引言
作為鍋爐運行管理部門，為了保證住宅小區(qū)不僅能在室外設(shè)計溫度（如吉林市-24℃）的條件下，維持室內(nèi)設(shè)計溫度（一般為18℃）標準，同時還應(yīng)該保證在其它任意非設(shè)計室外溫度條件下，也能合理調(diào)整熱媒參數(shù)保證室內(nèi)溫度，作到既能保暖又節(jié)煤，那么，不僅需要有正確的設(shè)計，還必須認真搞好熱水供暖系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)，否則是難于實現(xiàn)。
集中熱水供暖系統(tǒng)中，tg=95℃,th=70℃,并配之以分階段改變流量質(zhì)調(diào)節(jié)的運行調(diào)節(jié)方法（以下簡稱“TJ”方法）被廣泛應(yīng)用。但還不應(yīng)說這是惟一最合適的方法。尤其是按這些基本點設(shè)計的系統(tǒng)，實際管網(wǎng)和設(shè)計容量過大（如水泵、管網(wǎng)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(shè)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(jīng)濟狀況反差太大，不相適應(yīng)。
所以本文試圖結(jié)合運行調(diào)節(jié)方式，從減小管網(wǎng)計算流量、加大設(shè)計供回水溫差入手探討一種與“大流量小溫差”這種不經(jīng)濟的方式相對而言較為經(jīng)濟的設(shè)計和運行調(diào)節(jié)方法。
一、運行調(diào)節(jié)方法及管網(wǎng)計算流量
目前國內(nèi)小區(qū)共暖設(shè)計上考慮采用運行調(diào)節(jié)方法，都是“TJ”方法總結(jié)其原因是：
1.短期內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的設(shè)備水平還難以實現(xiàn)逐室逐戶的個體調(diào)節(jié)，只能在熱源或熱力站進行集中或局部調(diào)節(jié)。
2.單純的集中質(zhì)調(diào)節(jié)或量調(diào)節(jié)又各有不可克服的明顯弊病。
3.雖然熱水供暖系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)工況為質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)，但亦因目前的設(shè)備及水平有限還難以廣泛應(yīng)用。
4.間歇調(diào)節(jié)并非象一些外行人認為可以節(jié)煤，如果說已經(jīng)節(jié)煤則是以允許室內(nèi)溫度有過大的波動為前提的。而且即使有很多是設(shè)計按“TJ”方法，而實際運行上則采用了間歇調(diào)節(jié)的供暖系統(tǒng)是相當普遍的，其主要原因往往都是設(shè)備容量過大，只能靠減少運行時數(shù)來提高負荷比，這不屬于設(shè)計上應(yīng)考慮的范圍。而由于“TJ”方法相對融合了質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)的長處，并且易于實現(xiàn)，則被設(shè)計者廣泛采用之。
但是，目前設(shè)計者所考慮采用的“TJ”方法從理論上講，在小流量階段（如設(shè)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(jié)電目的。另一方面，從室外氣溫分布的情況看，很多地區(qū)整個供暖期中可按小流量運行的時間占50%以上。而從管網(wǎng)的綜合經(jīng)濟性看，在一次性投資極為緊張的我國，管網(wǎng)長期處于低負荷運行則顯得太不經(jīng)濟。
當采用“TJ”方法時，對于外網(wǎng)與用戶直接連接的供暖系統(tǒng)，一般將熱網(wǎng)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(qū)tw=-24℃并令tg=95℃經(jīng)計算得：
tg=95℃ th=63.76℃
對應(yīng)tw=-21.8℃
而吉林地區(qū)日平均溫度低于-21.8℃的日數(shù)最多不超過二三個月，按規(guī)范吉林供暖日數(shù)為165天，從近期吉林地區(qū)氣溫部分數(shù)據(jù)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(wǎng)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(shù)很長，即實際長期處于低利用律狀態(tài)下運行。從另一角度表現(xiàn)為明顯的管網(wǎng)及部分設(shè)備容量過大（不包括實際選定設(shè)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(jīng)濟的設(shè)計運行方式，既因流量較大而使管網(wǎng)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(wǎng)的計算流量可按運行時間總數(shù)50%之久的小流量設(shè)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(wǎng)的單位長度阻力損失和管內(nèi)流速仍按常規(guī)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(yīng)管網(wǎng)工程造價節(jié)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(jié)電25%。
