供热节能技术的应用与发展不仅是一个地区或企业经济效益的决定因素，更是国家加强环保建设，坚持科学发展观，走可持续发展道路的重要体现。2000年以来，各地不断深化供热体制改革，加强集中供热新技术的应用与普及，变频控制、混水循环及流量平衡阀的应用，有效地降低了供热系统的电力消耗。国家对建筑节能规范也提出新的要求，加强外墙保温，进一步降低能耗标准，促进了供热系统的低碳（低耗热量）运行。本文围绕降低能耗，平衡水力两个方面进行分析，以达到优化配置供热系统的目的。
一、循环水管网与水泵设计选型的匹配
（一）优化管网设计参数，选择合适的比摩阻
1、主干线平均比摩阻RPj，可取30～70Pa/m；对于间接连接管网RPj值可高达100Pa/m，但要进行经济技术分析；
2、计算支线，根据其资用压力确定其管径，当DN≥400，V＜3.5m/s；DN＜400，RPj＜300Pa/m；
3、消除支线富裕压力，在用户引入口处安装调压装置。
（二）优化水泵选择与运行，选择合适的流量与扬程
1、泵的循环流量Q和扬程H满足要求，有10％~15％的富裕量，严禁富余量过大；
2、宜与管网联合计算，正确确定工作点，使工作点处于较高效率值范围内；
3、水泵循环流量Q较大，宜并联，并联台数不宜多，尽量用同型号泵并联；
4、注意多台并联时的调节，能较为合理的实现分阶段调节；
5、对变流量系统，宜设一台变频泵，实现定速水泵与变速水泵并联运行；
6、在首站的循环泵，宜采用蒸汽驱动水泵，不仅可能高能源利用效率，还可以方便调节。
（三）优化换热站设计与运行，推广混水换热技术
1、混水循环供热系统的优点
混水循环打破了传统换热方式只存在热交换的模式，采用水—水质交换，大大提高了供热效率，使一次网能量差100%地转化到二次网系统，提高了一次网供回水温差，增大了供热能力。同时能够充分利用一次网压力流量，减小了混水泵（循环泵）的过流流量和扬程，从而节省了运行费用。由于混水换热站没有换热器，只有简单的混水装置，且无定压系统，故减少了设备初投资。同时，一次网、二次网通过混水泵、回水增压泵联动运行，更有利于二次网的水力调节和温度控制，达到优化运行的目的。
2、混水循环系统的形式
按照混水泵安装位置的不同划分：
A、混水泵设在旁通管
B、混水泵设在供水管
C、混水泵设在回水管
一般采用第一种形式，混水泵流量=二次网流量-一次网流量，能充分利用一次网压力和流量，降低了混水泵的选型，减少了初投资和运行费用。
按照是否安装回水增压泵及流量平衡阀的安装位置划分：
A、供水减压，回水减压。
B、供水减压，回水增压。
C、供水增压，回水减压。
针对一次网供回水压力情况及二次网压力的要求不同，对混水系统进行压力流量的控制。
3、混水循环系统的技术要求
高温水首站一般采用定流量质调节系统，对一次网回水进行补水定压，
（一）优化管网设计参数，选择合适的比摩阻
1、主干线平均比摩阻RPj，可取30～70Pa/m；对于间接连接管网RPj值可高达100Pa/m，但要进行经济技术分析；
2、计算支线，根据其资用压力确定其管径，当DN≥400，V＜3.5m/s；DN＜400，RPj＜300Pa/m；
3、消除支线富裕压力，在用户引入口处安装调压装置。
（二）优化水泵选择与运行，选择合适的流量与扬程
1、泵的循环流量Q和扬程H满足要求，有10％~15％的富裕量，严禁富余量过大；
2、宜与管网联合计算，正确确定工作点，使工作点处于较高效率值范围内；
3、水泵循环流量Q较大，宜并联，并联台数不宜多，尽量用同型号泵并联；
