截止到 2018年年末，全國城市集中供熱面積達87. 8 億 m2，管道長度達 37. 11 萬 km［1］。集中供熱面積越來越大，其供熱運行能耗也越來越受到行業的重視，電耗和 熱耗都是熱力站主要能耗指標，導致能耗過大的原因一: 循 環泵工作點遠離水泵高效區，循環泵在低效率下工作，導致電耗過高［2］，故選擇適應管路特性曲線的循環泵是節能的關鍵。原因二: “大流量，小溫差運行”，水力不平衡是造成 “大流量，小溫差運行”的主因，故解決水力平衡是根本［3根據以上分析可知，選擇合適的循環泵和解決管網的水力 平衡是節能改造的根本，以下為某換熱站的節能改造案例 分析。

二、 項目概況

某熱力站承擔某小區 A 號樓 ～ F 號樓居民樓的供暖， 設計總供熱面積為 26. 4 萬 m2。小區 6 棟樓均為 25 層的高 層建筑，采用地板輻射的方式供暖，分為地暖低區和地暖高 區，地暖低區設計供熱面積為 14.8 萬 m2，實際供熱面積為 12.12 萬 m2，設計供回水溫度為 50 ℃ /40 ℃ ; 地暖高區為 11.6 萬 m2，實際供熱面積為 11.25 萬 m2，設計供回水溫度 為 50 ℃ /40 ℃。

該站 2012 年建成投運后，出現了用戶冷熱不均以及耗電量過大的問題。據統計，2014 年 2 月 16 日 ～ 2014 年 2 月 22 日 7 d 時間，系統周耗電量達到 20306 kW·h，水泵 整個采暖季恒定頻率運 行，一 個 采 暖 季 的 耗 電 量 高 達 438029 kW·h，按照電價 0.66 元/( kW·h) 計算，一個采暖季電費就要 28.9 萬元，大大增加了供熱企業的成本。節 能改造降低運行成本，徹底解決用戶冷熱不均的問題迫在眉睫。

三、運行現狀

基于上述情況，對換熱站的現狀及運行情況進行了調 查了解。

3.1循環水泵改造前配置

換熱站主要用電設備是循環水泵和補水泵，補水泵 耗電量相比循環水泵耗電量可以忽略不計，因此，首先了 解循環水泵改造前的配置情況。地暖低區 3 臺循環水泵 ( 2 用 1 備) 主 要 參 數: 額 定 流 量 500 m3 /h，額定揚程44 mH2O，額定功率 90 kW。地暖高區 2 臺循環水泵( 1 用 1 備) 主要參數: 額定流量 600 m3 /h，額定揚程 38 mH2O， 額定功率 90 kW。

3.2循環水泵運行工況

地暖低區和地暖高區系統實際運行參數如表 1 所 示，地暖低區及地暖高區的循環水泵均采用變頻調節。 地暖低區所配置的 3 臺循環泵( 2 用 1 備) ，2 臺運行，頻 率為 36 Hz，實測揚程為 21 mH2O，單臺泵流量 421 m3 /h， 按照額 定 參 數36 Hz 時，理 論 流 量 360 m3 /h，額 定 揚 程 22． 8 mH2O，額定功率 34.67 kW; 地暖高區配置的 2 臺循 環泵( 1 用 1 備) 全部運轉( 為彌補管網水力不平衡帶來 的冷熱不均，啟動兩臺泵，大流量小溫差運行) ，運行頻率 為 38 Hz，實測揚程為 24 mH2O，單臺泵流量 135 m3 /h，按 照額 定 參 數 38 Hz 時，理 論 流 量 456 m3 /h，額 定 揚 程 21. 9 mH2O，額定功率 21.6 kW。 表 1地暖低區和地暖高區系統運行參數

表 1 為換熱站的監測數據: 地暖低區和地暖高區的一 次網流量、一次網供回水溫差及二次網供回水溫差。根據監測數據，可計算得到二次網流量、系統熱負荷以及面積熱指標。

1) 地暖低區的二次網流量 842 t /h，單臺泵流量約 421 t /h，效率約 75． 3% ; 但是水泵的揚程偏小，和地暖低區 實際供回水壓差 21 m 不符。而且從表 1 運行數據也能看 出，地暖低區二次網供回水溫差也只有 3． 7 ℃。因此，地暖 低區的水泵也可以尋求匹配更合理的型號。

2) 地暖高區的二網流量 270 t /h，單臺循環水泵的流量為 135 t /h，效率 45% ，水泵工作點偏離高效區。

3) 換熱站內 4 臺循環水泵的功率: 34.67 kW × 2 + 21. 6 kW × 2 = 112.54 kW; 周耗電量: 112.54 kW × 24 h /d × 7 d = 18 906. 72 kW·h。證明水泵的工作點判斷有一定的 合理性。