管網(wǎng)計算流量的降低其經(jīng)濟性是顯而易見的，但其對于供暖系統(tǒng)運行效果的影響不可忽視。尤其對于室內(nèi)散熱裝置的設(shè)計計算產(chǎn)生絕對性影響。
二、供回水計算溫度及散熱器計算
在設(shè)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(yīng)加大。對于一般熱水供暖系統(tǒng)，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(jié)果散熱面積要增加。尤其是對于目前占絕對多數(shù)的多層，中高層建筑的室內(nèi)供暖系統(tǒng)大都是上供下回垂直單管順流式系統(tǒng)，下層散熱器要明顯增多。否則必然要發(fā)生“豎向熱力失調(diào)”。這也是為何雖然設(shè)計中注明采用“TJ”的運行方式而實際大多數(shù)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(diào)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(shè)計者大都在散熱器決定布置時，往往經(jīng)驗性地相對于計算結(jié)果普遍附加的基礎(chǔ)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(huán)。管網(wǎng)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(xiàn)在這種低溫大流量小溫差的運行狀況，而且不為少數(shù)。
2.底部經(jīng)驗性增加散熱器來緩解“上熱下冷”的失調(diào)，在區(qū)域性大規(guī)模供熱設(shè)計中難以統(tǒng)一，必然存在按正規(guī)計算方法取直與經(jīng)驗附加的差異。因而增大供回水計算溫差，即可統(tǒng)一從設(shè)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(diào)更為妥當。
由于實際設(shè)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(jīng)濟現(xiàn)象，改變傳統(tǒng)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(shè)計方法應(yīng)為可行的方法。
當然，考慮到供熱系統(tǒng)的普遍適應(yīng)性，供水溫度應(yīng)以不超過100℃為宜，建議可按98℃取定。回水溫度則考慮到市內(nèi)供熱系統(tǒng)立管流量不宜過小，可取65℃，即供回水設(shè)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(shè)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(shù)下的值。由于這種變化，使得單管順流式系統(tǒng)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(xiàn)的“上熱下冷”的熱力失調(diào)現(xiàn)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(shè)計系統(tǒng)，有利于提高鍋爐效率。
三、循環(huán)泵配置及運行調(diào)節(jié)
以98/65℃供回水計算溫度得到的計算流量為100%來進行管網(wǎng)設(shè)計。運行調(diào)節(jié)方法仍采用“PJ”方法時，建議循環(huán)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(shè)計參數(shù)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(wǎng)容量亦已減小。而相對以往100%容量（即133%）的循環(huán)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(shè)計的質(zhì)調(diào)節(jié)曲線的供水溫度上升到95℃時，可考慮改用133%容量循環(huán)泵。當133%容量泵運行時流量大于管網(wǎng)系統(tǒng)的計算流量，從理論上講會引起“上冷下熱”的熱力失調(diào)。但室內(nèi)供暖系統(tǒng)已按室外計算溫度設(shè)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(shè)計溫度或是使室內(nèi)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(shù)十小時之內(nèi)），綜合經(jīng)濟效果95/70℃設(shè)計參數(shù)的系統(tǒng)。