4、注意多台并联时的调节，能较为合理的实现分阶段调节；
5、对变流量系统，宜设一台变频泵，实现定速水泵与变速水泵并联运行；
6、在首站的循环泵，宜采用蒸汽驱动水泵，不仅可能高能源利用效率，还可以方便调节。
（三）优化换热站设计与运行，推广混水换热技术
1、混水循环供热系统的优点
混水循环打破了传统换热方式只存在热交换的模式，采用水—水质交换，大大提高了供热效率，使一次网能量差100%地转化到二次网系统，提高了一次网供回水温差，增大了供热能力。同时能够充分利用一次网压力流量，减小了混水泵（循环泵）的过流流量和扬程，从而节省了运行费用。由于混水换热站没有换热器，只有简单的混水装置，且无定压系统，故减少了设备初投资。同时，一次网、二次网通过混水泵、回水增压泵联动运行，更有利于二次网的水力调节和温度控制，达到优化运行的目的。
2、混水循环系统的形式
按照混水泵安装位置的不同划分：
A、混水泵设在旁通管
B、混水泵设在供水管
C、混水泵设在回水管
一般采用第一种形式，混水泵流量=二次网流量-一次网流量，能充分利用一次网压力和流量，降低了混水泵的选型，减少了初投资和运行费用。
按照是否安装回水增压泵及流量平衡阀的安装位置划分：
A、供水减压，回水减压。
B、供水减压，回水增压。
C、供水增压，回水减压。
针对一次网供回水压力情况及二次网压力的要求不同，对混水系统进行压力流量的控制。
3、混水循环系统的技术要求
高温水首站一般采用定流量质调节系统，对一次网回水进行补水定压，
二次网不存在补水系统。所以要求对二次网混水泵及回水增压泵进行变频控制，采集二次网供、回水压力信号进行流量控制。
一次网到混水二次网的减压通过自力式流量平衡阀和电动调节阀控制；通过设定的二次网供水温度，变频自动调节一次网电动阀，达到控制流量的目的。
由于一次网供水压力较高，一般采用供水减压，回水增压系统，及一次网回水加增压泵。
一次网到混水二次网的减压通过自力式流量平衡阀和电动调节阀控制；通过设定的二次网供水温度，变频自动调节一次网电动阀，达到控制流量的目的。
由于一次网供水压力较高，一般采用供水减压，回水增压系统，及一次网回水加增压泵。
二、变频控制在换热站系统的应用
变频调速属于无转差损耗的高效调速方法，功率因数能达到90%以上。变频器不仅可以直接控制电机转速，而且在变频的同时，电源电压也可以依据负载大小相应调节，利用变频器调节转速来实现对水泵流量、压力的调节，使供热系统运行更加稳定，操作更为方便，从而达到节能效果。变频控制减少了水压变化对阀门、管件、换热器、水泵等设备的冲击，延长了设备使用年限，减少了检修次数，带来良好的经济效益和社会效益。
（一）变频器在补水系统中的作用
要保证供热系统中近端和远端的用热设备（用户）都能达到设计的热媒流量，就必须要求循环水泵供水达到一定的压力，并且保持相对恒定，我们是这样完成这一点的：
在循环系统的回水干管安装压力监测点，压力变送器即时将压力信号传输到调节器。当系统由于失水而压力低与设定的最低压力时，其差值模拟量送入控制补水泵的变频器，来调节补水泵电机的转速，从而调节了补水量，保证了系统压力的相对恒定。
补水定压控制点的位置选择通常有两种方式。一是选在循环水泵入口处，在循环泵的入口处加装压力传感器或远传压力表，通过压力传感器或远传压力表与变颇器的联动调节来确定系统恒压点的确切位置，这种选择方式便于系统控制调节：另一种方式是选在最不利环路用户的供水入口处，只要此用户压力能满足要求，其他用户就都能得到相应负荷对应的压力，节能效果明显。
