集中热水供暖系统运行调节方法探讨 -------------------------------------------------------------------------------- 2005年12月2日 摘要： 集中热水供暖系统中，tg=95℃,th=70℃,并配之以分阶段改变流量质调节的运行调节方法被广泛应用。但还不应说这是惟一最合适的方法。本文结合运行调节方式，从减小管网计算流量、加大设计供回水温差入手探讨一种与“大流量小温差”这种不经济的方式相对而言较为经济的设计和运行调节方法。
集中热水供暖系统运行调节方法探讨
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2005年12月2日
摘要： 集中热水供暖系统中，tg=95℃,th=70℃,并配之以分阶段改变流量质调节的运行调节方法被广泛应用。但还不应说这是惟一最合适的方法。本文结合运行调节方式，从减小管网计算流量、加大设计供回水温差入手探讨一种与“大流量小温差”这种不经济的方式相对而言较为经济的设计和运行调节方法。
关键词： 管网计量 热水供暖 集中供暖
引言
作为锅炉运行管理部门，为了保证住宅小区不仅能在室外设计温度（如吉林市-24℃）的条件下，维持室内设计温度（一般为18℃）标准，同时还应该保证在其它任意非设计室外温度条件下，也能合理调整热媒参数保证室内温度，作到既能保暖又节煤，那么，不仅需要有正确的设计，还必须认真搞好热水供暖系统的运行调节，否则是难于实现。
集中热水供暖系统中，tg=95℃,th=70℃,并配之以分阶段改变流量质调节的运行调节方法（以下简称“TJ”方法）被广泛应用。但还不应说这是惟一最合适的方法。尤其是按这些基本点设计的系统，实际管网和设计容量过大（如水泵、管网直径），过多（如散热器），普通为”大流量小温差”、并且是低温工况下的运行方式。尽管这种方式可以弥补（或者说是掩盖）了一些设计方面和运行方面的不足，但相对一次性投资较大，运行耗电较多，则与我国目前的经济状况反差太大，不相适应。
所以本文试图结合运行调节方式，从减小管网计算流量、加大设计供回水温差入手探讨一种与“大流量小温差”这种不经济的方式相对而言较为经济的设计和运行调节方法。
一、运行调节方法及管网计算流量
目前国内小区共暖设计上考虑采用运行调节方法，都是“TJ”方法总结其原因是：
1.短期内热水供暖系统的设备水平还难以实现逐室逐户的个体调节，只能在热源或热力站进行集中或局部调节。
2.单纯的集中质调节或量调节又各有不可克服的明显弊病。
3.虽然热水供暖系统的最佳调节工况为质和量的综合调节，但亦因目前的设备及水平有限还难以广泛应用。
4.间歇调节并非象一些外行人认为可以节煤，如果说已经节煤则是以允许室内温度有过大的波动为前提的。而且即使有很多是设计按“TJ”方法，而实际运行上则采用了间歇调节的供暖系统是相当普遍的，其主要原因往往都是设备容量过大，只能靠减少运行时数来提高负荷比，这不属于设计上应考虑的范围。而由于“TJ”方法相对融合了质调节和量调节的长处，并且易于实现，则被设计者广泛采用之。
但是，目前设计者所考虑采用的“TJ”方法从理论上讲，在小流量阶段（如设计流量的75%）使运行电耗降低幅度很大，但正如前所述，实际运行中往往仍按“大流量小温差”运行，而未达到节电目的。另一方面，从室外气温分布的情况看，很多地区整个供暖期中可按小流量运行的时间占50% 以上。而从管网的综合经济性看，在一次性投资极为紧张的我国，管网长期处于低负荷运行则显得太不经济。
2楼
当采用“TJ”方法时，对于外网与用户直接连接的供暖系统，一般将热网相对流量比分为 φ=100%,φ=75% 两个阶段。当tg=95℃,th=70℃,tn=18℃, φ=75%，方翼60型散热器：B=0.35,按吉林地区tw=-24℃并令tg=95℃经计算得：
tg=95℃ th=63.76℃
对应tw=-21.8℃
而吉林地区日平均温度低于-21.8℃的日数最多不超过二三个月，按规范吉林供暖日数为165天，从近期吉林地区气温部分数据可知，可按75%流量运行阶段时间占整个供暖季50%以上。
因而室外管网水利计算中选择管径时的计算流量若按100%取，则由于按75%流量阶段运行的日数很长，即实际长期处于低利用律状态下运行。从另一角度表现为明显的管网及部分设备容量过大（不包括实际选定设备人为增大部分）。相对而言，如不分阶段变流量运行，则更为非经济的设计运行方式，既因流量较大而使管网投资较大，又因长期大流量运行而电耗极为浪费。
所以，建议热水管网的计算流量可按运行时间总数50%之久的小流量设计，或按提高供回水温差而使流量减小来计算。例如：取φ=75%，即按G2=0.751选取直径，此时管网的单位长度阻力损失和管内流速仍按常规方法取定。
