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摘要：供热系统的运行调节对供热系统运行的能耗有重大影响，本文针对间接连接供热系统，得出一、二级管网在各种常规供热调节方式下能耗分析计算公式。并结合西安地区，对比分析了两种组合调节方式下一、二级网冬季供暖的循环水泵能耗，得出质量-流量综合调节相较于分阶段改变流量的质调节更加经济的结论。
关键词：集中供热 间接连接 供热调节 运行能耗
中图分类号：TU833+.1文献标识码：A文章编号：
1.前言
在集中供热系统中，通常以供暖热负荷随室外温度的变化规律作为调节依据。但由于用户室温的高低与供热系统的流量和温度、室外温度、建筑物的热负荷以及日照、风速等众多因素有关，要达到在室外气侯条件变化的情况下维持供暖房间的室内温度不变，必须对管网进行供热运行调节，保证各个热用户在整个供热期间不同室外温度下，都能满足室内温度的设计要求。其目的在于使用户散热设备的放热量与用户的热负荷变化相适应，防止热用户内发生室温过高或过低的现象[1]。
随着变频技术及集中供热自动控制技术的推广，变流量调节技术逐渐被人们所接受。但是调查发现，采用变流量调节的供热系统还很有限，这不但与供热系统自控水平有关，而且还与缺少对这类供热方式的理论分析和优化计算有关[2]。本文将重点分析间接连接供热系统中分阶段改变流量的质调节和质量-流量综合调节的调节方式，对比在两种运行方式下的循环水泵能耗，寻找合适的运行调节方式，实现供热系统的经济运行。
2.间接连接供热系统的运行调节
2.1 直接连接系统运行调节基本公式
为了说明间接连接运行调节的基本公式，首先要了解直接连接系统的相关公式。
在供暖室外计算温度为tw’，散热设备采用散热器时，有如下供暖热负荷供热调节基本公式[1]：
(1)
在进行质调节时，只要改变供暖系统的供水温度，而用户的循环水量保持不变，即相对流量比=1，由(1)式可以得到(2)、(3)式：
(2)
(3)
式中，为相对热负荷比；为供暖室内设计温度，℃；分别为室外温度和供暖室外设计温度，℃；分别为运行工况和设计工况下供、回水温度，℃。
2.2 间接连接系统供热调节基本公式
根据管网的供热量的平衡，可以得到间接连接系统供热调节的基本公式：
(4)
式中，为水-水换热器的相对传热系数比；分别为在设计工况和在运行工况下，水-水换热器的对数平均温差，，，℃；分别为一、二级网相对流量比；分别为一级网运行工况、设计工况时的供、回水温度，℃；分别二级网运行工况和设计工况下供、回水温度，℃。
由于一、二级网的热量是通过换热器传递的，所以间接连接系统的调节和控制必须考虑换热器的传热特性。换热器两侧流体的流量变化会导致换热器的传热系数变化，为了简化调节工况的计算，换热器的相对传热系数可近似用下式计算[3]：
(5)
2.3 间接连接系统的运行调节方法
在大型的供热系统中，热网与热用户通常采用间接连接方式。对该系统，一般采用在热源处的集中调节和在热力站处的局部调节来实现统一管理。
若采用一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节的方式，既能节省循环水泵的耗电量，又能节省部分初投资，达到总体令人满意的供热效果。而采用一级管网采用质量-流量调节，二级管网采用质调节的方式，可大大节省一级管网循环水泵的电能消耗，但在系统中需增设变速循环水泵和配置相应的自控设施，才能达到满意的效果。
2.3.1 一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节
二级管网质调节计算公式于式(2)、(3)相同；一级管网采用分阶段改变流量的质调节计算公式如下：
(6)
(7)
2.3.2 一级管网采用质量-流量调节，二级管网采用质调节
二级管网供水温度计算式同式(2)和(3)；一级管网采用质量-流量综合调节时，[4]。将，的值代入式(5)得