1、定压控制点选在循环水泵入口处，其设定值Ho为：
Ho=Hd+Hg+20～30（kpa）
其中：Ho为系统静压（Kpa）
Hd为最高供热点换热站的高程差（kpa）
Hg为相应水温的汽化压力（kpa）
20～30为安全裕量（kpa）
2、压力控制点选在最不利环路用户的供水入口处，设定值Pn为：
Pn=Po+△Pr+△py
Po为系统恒压点的压力值
△Pr为在设计工况下，从n用户到热源恒压点的回水干管压降
△py为n用户的资用压头
（二）变频器在循环系统中的作用
循环水泵是机械循环热水采暧系统的核心设备，同时又是耗电量较大的设备，
变频调速属于无转差损耗的高效调速方法，功率因数能达到90%以上。变频器不仅可以直接控制电机转速，而且在变频的同时，电源电压也可以依据负载大小相应调节，利用变频器调节转速来实现对水泵流量、压力的调节，使供热系统运行更加稳定，操作更为方便，从而达到节能效果。变频控制减少了水压变化对阀门、管件、换热器、水泵等设备的冲击，延长了设备使用年限，减少了检修次数，带来良好的经济效益和社会效益。
（一）变频器在补水系统中的作用
要保证供热系统中近端和远端的用热设备（用户）都能达到设计的热媒流量，就必须要求循环水泵供水达到一定的压力，并且保持相对恒定，我们是这样完成这一点的：
在循环系统的回水干管安装压力监测点，压力变送器即时将压力信号传输到调节器。当系统由于失水而压力低与设定的最低压力时，其差值模拟量送入控制补水泵的变频器，来调节补水泵电机的转速，从而调节了补水量，保证了系统压力的相对恒定。
补水定压控制点的位置选择通常有两种方式。一是选在循环水泵入口处，在循环泵的入口处加装压力传感器或远传压力表，通过压力传感器或远传压力表与变颇器的联动调节来确定系统恒压点的确切位置，这种选择方式便于系统控制调节：另一种方式是选在最不利环路用户的供水入口处，只要此用户压力能满足要求，其他用户就都能得到相应负荷对应的压力，节能效果明显。
1、定压控制点选在循环水泵入口处，其设定值Ho为：
Ho=Hd+Hg+20～30（kpa）
其中：Ho为系统静压（Kpa）
Hd为最高供热点换热站的高程差（kpa）
Hg为相应水温的汽化压力（kpa）
20～30为安全裕量（kpa）
2、压力控制点选在最不利环路用户的供水入口处，设定值Pn为：
Pn=Po+△Pr+△py
Po为系统恒压点的压力值
△Pr为在设计工况下，从n用户到热源恒压点的回水干管压降
△py为n用户的资用压头
（二）变频器在循环系统中的作用
循环水泵是机械循环热水采暧系统的核心设备，同时又是耗电量较大的设备，
合理的选型既能保证系统的正常运行，也降低能耗。但在换热站循环泵的设计选型时，往往选择的功率较大，利用变频器调节其转速的节电潜力应比变颇补水定压大得多，但初投资也比较大。
在循环水系统中，水泵的作功通过水泵出水压力P2和回水压力P1的压力差△P来表示，即△P=P2-P1
流量Q、管阻R、与压力差△P三者之间的关系为：
Q=△P/R
而水泵作功的功率为
P=△PQ=Q2R
因为Q∝n，所以水泵的功率P∝n2
综上理论分析和实际测定可以得出变频器控制水泵运行的优点如下：
1、在管网运行方面—对循环泵电机实现变频调节后，在满足系统所需流量的情况下，电机、水泵转速降低，低于工频运行根据水泵的功率P∝n2，系统往往能节电30%—50%，节能效果十分明显。同时，变频系统根据水压波动实现了对流量的自动调节，系统运行趋于稳定，供热效果良好。