由摩阻计算公式：R=AKC-25G2/D5.25ρ
当R1=R2，可得：D2/D1=（G2/G1）2/5.25=0.750.381=0.896
即管径可缩小10%响应管网工程造价节约亦很可观,同时运行电耗亦有所降低。由水泵耗电计算公式：]
E=T*ρ*G*H/1000M
当H1=H2，可得
E2/E1=G2/G1=75%
即可节电25%。
管网计算流量的降低其经济性是显而易见的，但其对于供暖系统运行效果的影响不可忽视。尤其对于室内散热装置的设计计算产生绝对性影响。
二、供回水计算温度及散热器计算
在设热负荷以定条件下，当计算流量相对取较小，但回水计算温差必然应加大。对于一般热水供暖系统，在供水温度不能有大幅度提高的限制下，只能降低回水温度，这就意味着在计算上的结果散热面积要增加。尤其是对于目前占绝对多数的多层，中高层建筑的室内供暖系统大都是上供下回垂直单管顺流式系统，下层散热器要明显增多。否则必然要发生“竖向热力失调”。这也是为何虽然设计中注明采用“TJ”的运行方式而实际大多数运行中并不减小流量，而且更多采用“大流量小温差”的主要原因之一。
当然，导致“上热下冷”的竖向热力失调有诸多因素，如热负荷计算不够准确完善，管道散热未能准确计入等等。因而目前设计者大都在散热器决定布置时，往往经验性地相对于计算结果普遍附加的基础上，在底部再增加1至2片散热器。
(方翼大60型)这种做法有两个问题:
1.普通增加散热面积, 在热负荷一定的条件下意味着要降低供水温度。反过来增加散热面积是由于供水温度过底。这就造成了一种恶性循环。管网和散热器容量越来越大，低温运行耗电量越多，锅炉效率越低。现在这种低温大流量小温差的运行状况，而且不为少数。
2.底部经验性增加散热器来缓解“上热下冷”的失调，在区域性大规模供热设计中难以统一，必然存在按正规计算方法取直 与经验附加的差异。因而增大供回水计算温差，即可统一从设计计算中解决因改变流量、热负荷计算不准确，管道散热等因素导致的“上热下冷”的热力失调更为妥当。
由于实际设计运行中普遍存在着流量过大、温差过小、低温运行这些极为不经济现象，改变传统做法，增大供回水温差，以期降低计算流量，保证在相对较高温度下运行的“大温差小流量”的设计方法应为可行的方法。
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3楼
当然，考虑到供热系统的普遍适应性，供水温度应以不超过100℃为宜，建议可按98℃取定。回水温度则考虑到市内供热系统立管流量不宜过小，可取65℃，即供回水设计温度为98/65℃此时供回水温度为33℃。
由：Q=C1C(Tg1-Th1)=C2C(Tg2-Th2)
G2/G1=ΔT1/ΔT2=(95-70)/(98-65)=0.757
即相当于95/70℃时计算流量的75%流量。显然这与以往通常采用“TJ”方法中的小流量阶段一致。这种流量的减少以广大设计者所接授。所不同的是此时散热器的计算温度已不同于95/70℃计算参数下的值。由于这种变化，使得单管顺流式系统下部散热面积增加，这将明显有利于缓解以往采用“PJ”方法中，小流量阶段会出现的“上热下冷”的热力失调现象。同时，由于温差增大，当在回水温度相同时，供水温度高于计算温度为 95/70℃ 的设计系统，有利于提高锅炉效率。
三、循环泵配置及运行调节
以98/65℃供回水计算温度得到的计算流量为100%来进行管网设计。运行调节方法仍采用“PJ”方法时，建议循环水泵以100%，133%流量配置两台（也可以75%,100%流量配置）。尽管此时水泵的容量与95/70℃设计参数下的75%,100%流量条件的容量相当，但其正常运行条件下是以相对于以往计算流量的75%并且管网容量亦已减小。而相对以往100%容量（即133%）的循环泵则视室外温度的变化极少开动。仅当气温降低至按98/65℃设计的质调节曲线的供水温度上升到95℃时，可考虑改用133%容量循环泵。当133%容量泵运行时流量大于管网系统的计算流量，从理论上讲会引起“上冷下热”的热力失调。但室内供暖系统已按室外计算温度设计133% 泵运行属于特殊冷天气，而所谓“下热”则因为热负荷计算精度有限，还将有助于保证底层达到设计温度或是使室内温度标准稍有提高。至于超过计算流量下功率下电耗有大幅度的上升，则因其时间相对极少（一般在数十小时之内），综合经济效果95/70℃设计参数的系统。
当98/65℃设计参数按75%,100%流量配泵时75%容量循环泵建议选用其性能曲线以坡降较大类型为宜，以其当极冷天气下100%流量循环泵并联使用，提高系统循环流量。
四、“TJ”方法应用探讨
