摘要：集中熱水供暖系統中，tg=95℃,th=70℃,并配之以分階段改變流量質調節的運行調節方法被廣泛應用。但還不應說這是惟一最合適的方法。本文結合運行調節方式，從減小管網計算流量、加大設計供回水溫差入手探討一種與“大流量小溫差”這種不經濟的方式相對而言較為經濟的設計和運行調節方法。。
    引言 
    作為鍋爐運行管理部門，為了保證住宅小區不僅能在室外設計溫度（如吉林市-24℃）的條件下，維持室內設計溫度（一般為18℃）標準，同時還應該保證在其它任意非設計室外溫度條件下，也能合理調整熱媒參數保證室內溫度，作到既能保暖又節煤，那么，不僅需要有正確的設計，還必須認真搞好熱水供暖系統的運行調節，否則是難于實現。
    集中熱水供暖系統中，tg=95℃,th=70℃,并配之以分階段改變流量質調節的運行調節方法（以下簡稱“TJ”方法）被廣泛應用。但還不應說這是惟一最合適的方法。尤其是按這些基本點設計的系統，實際管網和設計容量過大（如水泵、管網直徑），過多（如散熱器），普通為”大流量小溫差”、并且是低溫工況下的運行方式。盡管這種方式可以彌補（或者說是掩蓋）了一些設計方面和運行方面的不足，但相對一次性投資較大，運行耗電較多，則與我國目前的經濟狀況反差太大，不相適應。
    所以本文試圖結合運行調節方式，從減小管網計算流量、加大設計供回水溫差入手探討一種與“大流量小溫差”這種不經濟的方式相對而言較為經濟的設計和運行調節方法。

    一、運行調節方法及管網計算流量
    目前國內小區共暖設計上考慮采用運行調節方法，都是“TJ”方法總結其原因是：
    1.短期內熱水供暖系統的設備水平還難以實現逐室逐戶的個體調節，只能在熱源或熱力站進行集中或局部調節。
    2.單純的集中質調節或量調節又各有不可克服的明顯弊病。
    3.雖然熱水供暖系統的最佳調節工況為質和量的綜合調節，但亦因目前的設備及水平有限還難以廣泛應用。
    4.間歇調節并非象一些外行人認為可以節煤，如果說已經節煤則是以允許室內溫度有過大的波動為前提的。而且即使有很多是設計按“TJ”方法，而實際運行上則采用了間歇調節的供暖系統是相當普遍的，其主要原因往往都是設備容量過大，只能靠減少運行時數來提高負荷比，這不屬于設計上應考慮的范圍。而由于“TJ”方法相對融合了質調節和量調節的長處，并且易于實現，則被設計者廣泛采用之。
    但是，目前設計者所考慮采用的“TJ”方法從理論上講，在小流量階段（如設計流量的75%）使運行電耗降低幅度很大，但正如前所述，實際運行中往往仍按“大流量小溫差”運行，而未達到節電目的。另一方面，從室外氣溫分布的情況看，很多地區整個供暖期中可按小流量運行的時間占50% 以上。而從管網的綜合經濟性看，在一次性投資極為緊張的我國，管網長期處于低負荷運行則顯得太不經濟。
    當采用“TJ”方法時，對于外網與用戶直接連接的供暖系統，一般將熱網相對流量比分為 φ=100%,φ=75% 兩個階段。當tg=95℃,th=70℃,tn=18℃, φ=75%，方翼60型散熱器：B=0.35,按吉林地區tw=-24℃并令tg=95℃經計算得：
                tg=95℃ 　　th=63.76℃
                對應tw=-21.8℃
而吉林地區日平均溫度低于-21.8℃的日數最多不超過二三個月，按規范吉林供暖日數為165天，從近期吉林地區氣溫部分數據可知，可按75%流量運行階段時間占整個供暖季50%以上。 
    因而室外管網水利計算中選擇管徑時的計算流量若按100%取，則由于按75%流量階段運行的日數很長，即實際長期處于低利用律狀態下運行。從另一角度表現為明顯的管網及部分設備容量過大（不包括實際選定設備人為增大部分）。相對而言，如不分階段變流量運行，則更為非經濟的設計運行方式，既因流量較大而使管網投資較大，又因長期大流量運行而電耗極為浪費。
    所以，建議熱水管網的計算流量可按運行時間總數50%之久的小流量設計，或按提高供回水溫差而使流量減小來計算。例如：取φ=75%，即按G2=0.751選取直徑，此時管網的單位長度阻力損失和管內流速仍按常規方法取定。
    由摩阻計算公式：R=AKC-25G2/D5.25ρ
    當R1=R2，可得：D2/D1=（G2/G1）2/5.25=0.750.381=0.896
    即管徑可縮小10%響應管網工程造價節約亦很可觀,同時運行電耗亦有所降低。由水泵耗電計算公式：]
    E=T*ρ*G*H/1000M
    當H1=H2，可得
    E2/E1=G2/G1=75%
    即可節電25%。
    管網計算流量的降低其經濟性是顯而易見的，但其對于供暖系統運行效果的影響不可忽視。尤其對于室內散熱裝置的設計計算產生絕對性影響。