2、对于电机、水泵本身——两者实际运行转速往往低于工频转速，因此减小了机械摩擦。电机直接启动时，启动电流为额定电流的4~6倍，而变频调速后启动电流是额定电流的1/4，改善了电动机的启动性能，减少了启动电流对电气设备的冲击，延长了设备的使用寿命。
（三）以我公司某换热站为实例说明变频应用的节能效果
l、设备情况：
1#-2#水泵： KQL125/185-30/2
配套电机： 380V 30kW
3#-4#水泵： KQL100/185-18.5/2
配套电机： 380V 18.5kW
2、水泵运行情况：
2#、3#、4#运行，1#备用
2#水泵阀前压力0.48MPa；无进出口阀门开度；
3#水泵阀前压力0.5MPa；进口阀门开度100%，出口阀门开度100%；
4#水泵阀前压力0.5MPa；进口阀门开度100%，出口阀门开度100%；总管压力值为0.51MPa；
回水温度：33°C 出水温度：40°C
2、测算结论：
根据泵组设备参数和运行数据，运用泵站目标电耗技术进行分析测算，在现有工况下，该泵组实现节电比例39.2%（此结果为实际结果的80%）左右，运行时间按全年120天，每天运行24小时，节电量约为9万度左右。
控制方式：应用目标电耗技术配上380V、30kW变频器并开一台大工频。温差从6°C度拉大到9°C度，最小压差10m时，实际节电比例42%，节电量9万度电。
在循环水系统中，水泵的作功通过水泵出水压力P2和回水压力P1的压力差△P来表示，即△P=P2-P1
流量Q、管阻R、与压力差△P三者之间的关系为：
Q=△P/R
而水泵作功的功率为
P=△PQ=Q2R
因为Q∝n，所以水泵的功率P∝n2
综上理论分析和实际测定可以得出变频器控制水泵运行的优点如下：
1、在管网运行方面—对循环泵电机实现变频调节后，在满足系统所需流量的情况下，电机、水泵转速降低，低于工频运行根据水泵的功率P∝n2，系统往往能节电30%—50%，节能效果十分明显。同时，变频系统根据水压波动实现了对流量的自动调节，系统运行趋于稳定，供热效果良好。
2、对于电机、水泵本身——两者实际运行转速往往低于工频转速，因此减小了机械摩擦。电机直接启动时，启动电流为额定电流的4~6倍，而变频调速后启动电流是额定电流的1/4，改善了电动机的启动性能，减少了启动电流对电气设备的冲击，延长了设备的使用寿命。
（三）以我公司某换热站为实例说明变频应用的节能效果
l、设备情况：
1#-2#水泵： KQL125/185-30/2
配套电机： 380V 30kW
3#-4#水泵： KQL100/185-18.5/2
配套电机： 380V 18.5kW
2、水泵运行情况：
2#、3#、4#运行，1#备用
2#水泵阀前压力0.48MPa；无进出口阀门开度；
3#水泵阀前压力0.5MPa；进口阀门开度100%，出口阀门开度100%；
4#水泵阀前压力0.5MPa；进口阀门开度100%，出口阀门开度100%；总管压力值为0.51MPa；
回水温度：33°C 出水温度：40°C
2、测算结论：
根据泵组设备参数和运行数据，运用泵站目标电耗技术进行分析测算，在现有工况下，该泵组实现节电比例39.2%（此结果为实际结果的80%）左右，运行时间按全年120天，每天运行24小时，节电量约为9万度左右。
控制方式：应用目标电耗技术配上380V、30kW变频器并开一台大工频。温差从6°C度拉大到9°C度，最小压差10m时，实际节电比例42%，节电量9万度电。
三、供热管网水力平衡调节技术
水力平衡的概念：各用户实际得到的流量与其需求的流量相同。