綜上所述，改造前有必要對現有的管網系統進行詳細分析，找到系統存在的不合理的地方，提出可行的方案，從而達到節能的目的。

四、改造方案

4.1管網的初調節

新建或者改建管網進行初調節是必不可少的，供熱初調節應納入到設計和施工內容的一部分。特別是枝狀管網，由于近遠端距離相差比較大，僅靠管道的口徑進行水力 平衡是無法實現的，所以只能靠閥門進行調節。從改造前 地暖低、高區的運行結果看，低區系統實際運行供回水溫度 為 3. 71 ℃，高區系統實際運行供回水溫度為 6. 97 ℃，高、 低區設計供回水溫差 10 ℃，都有一定差距，其溫差差距就 是水力不平衡的直接反映。水泵功率和循環流量的三次方 成正比，大流量，小溫差運行是造成運行電耗過高的主要原 因，故管網的初步調節是必不可少的。本工程采用比例調 節和回水溫度混合調節方法，使管網達到一個理想的水力 平衡狀態。

4.2 循環水泵選擇

通過對水泵揚程、流量、功率的測試，結合運行記錄二 網供回水溫度、壓力等參數，可以確定出水泵的運行效率， 再結合建筑面積，根據以往相關類型建筑節能改造后的供回水溫差，可以確定出適宜的循環泵流量和揚程，控制循環 泵的工作點位于水泵的高效區。

根據 表 1 的 計 算 結 果，地 暖 低 區 的 面 積 熱 指 標 為 28.33 W/m2，地暖高區的面積熱指標為 19.42 W/m2，由于 目前系統尚存在水力失調，部分用戶不熱，因此在匹配循環 泵時，地暖低區面積熱指標取 35 W/m2，循環泵的設計參 數: 流量為 366. 91 m3 /h，揚程為 11.6 mH2O，根據流量和揚 程，選擇水泵額定流量 400 m3 /h，額定揚程為 12.5 mH2O， 額定功率為 22 kW; 地暖高區面積熱指標取 25 W/m2，循環 泵的設計參數: 流量為 241.92 m3 /h，揚程為 12 mH2O，根據流量和揚程，選擇水泵額定流量 300 m3 /h，額定揚程為12 mH2O，額定功率為 22 kW。

4.3耗電量比較

從理 論 計 算，改 造 前 循 環 泵 實 際 功 率 之 和 為 112.54 kW，改造后循環泵理論功率之和為 44 kW，故理論 節電率為( 11. 54 － 44) /112.54 = 60.9% 。

五、改造后節能效果

改造后經過一個采暖季運行后實際節熱量和節電量為:

1) 地暖低區改造前單位面積耗熱量為 0. 400 GJ/( 采 暖季·m2 ) 。改造后單位面積耗熱量為 0.338 GJ/( 采暖季 ·m2 ) 。單位面積節熱 0． 062 GJ/( 采暖季·m2 ) ，節熱率為 15.5% 。

2) 地暖高區改造前單位面積耗熱量為 0.357 GJ/( 采 暖季·m2 ) 。改造后單位面積耗熱量為 0.323 GJ/( 采暖季 ·m2 ) 。單位面積節熱 0.034 GJ/( 采暖季·m2 ) ，節熱率為 9.52% 。

3) 改造前單位面積耗電量 1.59 kW·h /m2，改造后單 位面積耗電量為 0.68 kW·h /m2，節電率為 57.23% 。

六、 結論

1) 通過本工程實踐，節能改造后其整個采暖季平均供回水溫度接近 10 ℃，其值接近設計供回水溫度，故“大流量、小溫差運行”主要是由水力不平衡引起的。

2) 換熱站主要的用電設備為循環水泵，減小循環水泵 用電量的主要途徑是提供循環水泵的效率及管網平衡，達 到“小流量，大溫差運行”。

3) 理論節電率 60.9% 只是考慮循環泵功率在改造前后的節電率，實際節電率 57． 23% 是整個熱力站用電量在節能改造前后的節電率，其理論節電率和實際節電率非常接近，說明熱力站主要的耗電設備為循環泵，同時也證明理 論分析的正確性。

4) 地暖低區和地暖高區的節熱量相差較大，主要原因是節熱率是一個不確定的參數，其與原供熱效果、運行方 式、氣象參數等因素有關。

參考文獻:

［1］ 清華大學建筑節能中心． 中國建筑節能年度發展研 究報告 2019［M］． 北京: 中國建筑工業出版社，2019．

［2］ 李勝利，陳澤信，孔令強． 換熱站循環水泵的節能改 造[ j ] 電機與控制，2017( 5) : 50-52．

［3］ 李書營，王秀清，李建龍． 換熱機組二次流量偏大的原因分析及解決方案［J］． 科技創新與應用，2016 ( 17) : 108．

［4］ 賀 平，孫 剛，王 飛． 供熱工程［M］. 第 4 版.北 京: 中國建筑工業出版社，2009: 12．

作者王 國 偉

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)