王 国 伟

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

1 概述

截止到2018年年末，全国城市集中供热面积达87.8亿m2，管道长度达37.11万km[1]。集中供热面积越来越大，其供热运行能耗也越来越受到行业的重视，电耗和热耗都是热力站主要能耗指标，导致能耗过大的原因一：循环泵工作点远离水泵高效区，循环泵在低效率下工作，导致电耗过高[2]，故选择适应管路特性曲线的循环泵是节能的关键。原因二：“大流量，小温差运行”，水力不平衡是造成“大流量，小温差运行”的主因，故解决水力平衡是根本[3]。根据以上分析可知，选择合适的循环泵和解决管网的水力平衡是节能改造的根本，以下为某换热站的节能改造案例分析。

2 项目概况

某热力站承担某小区A号楼～F号楼居民楼的供暖，设计总供热面积为26.4万m2。小区6栋楼均为25层的高层建筑，采用地板辐射的方式供暖，分为地暖低区和地暖高区，地暖低区设计供热面积为14.8万m2，实际供热面积为12.12万m2，设计供回水温度为50 ℃/40 ℃；地暖高区为11.6万m2，实际供热面积为11.25万m2，设计供回水温度为50 ℃/40 ℃。

该站2012年建成投运后，出现了用户冷热不均以及耗电量过大的问题。据统计，2014年2月16日～2014年2月22日7 d时间，系统周耗电量达到20 306 kW·h，水泵整个采暖季恒定频率运行，一个采暖季的耗电量高达438 029 kW·h，按照电价0.66元/(kW·h)计算，一个采暖季电费就要28.9万元，大大增加了供热企业的成本。节能改造降低运行成本，彻底解决用户冷热不均的问题迫在眉睫。

3 运行现状

基于上述情况，对换热站的现状及运行情况进行了调查了解。

3.1 循环水泵改造前配置

换热站主要用电设备是循环水泵和补水泵，补水泵耗电量相比循环水泵耗电量可以忽略不计，因此，首先了解循环水泵改造前的配置情况。地暖低区3台循环水泵(2用1备)主要参数：额定流量500 m3/h，额定扬程44 mH2O，额定功率90 kW。地暖高区2台循环水泵(1用1备)主要参数：额定流量600 m3/h，额定扬程38 mH2O，额定功率90 kW。

3.2 循环水泵运行工况

地暖低区和地暖高区系统实际运行参数如表1所示，地暖低区及地暖高区的循环水泵均采用变频调节。地暖低区所配置的3台循环泵(2用1备)，2台运行，频率为36 Hz，实测扬程为21 mH2O，单台泵流量421 m3/h，按照额定参数36 Hz时，理论流量360 m3/h，额定扬程22.8 mH2O，额定功率34.67 kW；地暖高区配置的2台循环泵(1用1备)全部运转(为弥补管网水力不平衡带来的冷热不均，启动两台泵，大流量小温差运行)，运行频率为38 Hz，实测扬程为24 mH2O，单台泵流量135 m3/h，按照额定参数38 Hz时，理论流量456 m3/h，额定扬程21.9 mH2O，额定功率21.6 kW。

表1 地暖低区和地暖高区系统运行参数

表1为换热站的监测数据：地暖低区和地暖高区的一次网流量、一次网供回水温差及二次网供回水温差。根据监测数据，可计算得到二次网流量、系统热负荷以及面积热指标。

1)地暖低区的二次网流量842 t/h，单台泵流量约421 t/h，效率约75.3%；但是水泵的扬程偏小，和地暖低区实际供回水压差21 m不符。而且从表1运行数据也能看出，地暖低区二次网供回水温差也只有3.7 ℃。因此，地暖低区的水泵也可以寻求匹配更合理的型号。

2)地暖高区的二网流量270 t/h，单台循环水泵的流量为135 t/h，效率45%，水泵工作点偏离高效区。

3)换热站内4台循环水泵的功率： 34.67 kW×2+21.6 kW×2=112.54 kW；周耗电量：112.54 kW×24 h/d×7 d=18 906.72 kW·h。证明水泵的工作点判断有一定的合理性。