将值代入式(4)，得到质量-流量综合调节时一级管网的供、回水温度计算公式：
(8)
(9)
式中，。
3.关于供热调节能耗的分析
供热系统的运行能耗主要体现在循环水泵方面， 因此这里围绕循环水泵的能耗展开分析。
3.1 分阶段改变流量的质调节[4]
假设分阶段点的流量比为，在临界点流量比下采暖期的延续天数为，得到的计算公式：
(10)
式中，为在分阶段点流量比下采暖期的延续天数；N’为供暖期总天数；α、β分别为气候参数。
则分阶段改变流量质调节方式下循环水泵能耗为：
(11)
式中，为分阶段改变流量质调节方式下循环水泵的能耗，J；为水泵设计工况下的功率，J/h；n为分阶段点的总个数。
3.2 质量-流量综合调节方式
全程均采用质量-流量综合调节方式时，当0＜N≤5时，循环水泵在设计工况下运行；当5＜N≤N’时，循环水泵在质量-流量综合调节工况下运行。质量-流量综合调节方式下循环水泵能耗计算式为
(12)
3.3 间接连接系统中循环水泵相对能耗计算
为了便于比较，本节先介绍一、二级网均采用质调节方式的循环水泵能耗计算式，然后将上述两种供热调节方式的能耗与质调节进行对比。
3.3.1 一、二级网均采用质调节
该调节方式下系统总能耗Wzt的计算式为
(13)
式中，为一级网循环水泵设计功率，J/h；为二级网循环水泵设计功率，J/h。
3.3.2 一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节
采用分阶段改变流量的质调节与采用质调节的循环水泵总能耗之比的计算式为
(14)
3.3.3 一级管网采用质量-流量中和调节，二级管网采用集中质调节
采用质量流量调节与采用质调节的循环水泵总能耗之比的计算式为
(15)
4. 不同运行方式下的全年能耗分析
以西安某间接连接供热系统为研究对象，假设该系统合理，且能连续、稳定运行。该系统一、二级网的设计供、回水温度分别为130℃/80℃，95℃/70℃。供暖室内外计算温度为tn=18℃，tw’=-3.2℃，N’=101d。用户采用四柱型散热器，b=0.3。水泵能耗计算公式中系数α=0.652，β=0.435[1]。
4.1 一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节的水温调节曲线
西安市采用二阶梯改变流量的质调节的最佳相对流量比，tw=-0.9℃[6]。tw=-3.2℃～-0.9℃时，，tw=-0.9℃～5℃时，。
表1 供回水温度计算结果
4.2 一级管网采用质量-流量调节，二级管网采用质调节的水温调节曲线
表2 供回水温度计算结果
5.算例分析
根据式(14)、(15)计算得到的采用分阶段改变流量的质调节与采用质调节的循环水泵的总能耗之比为0.58，节能率为42%；采用质量-流量综合调节的循环水泵能耗与采用质调节的循环水泵的总能耗之比为0.46，节能率为54%。
(1)采用分阶段综合调节和质调节方式时，当分阶段点相对流量取0.82时，循环水泵节能率达到42% ；如果进一步降低分阶段点相对流量的数值，节能效益还会进一步提高。
(2)一级管网采用质量-流量综合调节方式，在整个阶段，系统的循环水量随供暖热负荷同比减小，调节方便，循环水泵节能率进一步提高，可达到54%。
(3)对表1、表2及循環水泵能耗比分析可得到：循环水泵能耗都有所降低，质量-流量综合调节相较于分阶段改变流量的质调节节能率达到50%以上，更加经济。
参考文献
[1] 贺平，孙刚.供热工程[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，1993
[2] 狄洪发.建筑节能与供热改革[J].建筑科技，2007(6)；36-37
[3] E·索科洛夫.热化与热力网[M].5版.安英华，陈希博，傅颖寿，等，译.北京：机械工业出版社，1988