    二、供回水計算溫度及散熱器計算
    在設熱負荷以定條件下，當計算流量相對取較小，但回水計算溫差必然應加大。對于一般熱水供暖系統，在供水溫度不能有大幅度提高的限制下，只能降低回水溫度，這就意味著在計算上的結果散熱面積要增加。尤其是對于目前占絕對多數的多層，中高層建筑的室內供暖系統大都是上供下回垂直單管順流式系統，下層散熱器要明顯增多。否則必然要發生“豎向熱力失調”。這也是為何雖然設計中注明采用“TJ”的運行方式而實際大多數運行中并不減小流量，而且更多采用“大流量小溫差”的主要原因之一。
    當然，導致“上熱下冷”的豎向熱力失調有諸多因素，如熱負荷計算不夠準確完善，管道散熱未能準確計入等等。因而目前設計者大都在散熱器決定布置時，往往經驗性地相對于計算結果普遍附加的基礎上，在底部再增加1至2片散熱器。
    (方翼大60型)這種做法有兩個問題:
    1.普通增加散熱面積, 在熱負荷一定的條件下意味著要降低供水溫度。反過來增加散熱面積是由于供水溫度過底。這就造成了一種惡性循環。管網和散熱器容量越來越大，低溫運行耗電量越多，鍋爐效率越低。現在這種低溫大流量小溫差的運行狀況，而且不為少數。
    2.底部經驗性增加散熱器來緩解“上熱下冷”的失調，在區域性大規模供熱設計中難以統一，必然存在按正規計算方法取直 與經驗附加的差異。因而增大供回水計算溫差，即可統一從設計計算中解決因改變流量、熱負荷計算不準確，管道散熱等因素導致的“上熱下冷”的熱力失調更為妥當。
    由于實際設計運行中普遍存在著流量過大、溫差過小、低溫運行這些極為不經濟現象，改變傳統做法，增大供回水溫差，以期降低計算流量，保證在相對較高溫度下運行的“大溫差小流量”的設計方法應為可行的方法。
    當然，考慮到供熱系統的普遍適應性，供水溫度應以不超過100℃為宜，建議可按98℃取定。回水溫度則考慮到市內供熱系統立管流量不宜過小，可取65℃，即供回水設計溫度為98/65℃此時供回水溫度為33℃。
    由：Q=C1C(Tg1-Th1)=C2C(Tg2-Th2)
    G2/G1=ΔT1/ΔT2=(95-70)/(98-65)=0.757
    即相當于95/70℃時計算流量的75%流量。顯然這與以往通常采用“TJ”方法中的小流量階段一致。這種流量的減少以廣大設計者所接授。所不同的是此時散熱器的計算溫度已不同于95/70℃計算參數下的值。由于這種變化，使得單管順流式系統下部散熱面積增加，這將明顯有利于緩解以往采用“PJ”方法中，小流量階段會出現的“上熱下冷”的熱力失調現象。同時，由于溫差增大，當在回水溫度相同時，供水溫度高于計算溫度為 95/70℃ 的設計系統，有利于提高鍋爐效率。

    三、循環泵配置及運行調節
    以98/65℃供回水計算溫度得到的計算流量為100%來進行管網設計。運行調節方法仍采用“PJ”方法時，建議循環水泵以100%，133%流量配置兩臺（也可以75%,100%流量配置）。盡管此時水泵的容量與95/70℃設計參數下的75%,100%流量條件的容量相當，但其正常運行條件下是以相對于以往計算流量的75%并且管網容量亦已減小。而相對以往100%容量（即133%）的循環泵則視室外溫度的變化極少開動。僅當氣溫降低至按98/65℃設計的質調節曲線的供水溫度上升到95℃時，可考慮改用133%容量循環泵。當133%容量泵運行時流量大于管網系統的計算流量，從理論上講會引起“上冷下熱”的熱力失調。但室內供暖系統已按室外計算溫度設計133% 泵運行屬于特殊冷天氣，而所謂“下熱”則因為熱負荷計算精度有限，還將有助于保證底層達到設計溫度或是使室內溫度標準稍有提高。至于超過計算流量下功率下電耗有大幅度的上升，則因其時間相對極少（一般在數十小時之內），綜合經濟效果95/70℃設計參數的系統。
    當98/65℃設計參數按75%,100%流量配泵時75%容量循環泵建議選用其性能曲線以坡降較大類型為宜，以其當極冷天氣下100%流量循環泵并聯使用，提高系統循環流量。