调节的理论依据：各用户的相对流量比仅取决于网路各管段和用户的阻抗，而与网路流量无关。第d个用户与第m个用户（m＞d）之间的流量比，仅取决于用户d和用户d以后各管段和用户的阻抗，
水力平衡的概念：各用户实际得到的流量与其需求的流量相同。
调节的理论依据：各用户的相对流量比仅取决于网路各管段和用户的阻抗，而与网路流量无关。第d个用户与第m个用户（m＞d）之间的流量比，仅取决于用户d和用户d以后各管段和用户的阻抗，
而与用户d以前各管段和用户的阻抗无关。
1、以几种常见的水力工况变化情况为例，利用水压图，定性地分析水力失调的规律性。如图所示为一个带有五个热用户的热水网路。假定各热用户的流量已调整到规定的数值。如改变阀门A、B、C的开启度，网路中各热用户将产生水力失调。同时，水压图也将发生变化。
（1）阀A节流：
关小阀A，管网总流量减小，由于1-5用户的阻抗关系不变，各用户资用压头等比减少，所以流量是一致等比减少失调。
（2）阀B节流：
关小阀B
1、2用户是非等比失调，资用压头增加，流量增大；3、4、5用户资用压头减小，流量减少，一致等比减少失调。
（3）阀门C关闭时的水力工况
对于用户4和5，是等比的一致失调。对于用户1和2，将是不等比的一致失调。
2、提高管网水力稳定性的主要方法
（1）相对地减小网路干管的压降：适当增大网路干管的管径，选用较小的比摩阻R值，增大靠近动力的网路干管的直径。
（2）相对地增大用户系统的压降：增大用户系统的压降，可以采用水喷射器，调压板，安装高阻力小管径阀门等措施。
（3）在运行时应合理地进行网路的初调整和运行调节，应尽可能将网路干管上的所有阀门开大，而把剩余的作用压差消耗在用户系统上。
（4）对于运行质量要求高的系统，可在各用户引入口处安置必要的自动调节装置。
3、管网系统的初调节
初调节的定义：安装完的管路系统在投入使用时，因安装偏差等诸多原因造成管网阻力特性的变化引起水力失调，可通过调整调节装置的开度，对各管段的阻力特性和流量进行一次全面的调整。一般在管网使用之初需要对管网进行全面调节，又称为管网系统的初调节。
（1）比例调节法
调节原理：对上游管段调节，被调管段下游用户之间的流量分配比例不变。
调节方法：
A、以最小流量用户为基准，调节其他用户流量；
B、和参考用户保持设计比例，依次类推；
C、最后调总阀，使流量达到设计流量。
（2）平衡阀调节
调节原理：
A、支线内调节
任意选择调节支线，从末端用户开始，确定平衡阀的压降，计算参照阀的特性系数KV和开度KV，调节阀达到设计压降和流量。调节合作阀门，使用户1达到设计值，调用户2，并保持参考用户1在设计值，依次调节逐条支线上的用户。
B、支线间的调节
调节总阀，使最末端用户，达到设计值，依次调节其他支线，保持最末端在设计值。
优点：每个平衡阀只需调节一次，平衡阀的压降小，节省动力消耗。
工程实例：2008年，我公司对电业局中心换热站供热二次网分支安装了固安县爱能供热设备有限公司生产的爱能牌ZLKⅣ型自力式流量平衡阀，关停一台循环水泵后，循环水流量由4kg/m2降为2.5kg/m2，供回水温差由8度拉大到14度，同样满足了供热负荷要求，并达到了节电30%的效果，并减少了工作人员的劳动强度。
变频控制、混水循环及流量平衡等新技术的应用，从管网运行的各个方面优化系统配置，降低动力消耗，提高了循环系统的平衡能力。作为供热节能运行的发展方向，我们还要结合当地实际情况，按照政府宏观调控有关要求，配合热计量改革，进一步做好新技术的开发应用。---济宁市四和供热有限公司 孔令军； 济宁市东郊热电厂 刘丛伦 董方立