[4] 雷翠红，邹平华.直连供热系统的分阶段调节及能耗分析，2008
[5] 张殿军，贺平，许明哲.利用无因次综合公式确定采暖热负荷延续图，《区域供热》1990年，第1期
[6] 贺平，王亚茹.热水供暖系统采用分阶段改变流量的质调节的优化分析，2001
关键词：集中供热 间接连接 供热调节 运行能耗
中图分类号：TU833+.1文献标识码：A文章编号：
1.前言
在集中供热系统中，通常以供暖热负荷随室外温度的变化规律作为调节依据。但由于用户室温的高低与供热系统的流量和温度、室外温度、建筑物的热负荷以及日照、风速等众多因素有关，要达到在室外气侯条件变化的情况下维持供暖房间的室内温度不变，必须对管网进行供热运行调节，保证各个热用户在整个供热期间不同室外温度下，都能满足室内温度的设计要求。其目的在于使用户散热设备的放热量与用户的热负荷变化相适应，防止热用户内发生室温过高或过低的现象[1]。
随着变频技术及集中供热自动控制技术的推广，变流量调节技术逐渐被人们所接受。但是调查发现，采用变流量调节的供热系统还很有限，这不但与供热系统自控水平有关，而且还与缺少对这类供热方式的理论分析和优化计算有关[2]。本文将重点分析间接连接供热系统中分阶段改变流量的质调节和质量-流量综合调节的调节方式，对比在两种运行方式下的循环水泵能耗，寻找合适的运行调节方式，实现供热系统的经济运行。
2.间接连接供热系统的运行调节
2.1 直接连接系统运行调节基本公式
为了说明间接连接运行调节的基本公式，首先要了解直接连接系统的相关公式。
在供暖室外计算温度为tw’，散热设备采用散热器时，有如下供暖热负荷供热调节基本公式[1]：
(1)
在进行质调节时，只要改变供暖系统的供水温度，而用户的循环水量保持不变，即相对流量比=1，由(1)式可以得到(2)、(3)式：
(2)
(3)
式中，为相对热负荷比；为供暖室内设计温度，℃；分别为室外温度和供暖室外设计温度，℃；分别为运行工况和设计工况下供、回水温度，℃。
2.2 间接连接系统供热调节基本公式
根据管网的供热量的平衡，可以得到间接连接系统供热调节的基本公式：
(4)
式中，为水-水换热器的相对传热系数比；分别为在设计工况和在运行工况下，水-水换热器的对数平均温差，，，℃；分别为一、二级网相对流量比；分别为一级网运行工况、设计工况时的供、回水温度，℃；分别二级网运行工况和设计工况下供、回水温度，℃。
由于一、二级网的热量是通过换热器传递的，所以间接连接系统的调节和控制必须考虑换热器的传热特性。换热器两侧流体的流量变化会导致换热器的传热系数变化，为了简化调节工况的计算，换热器的相对传热系数可近似用下式计算[3]：
(5)
2.3 间接连接系统的运行调节方法
在大型的供热系统中，热网与热用户通常采用间接连接方式。对该系统，一般采用在热源处的集中调节和在热力站处的局部调节来实现统一管理。
若采用一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节的方式，既能节省循环水泵的耗电量，又能节省部分初投资，达到总体令人满意的供热效果。而采用一级管网采用质量-流量调节，二级管网采用质调节的方式，可大大节省一级管网循环水泵的电能消耗，但在系统中需增设变速循环水泵和配置相应的自控设施，才能达到满意的效果。
2.3.1 一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节
二级管网质调节计算公式于式(2)、(3)相同；一级管网采用分阶段改变流量的质调节计算公式如下：
(6)
(7)
2.3.2 一级管网采用质量-流量调节，二级管网采用质调节
二级管网供水温度计算式同式(2)和(3)；一级管网采用质量-流量综合调节时，[4]。将，的值代入式(5)得
将值代入式(4)，得到质量-流量综合调节时一级管网的供、回水温度计算公式：
(8)
(9)
式中，。
3.关于供热调节能耗的分析