综上所述，改造前有必要对现有的管网系统进行详细分析，找到系统存在的不合理的地方，提出可行的方案，从而达到节能的目的。

4 改造方案

4.1 管网的初调节

新建或者改建管网进行初调节是必不可少的，供热初调节应纳入到设计和施工内容的一部分。特别是枝状管网，由于近远端距离相差比较大，仅靠管道的口径进行水力平衡是无法实现的，所以只能靠阀门进行调节。从改造前地暖低、高区的运行结果看，低区系统实际运行供回水温度为3.71 ℃，高区系统实际运行供回水温度为6.97 ℃，高、低区设计供回水温差10 ℃，都有一定差距，其温差差距就是水力不平衡的直接反映。水泵功率和循环流量的三次方成正比，大流量，小温差运行是造成运行电耗过高的主要原因，故管网的初步调节是必不可少的。本工程采用比例调节和回水温度混合调节方法，使管网达到一个理想的水力平衡状态。

4.2 循环水泵选择

通过对水泵扬程、流量、功率的测试，结合运行记录二网供回水温度、压力等参数，可以确定出水泵的运行效率，再结合建筑面积，根据以往相关类型建筑节能改造后的供回水温差，可以确定出适宜的循环泵流量和扬程，控制循环泵的工作点位于水泵的高效区。

根据表1的计算结果，地暖低区的面积热指标为28.33 W/m2，地暖高区的面积热指标为19.42 W/m2，由于目前系统尚存在水力失调，部分用户不热，因此在匹配循环泵时，地暖低区面积热指标取35 W/m2，循环泵的设计参数：流量为366.91 m3/h，扬程为11.6 mH2O，根据流量和扬程，选择水泵额定流量400 m3/h，额定扬程为12.5 mH2O，额定功率为22 kW；地暖高区面积热指标取25 W/m2，循环泵的设计参数：流量为241.92 m3/h，扬程为12 mH2O，根据流量和扬程，选择水泵额定流量300 m3/h，额定扬程为12 mH2O，额定功率为22 kW。

4.3 耗电量比较

从理论计算，改造前循环泵实际功率之和为112.54 kW，改造后循环泵理论功率之和为44 kW，故理论节电率为(112.54-44)/112.54=60.9%。

5 改造后节能效果

改造后经过一个采暖季运行后实际节热量和节电量为：

1)地暖低区改造前单位面积耗热量为0.400 GJ/(采暖季·m2)。改造后单位面积耗热量为0.338 GJ/(采暖季·m2)。单位面积节热0.062 GJ/(采暖季·m2)，节热率为15.5%。

2)地暖高区改造前单位面积耗热量为0.357 GJ/(采暖季·m2)。改造后单位面积耗热量为0.323 GJ/(采暖季·m2)。单位面积节热0.034 GJ/(采暖季·m2)，节热率为9.52%。

3)改造前单位面积耗电量1.59 kW·h/m2，改造后单位面积耗电量为0.68 kW·h/m2，节电率为57.23%。

6 结论

1)通过本工程实践，节能改造后其整个采暖季平均供回水温度接近10 ℃，其值接近设计供回水温度，故“大流量、小温差运行”主要是由水力不平衡引起的。

2)换热站主要的用电设备为循环水泵，减小循环水泵用电量的主要途径是提供循环水泵的效率及管网平衡，达到“小流量，大温差运行”。

3)理论节电率60.9%只是考虑循环泵功率在改造前后的节电率，实际节电率57.23%是整个热力站用电量在节能改造前后的节电率，其理论节电率和实际节电率非常接近，说明热力站主要的耗电设备为循环泵，同时也证明理论分析的正确性。

4)地暖低区和地暖高区的节热量相差较大，主要原因是节热率是一个不确定的参数，其与原供热效果、运行方式、气象参数等因素有关。