加装了变频控制系统，我们的二次网调节就能做到热水供暖系统的最佳调节工况——质和量的综合调节，从而使得二次网的流量分配更加均衡，消除了近热远冷的现象，各换热站及配热站都更加合理的调整自己的运行状态。
  三、节省热量输送所消耗的电能，达到节省能源的目的
  把热量输送给外网热用户，循环泵是主要的动力来源。循环泵的运转（即热量的输送）就是一个电能消耗的过程。
  因为我公司所在的廊坊开发区正处在飞速发展的阶段，所以外网循环水泵在初期建设时的选择和配置其能力都有一定的富裕度。伴随着热网建设的发展过程，循环水量逐年增加，但是外网水力失调等原因导致的水泵出口阀门“打不开”等现象极大地增加了电能的损耗。如何解决这一难题，我公司计划对外网循环泵进行技术改造。
  由理论公式我们可以知道循环泵的有效功率：
  Ne=V·△p·ρ·g/3600（2）
  式中Ne——有效功率W；
  V——循环水流量m3/h；
  △p——系统阻力m；
  ρ——水密度kg/m3；
  g——常数N/kg。
  可见热量输送所消耗有效功率Ne同流量V成正比，同系统阻力△p成正比。
  另由热水网路的水力特性可知：
  △p=S·V2（3）
  将（3）式代入（2）式可得：
  N=S·V3·ρ·g/3600（4）
  由（4）式可见有效功率Ne只同流量V的立方成正比，其它为常数（S值在热网阀门不操作时也为常数），减少热网流量V将极大降低电耗。
  如何减少V呢？根除水力失调是首要条件，硬件上增加循环泵调速技术也是一个很好的途径。外网循环水泵采用调速技术以后，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，消除多余的电能消耗。理论上节电率能达到40%左右，增加调速设备所增加的投资，可以在很短的时间内收回，从而产生效益。目前我公司正在积极调整外网管道，增加循环泵变频控制系统，在不久的将来将会产生明显效益。-廊坊开发区热力供应中心 蔡旭光 韩良