供热系统的运行能耗主要体现在循环水泵方面， 因此这里围绕循环水泵的能耗展开分析。
3.1 分阶段改变流量的质调节[4]
假设分阶段点的流量比为，在临界点流量比下采暖期的延续天数为，得到的计算公式：
(10)
式中，为在分阶段点流量比下采暖期的延续天数；N’为供暖期总天数；α、β分别为气候参数。
则分阶段改变流量质调节方式下循环水泵能耗为：
(11)
式中，为分阶段改变流量质调节方式下循环水泵的能耗，J；为水泵设计工况下的功率，J/h；n为分阶段点的总个数。
3.2 质量-流量综合调节方式
全程均采用质量-流量综合调节方式时，当0＜N≤5时，循环水泵在设计工况下运行；当5＜N≤N’时，循环水泵在质量-流量综合调节工况下运行。质量-流量综合调节方式下循环水泵能耗计算式为
(12)
3.3 间接连接系统中循环水泵相对能耗计算
为了便于比较，本节先介绍一、二级网均采用质调节方式的循环水泵能耗计算式，然后将上述两种供热调节方式的能耗与质调节进行对比。
3.3.1 一、二级网均采用质调节
该调节方式下系统总能耗Wzt的计算式为
(13)
式中，为一级网循环水泵设计功率，J/h；为二级网循环水泵设计功率，J/h。
3.3.2 一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节
采用分阶段改变流量的质调节与采用质调节的循环水泵总能耗之比的计算式为
(14)
3.3.3 一级管网采用质量-流量中和调节，二级管网采用集中质调节
采用质量流量调节与采用质调节的循环水泵总能耗之比的计算式为
(15)
4. 不同运行方式下的全年能耗分析
以西安某间接连接供热系统为研究对象，假设该系统合理，且能连续、稳定运行。该系统一、二级网的设计供、回水温度分别为130℃/80℃，95℃/70℃。供暖室内外计算温度为tn=18℃，tw’=-3.2℃，N’=101d。用户采用四柱型散热器，b=0.3。水泵能耗计算公式中系数α=0.652，β=0.435[1]。
4.1 一级管网采用分阶段改变流量的质调节，二级管网采用集中质调节的水温调节曲线
西安市采用二阶梯改变流量的质调节的最佳相对流量比，tw=-0.9℃[6]。tw=-3.2℃～-0.9℃时，，tw=-0.9℃～5℃时，。
表1 供回水温度计算结果
4.2 一级管网采用质量-流量调节，二级管网采用质调节的水温调节曲线
表2 供回水温度计算结果
5.算例分析
根据式(14)、(15)计算得到的采用分阶段改变流量的质调节与采用质调节的循环水泵的总能耗之比为0.58，节能率为42%；采用质量-流量综合调节的循环水泵能耗与采用质调节的循环水泵的总能耗之比为0.46，节能率为54%。
(1)采用分阶段综合调节和质调节方式时，当分阶段点相对流量取0.82时，循环水泵节能率达到42% ；如果进一步降低分阶段点相对流量的数值，节能效益还会进一步提高。
(2)一级管网采用质量-流量综合调节方式，在整个阶段，系统的循环水量随供暖热负荷同比减小，调节方便，循环水泵节能率进一步提高，可达到54%。
(3)对表1、表2及循環水泵能耗比分析可得到：循环水泵能耗都有所降低，质量-流量综合调节相较于分阶段改变流量的质调节节能率达到50%以上，更加经济。
参考文献
[1] 贺平，孙刚.供热工程[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，1993
[2] 狄洪发.建筑节能与供热改革[J].建筑科技，2007(6)；36-37
[3] E·索科洛夫.热化与热力网[M].5版.安英华，陈希博，傅颖寿，等，译.北京：机械工业出版社，1988
[4] 雷翠红，邹平华.直连供热系统的分阶段调节及能耗分析，2008
[5] 张殿军，贺平，许明哲.利用无因次综合公式确定采暖热负荷延续图，《区域供热》1990年，第1期
[6] 贺平，王亚茹.热水供暖系统采用分阶段改变流量的质调节的优化分析，2001