在实际工作中，用来进行调节的方法很多，最多的是质调节，但就现状来讲这种运行调节很多是凭经验进行的，即由司炉工随着室外温度的变化调整锅炉的供水及回水温度，天冷时水温由于没有科学的数据为依据，热媒参数的确盲目性很大，很难烧得高一些，天暖时水温烧低些，即所谓的“看天烧火”，达到保暖节煤的目的。
为提高热水供暖系统的管理水平，可通过理论计算根据天气变化来调节热媒参数，即采用众所周知的运行调节基本公式（1）（2），来求得人任意室外温度tw,下的供、回水温度tg,,和th,,
式中： tg′——任意室外日均温度时的供水温度℃
th′——任意室外日均温度时的回水温度℃
th ——室内设计要求温度℃
tg ——室外计算温度时的供水温度℃
th ——室外计算温度时的回水温度℃
tw′——任意室外日平均温度℃
B——散热器指数（实验得数）
G——相对流量比（即系统实际流量与设计流量比）
公式（1）（2）是来源于不考虑热网热损失的热平衡方程：
Q1=Q2=Q3 (3)
式中：Q1 —建筑物的热负荷(W)
Q2 —散热器放出的热量(W)
Q3 —热网输出的热量 (W)
运行基本调节公式（1）（2），是个理论公式，只有当建筑物的设计热负荷与实际需要量相等，而且G已知，才可以求出该工况下的热煤运行参数，这是我们皆很熟悉的。但是，我们在多年的热水供暖工程的运行管理实践中体会到，设计热负荷的计算，由于种种偏于安全的考虑，往往与设计流量不相等，因此，当我们在应用上述运行调节基本公式时，并不能确定出符合实际运行工况要求的热煤参数。为了切实指导实际运行，有必要对运行调节基本公式进行处理和改造，导出正确的实用的运行调节公式，才能真正指导实践，把运行管理纳入科学的轨道。
在运行调节基本公式中加入热负荷修正系数的办法，并指导出正确的实用的热水供暖质调节公式。
公式
公式（4）（5）中
n—— 栋建筑物在设计工况下，实际热负荷与设计热负荷之比，称热负荷修正系数
q—— 运行工况与设计工况下建筑物热指标之比
tn——室内设计要求温度℃
tn——运行室内实际温度℃
G—— 相对流量比
该成果还通过变量质换导出热负荷修正系数n和相对流量比G 的公式：
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4楼
现根据实测供暖工程列出《热水供暖实际运行热煤参数的确定》的具体应用实例：
系统设计工况：
室外计算温度 tw =－24℃
室内温度 tn =18℃
供水温度 tg =95℃
回水温度 th =70℃
测定获得数据：
室外日均温度 tw′=－14.8℃
室内日均温度 tn′ =18.3℃
供水日均温度 tg′ =57.4℃
回水日均温度 th′ =48.5℃
将上列数据代入（6）（7）式得：
将n及 G值代入（4）（5）式即可得出该工程现行流量下的热媒运行调节参数对照表。
tw tg′ th′ tw′ tg′ th′
5 43 38 -12 67 55
4 44 39 -13 68 57
3 46 40 -14 68 57
2 48 41 -15 69 57
1 49 42 -16 71 58
0 51 43 -17 72 59
-1 52 44 -18 74 60
-2 53 45 -19 75 61
-3 54 47 -20 77 62
-4 56 48 -21 78 63
-5 58 49 -22 80 64
-6 59 50 -23 82 64
-7 61 51 -24 84 65
-8 62 52 -25 85 66
-9 63 53 -26 88 67
-10 65 54 -27 90 68
-11 66 55 -28 93 69
N=0.59 -G=1.3
从上表中可以看出，《热水供暖实际热媒参数的确定和应用》这一科研成果具有很好的实用价值，对改变盲目的“看天 烧火”为科学的“看火烧火”，对实现在科学数据指导下的合理的运行调节十分有益，而且做法并不繁琐，在基层可以办到。它可以使室温稳定控制在设计要求之内，保证供暖的社会效益，还能准确合理地确定热媒运行参数，避免了供、回水温度过高或过低的状况，合理应用能源，保证供暖的经济效益，较好地解决了理论公式在实际运行调节中应用的重要问题，确实值得运行管理部门大力推广应用。
值得提出的是，由于热负荷修正系数n对各建筑物并非同一值，因而在实际应用中，只能通过测试的手段来获得有关数据，如可在稳定的运行条件下，测量热用户口处供水温度tg′和回水温度th′，测量用户室内温度tn′ 和室外温度 tw′等（而且应取一昼夜的日平均值），再连同该建筑物的相应设计工况下的设计值如tg、th、tn和 tw 等一并代入公式，便可求得热负荷修正系数n及流量比 G ，进而列出一个对该建筑物有实用价值的运行调节公式，最终求出相应的热煤运行调节参数对照表，就可指导该热水供暖系数的运行了。
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