孙 石，左 鑫，张俊康，牛 鹏，张自国

(1.长春工程学院； 2.吉林省建筑能源供应与室内环境控制工程研究中心，长春 130012；3.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，长春 130000)

分布式变频供暖系统实验比较研究

孙 石1，2，左 鑫3，张俊康1，2，牛 鹏1，2，张自国1，2

(1.长春工程学院； 2.吉林省建筑能源供应与室内环境控制工程研究中心，长春 130012；3.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，长春 130000)

提高供热系统的能效并且降低输配的能耗，是对传统集中动力式输配系统进行节能的主要技术手段。近些年，集中供热事业不断发展，供热管网的规模不断增大，但是，传统阀门调节的形式存在着能源消耗巨大、调节效果不明显等种种问题。介绍了应用变频泵替换用户支路的调节阀的分布式变频供暖输配系统，并对分布式变频供暖输配系统与传统集中动力式输配系统的输配能耗和供暖效果进行了实验对比研究。结果表明分布式变频供暖系统具有更灵活的调节性能，并具有明显的节能效果，运行能耗下降16%。

分布式；变频；供暖；实验研究

0 引言

在传统集中供暖系统中，动力输配方式是按最长供暖管线阻力选择循环泵扬程的，近端循环管路往往出现循环压力过大现象，需要通过节流措施降低压力，这样就会造成很大的能量损耗，若调节不当，容易出现水力失调，导致近端热远端冷的现象。近些年，随着人们对节能的日益关注，随着变频技术的不断完善，一些学者提出了用分布式变频泵输配系统代替传统输配系统的观点。理论上分析，这种替代是合理的，但是实际应用还处于起步探索阶段。为深入研究这一问题，我们搭建了一个分布式变频供暖输配系统实验台。该实验台能够适时切换工作模式，直观地反映上述两种系统各自的特点，以对分布式变频供暖输配系统的节能效果和调节特性进行实验研究。

1 实验台总体设计

可以实现分布式变频供暖输配系统不同布置形式的运行实验，如：热用户泵在供水管上的输配系统、热用户泵在回水管上的输配系统。实验台管网示意图如图1所示，实验台管网实物图如图2所示。

散热器组由散热器、散热器供水管路、散热器回水管路组成。在散热器供水管路上设有电控阀，散热器供水管路前段设有并联管路，其中一条管路上设有阀门1、压力表、温度计1，另一条管路上设有阀门2、热用户泵1、温度计2。散热器供水管上的两条并联管路会合后与总供水管相连。散热器回水管路上设有并联管路，其中一管路上设有阀门4，另一条管路上有阀门3、热用户回水泵1。散热器回水管路的两条并联管路会合后与总回水管相连。

总供水管在电加热水箱的出口段设有并联管路，其中一条管路上设有主循环泵、主阀门，另一条管道上设有阀门0、分布式变频循环主循环泵。

总回水管上设有压力表、温度计，总供水管上设有压力表、温度计，本装置中的所有水泵分别配备一台变频器，一块电表。本装置设有控制器与电加热水箱、水泵变频器、电表、温度计、压力表、电控阀相连。具体的控制方式是根据零压差点位置的供回水压差调节主循环泵的频率，保证该位置的供回水压力始终相等。

各支路循环泵根据室内温度、回水温度的变化，调节热用户变频泵频率，以满足热用户的热负荷要求。热用户泵是根据相应的室外温度设定的供回水平均温度与实际的热用户的供回水平均温度之间的差值进行控制热用户泵前的变频器频率，通过热用户泵转速的变化调整进入热用户散热器里的流量。主循环泵的控制是根据零压差控制点位置供回水管之间的压差调整主循环泵的频率，始终保持零压差控制点位置的压差为零。当室外温度降低，热用户所需的流量变大，此时供热管网的流量也要变大，主循环泵的出口压力变小，零压差点的供回水压力小于零，为了使该点位置的供回水压力相等，需要增大循环泵的转速，使其扬程变大，保持零压差点的压力保持不变。

图1 实验台管网示意图

图2 实验台管网实物图

2 实验过程与实验分析

2.1 实验的条件和目的

本实验主要分为3部分进行，分别是：集中动力式输配系统实验、热用户泵在供水管上的分布式变频供暖输配系统实验、热用户泵在回水管上的分布式变频供暖输配系统实验。为了保证实验的准确性，本实验均是在室外温度为-5 ℃，供水温度为45 ℃，让系统连续运行1 d的工况下进行的数据采集。