    四、“TJ”方法應用探討
    在實際工作中，用來進行調節的方法很多，最多的是質調節，但就現狀來講這種運行調節很多是憑經驗進行的，即由司爐工隨著室外溫度的變化調整鍋爐的供水及回水溫度，天冷時水溫由于沒有科學的數據為依據，熱媒參數的確盲目性很大，很難燒得高一些，天暖時水溫燒低些，即所謂的“看天燒火”，達到保暖節煤的目的。
    為提高熱水供暖系統的管理水平，可通過理論計算根據天氣變化來調節熱媒參數，即采用眾所周知的運行調節基本公式（1）（2），來求得人任意室外溫度tw,下的供、回水溫度tg,,和th,,

式中： tg′——任意室外日均溫度時的供水溫度℃
th′——任意室外日均溫度時的回水溫度℃
th ——室內設計要求溫度℃
tg ——室外計算溫度時的供水溫度℃
th ——室外計算溫度時的回水溫度℃
tw′——任意室外日平均溫度℃
B——散熱器指數（實驗得數）
G——相對流量比（即系統實際流量與設計流量比）
公式（1）（2）是來源于不考慮熱網熱損失的熱平衡方程：
Q1=Q2=Q3 (3)
式中：Q1 —建筑物的熱負荷(W)
Q2 —散熱器放出的熱量(W)
Q3 —熱網輸出的熱量 (W)
    運行基本調節公式（1）（2），是個理論公式，只有當建筑物的設計熱負荷與實際需要量相等，而且G已知，才可以求出該工況下的熱煤運行參數，這是我們皆很熟悉的。但是，我們在多年的熱水供暖工程的運行管理實踐中體會到，設計熱負荷的計算，由于種種偏于安全的考慮，往往與設計流量不相等，因此，當我們在應用上述運行調節基本公式時，并不能確定出符合實際運行工況要求的熱煤參數。為了切實指導實際運行，有必要對運行調節基本公式進行處理和改造，導出正確的實用的運行調節公式，才能真正指導實踐，把運行管理納入科學的軌道。
    在運行調節基本公式中加入熱負荷修正系數的辦法，并指導出正確的實用的熱水供暖質調節公式。
公式

公式（4）（5）中 
n—— 棟建筑物在設計工況下，實際熱負荷與設計熱負荷之比，稱熱負荷修正系數
q—— 運行工況與設計工況下建筑物熱指標之比
tn——室內設計要求溫度℃
tn——運行室內實際溫度℃
G—— 相對流量比
該成果還通過變量質換導出熱負荷修正系數n和相對流量比G 的公式：

現根據實測供暖工程列出《熱水供暖實際運行熱煤參數的確定》的具體應用實例：
系統設計工況：
室外計算溫度 tw =－24℃
室內溫度 tn =18℃
供水溫度 tg =95℃
回水溫度 th =70℃
測定獲得數據： 
室外日均溫度 tw′=－14.8℃
室內日均溫度 tn′ =18.3℃
供水日均溫度 tg′ =57.4℃
回水日均溫度 th′ =48.5℃
將上列數據代入（6）（7）式得： 

將n及 G值代入（4）（5）式即可得出該工程現行流量下的熱媒運行調節參數對照表。

    從上表中可以看出，《熱水供暖實際熱媒參數的確定和應用》這一科研成果具有很好的實用價值，對改變盲目的“看天 燒火”為科學的“看火燒火”，對實現在科學數據指導下的合理的運行調節十分有益，而且做法并不繁瑣，在基層可以辦到。它可以使室溫穩定控制在設計要求之內，保證供暖的社會效益，還能準確合理地確定熱媒運行參數，避免了供、回水溫度過高或過低的狀況，合理應用能源，保證供暖的經濟效益，較好地解決了理論公式在實際運行調節中應用的重要問題，確實值得運行管理部門大力推廣應用。 
    值得提出的是，由于熱負荷修正系數n對各建筑物并非同一值，因而在實際應用中，只能通過測試的手段來獲得有關數據，如可在穩定的運行條件下，測量熱用戶口處供水溫度tg′和回水溫度th′，測量用戶室內溫度tn′ 和室外溫度 tw′等（而且應取一晝夜的日平均值），再連同該建筑物的相應設計工況下的設計值如tg、th、tn和 tw 等一并代入公式，便可求得熱負荷修正系數n及流量比 G ，進而列出一個對該建筑物有實用價值的運行調節公式，最終求出相應的熱煤運行調節參數對照表，就可指導該熱水供暖系數的運行了。