1、以几种常见的水力工况变化情况为例，利用水压图，定性地分析水力失调的规律性。如图所示为一个带有五个热用户的热水网路。假定各热用户的流量已调整到规定的数值。如改变阀门A、B、C的开启度，网路中各热用户将产生水力失调。同时，水压图也将发生变化。
（1）阀A节流：
关小阀A，管网总流量减小，由于1-5用户的阻抗关系不变，各用户资用压头等比减少，所以流量是一致等比减少失调。
（2）阀B节流：
关小阀B
1、2用户是非等比失调，资用压头增加，流量增大；3、4、5用户资用压头减小，流量减少，一致等比减少失调。
（3）阀门C关闭时的水力工况
对于用户4和5，是等比的一致失调。对于用户1和2，将是不等比的一致失调。
2、提高管网水力稳定性的主要方法
（1）相对地减小网路干管的压降：适当增大网路干管的管径，选用较小的比摩阻R值，增大靠近动力的网路干管的直径。
（2）相对地增大用户系统的压降：增大用户系统的压降，可以采用水喷射器，调压板，安装高阻力小管径阀门等措施。
（3）在运行时应合理地进行网路的初调整和运行调节，应尽可能将网路干管上的所有阀门开大，而把剩余的作用压差消耗在用户系统上。
（4）对于运行质量要求高的系统，可在各用户引入口处安置必要的自动调节装置。
3、管网系统的初调节
初调节的定义：安装完的管路系统在投入使用时，因安装偏差等诸多原因造成管网阻力特性的变化引起水力失调，可通过调整调节装置的开度，对各管段的阻力特性和流量进行一次全面的调整。一般在管网使用之初需要对管网进行全面调节，又称为管网系统的初调节。
（1）比例调节法
调节原理：对上游管段调节，被调管段下游用户之间的流量分配比例不变。
调节方法：
A、以最小流量用户为基准，调节其他用户流量；
B、和参考用户保持设计比例，依次类推；
C、最后调总阀，使流量达到设计流量。
（2）平衡阀调节
调节原理：
A、支线内调节
任意选择调节支线，从末端用户开始，确定平衡阀的压降，计算参照阀的特性系数KV和开度KV，调节阀达到设计压降和流量。调节合作阀门，使用户1达到设计值，调用户2，并保持参考用户1在设计值，依次调节逐条支线上的用户。
B、支线间的调节
调节总阀，使最末端用户，达到设计值，依次调节其他支线，保持最末端在设计值。
优点：每个平衡阀只需调节一次，平衡阀的压降小，节省动力消耗。
工程实例：2008年，我公司对电业局中心换热站供热二次网分支安装了固安县爱能供热设备有限公司生产的爱能牌ZLKⅣ型自力式流量平衡阀，关停一台循环水泵后，循环水流量由4kg/m2降为2.5kg/m2，供回水温差由8度拉大到14度，同样满足了供热负荷要求，并达到了节电30%的效果，并减少了工作人员的劳动强度。
变频控制、混水循环及流量平衡等新技术的应用，从管网运行的各个方面优化系统配置，降低动力消耗，提高了循环系统的平衡能力。作为供热节能运行的发展方向，我们还要结合当地实际情况，按照政府宏观调控有关要求，配合热计量改革，进一步做好新技术的开发应用。---济宁市四和供热有限公司 孔令军； 济宁市东郊热电厂 刘丛伦 董方立
参考文献：
［1］《热水采暖设计手册》， 山东建筑设计院，山东建筑学会暖通空调专业委员会。
［2］《流体输配管网》，中国建筑工业出版社，付祥钊 王岳人 王元
［1］《热水采暖设计手册》， 山东建筑设计院，山东建筑学会暖通空调专业委员会。
［2］《流体输配管网》，中国建筑工业出版社，付祥钊 王岳人 王元