实验的主要目的是为了对比分析在相同的工况下，集中动力式输配系统、热用户泵在供水管上的分布式变频供暖输配系统、热用户泵在回水管上的分布式变频供暖输配系统这3种不同输配方式下的输配能耗和供暖效果的差距。

2.2 实验过程

首先进行集中动力式输配系统实验，实验装置中用电加热水箱作为热源，散热器模拟热用户，控制器控制电加热水箱的水温，通过电控阀调节进入散热器的流量，装置中的阀门0、阀门2、阀门3全关闭，阀门1、阀门4全开，进行传统供暖系统的集中动力式输配实验。图3是在集中动力式输配系统方式下的室内温度变化曲线图。

图3 集中动力式输配系统室内温度变化曲线

当阀门1、阀门3关闭，阀门0、阀门2、阀门4打开是进行热用户泵在供水管上的分布式供暖输配系统实验，当阀门2、阀门4关闭，阀门0、阀门1、阀门3打开是进行热网用户泵在回水管路上的分布式输配系统实验，室内温度变化曲线如图4所示。

图4 热用户泵在回水管上的室内温度变化曲线

当阀门1、阀门4关闭，阀门0、阀门2、阀门3打开是进行热用户泵分别在供回水管路上的分布式输配系统管路实验，室内温度变化曲线如图5所示。

3种不同输配形式下的输配能耗分别为：集中动力式11.86 kWh，热用户泵在供水侧的分布式系统 10.02 kWh， 热用户泵在回水侧的分布式系统10.05 kWh。

图5 热用户泵在供水管上的室内温度变化曲线

2.3 实验数据分析

从图3可以看出，集中动力式输配系统运行大概6 h后室内温度趋于平衡，从图4上可以看出热用户泵在回水管上的分布式变频供暖输配系统，大约运行4 h后室内温度趋于平衡，从图5可以看出热用户泵在供水管上的分布式变频供暖输配系统大约运行4 h后室内温度趋于平衡。对比图3和图5可以看出集中动力式输配系统的温度上升曲线存在超调，而且温度上升曲线的斜率小于分布式变频供暖输配系统的斜率。说明分布式变频供暖输配系统的管网调节响应速度比集中动力式输配系统响应速度快，温度变化平稳没有超调。分布式变频供暖输配系统的水泵输配电耗明显低于集中动力式输配系统。

3 结语

通过以上实验，运用对比分析的研究方法可以得出分布式变频供暖输配系统比传统集中动力式输配系统管网调节响应速度快，室内温度上升平稳，供热舒适性好，输配能耗低，大约比传统的集中动力式输配系统在相同的供热负荷下可以节省16%的输配电耗。因此，分布式变频供暖输配系统在集中供热系统当中的应用具有很大的节能优势。

[1] 江亿.我国建筑能耗趋势与节能重点[J].建设科技,2006(7):10-13.

[2] 徐中堂.认清我国能源形势推进城市集中供热发展[J].区域供热,2015(2):1-5.

[3] 孙石,张俊康,郭改英,等.基于模糊控制分布式变频恒温供暖系统[J].长春工程学院学报：自然科学版,2014(3):46-49.

[4] 石兆玉.实施分布式循环供热系统时应注意的几个问题[J].区域供热,2013(2):1-5.

The Comparative Study on the Experiments to Distributed Variable Frequency Heating System

SUN Shi，et al.

(ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

To improve the efficiency of the heating system and to reduce the distribution on energy consumption are the main technical means to traditional centralized power distribution system energy saving.In recent years，the central heating industry is developing，and the scale of the heating network is increasing.However，the traditional valve adjustment has some disadvantages as huge energy consumption，non-obvious on adjustment effect，and so on.This paper introduces the distributed variable frequency heating system by applying variable frequency pumps replacing user branch regulating valves，and makes a experimental comparative study on the distribution on energy consumption and heating effects between the distributed variable frequency heating system and the traditional centralized power distribution system.The results show that the distributed variable frequency heating system has more flexible regulation performance，and has obvious energy saving effect.The operation energy consumption can be reduced by 16%.

distribution；variable frequency；heating；experimental study

2017-04-05

孙石(1962-)，男(汉)，吉林梨树，教授 主要研究流体传输与节能。

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.014

TK114

A

1009-8984(2017)02-0059-03