當98/65℃設(shè)計參數(shù)按75%,100%流量配泵時75%容量循環(huán)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(huán)泵并聯(lián)使用，提高系統(tǒng)循環(huán)流量。
四、“TJ”方法應(yīng)用探討
在實際工作中，用來進行調(diào)節(jié)的方法很多，最多的是質(zhì)調(diào)節(jié)，但就現(xiàn)狀來講這種運行調(diào)節(jié)很多是憑經(jīng)驗進行的，即由司爐工隨著室外溫度的變化調(diào)整鍋爐的供水及回水溫度，天冷時水溫由于沒有科學的數(shù)據(jù)為依據(jù)，熱媒參數(shù)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(jié)煤的目的。
為提高熱水供暖系統(tǒng)的管理水平，可通過理論計算根據(jù)天氣變化來調(diào)節(jié)熱媒參數(shù)，即采用眾所周知的運行調(diào)節(jié)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(nèi)設(shè)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(shù)（實驗得數(shù)）
G——相對流量比（即系統(tǒng)實際流量與設(shè)計流量比）
公式（1）（2）是來源于不考慮熱網(wǎng)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(wǎng)輸出的熱量(W)
運行基本調(diào)節(jié)公式（1）（2），是個理論公式，只有當建筑物的設(shè)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(shù)，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(shè)計熱負荷的計算，由于種種偏于安全的考慮，往往與設(shè)計流量不相等，因此，當我們在應(yīng)用上述運行調(diào)節(jié)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(shù)。為了切實指導實際運行，有必要對運行調(diào)節(jié)基本公式進行處理和改造，導出正確的實用的運行調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)基本公式中加入熱負荷修正系數(shù)的辦法，并指導出正確的實用的熱水供暖質(zhì)調(diào)節(jié)公式。
公式
公式（4）（5）中
n——棟建筑物在設(shè)計工況下，實際熱負荷與設(shè)計熱負荷之比，稱熱負荷修正系數(shù)
q——運行工況與設(shè)計工況下建筑物熱指標之比
tn——室內(nèi)設(shè)計要求溫度℃
tn——運行室內(nèi)實際溫度℃
G——相對流量比
該成果還通過變量質(zhì)換導出熱負荷修正系數(shù)n和相對流量比G的公式：
現(xiàn)根據(jù)實測供暖工程列出《熱水供暖實際運行熱煤參數(shù)的確定》的具體應(yīng)用實例：
系統(tǒng)設(shè)計工況：
室外計算溫度tw=－24℃
室內(nèi)溫度tn=18℃
供水溫度tg=95℃
回水溫度th=70℃
測定獲得數(shù)據(jù)：
室外日均溫度tw′=－14.8℃
室內(nèi)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(shù)據(jù)代入（6）（7）式得：
將n及G值代入（4）（5）式即可得出該工程現(xiàn)行流量下的熱媒運行調(diào)節(jié)參數(shù)對照表。
從上表中可以看出，《熱水供暖實際熱媒參數(shù)的確定和應(yīng)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(xiàn)在科學數(shù)據(jù)指導下的合理的運行調(diào)節(jié)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(wěn)定控制在設(shè)計要求之內(nèi)，保證供暖的社會效益，還能準確合理地確定熱媒運行參數(shù)，避免了供、回水溫度過高或過低的狀況，合理應(yīng)用能源，保證供暖的經(jīng)濟效益，較好地解決了理論公式在實際運行調(diào)節(jié)中應(yīng)用的重要問題，確實值得運行管理部門大力推廣應(yīng)用。
值得提出的是，由于熱負荷修正系數(shù)n對各建筑物并非同一值，因而在實際應(yīng)用中，只能通過測試的手段來獲得有關(guān)數(shù)據(jù)，如可在穩(wěn)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(nèi)溫度tn′和室外溫度tw′等（而且應(yīng)取一晝夜的日平均值），再連同該建筑物的相應(yīng)設(shè)計工況下的設(shè)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(shù)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(diào)節(jié)公式，最終求出相應(yīng)的熱煤運行調(diào)節(jié)參數(shù)對照表，就可指導該熱水供暖系數(shù)的運行了。
