分布式变频泵供热系统设计及调节简介

供暖热负荷
供暖热负荷是城市集中供热系统中最主要的热 负荷，它占全部设计热负荷的80%~90%以上。 供暖热负荷的概算一般有两种方法，体积热指 标法和面积热指标法。下面介绍目前国内外应用更 多的面积热指标法。
3 Qn q f A10
式中： Qn´——供暖热负荷；kW A——建筑面积；m2 qf——热指标，即单位建筑面积的耗热量；
一 设计问题解决方案
通过对整个供热网的水力计算确定 供热主管道和支管道的设计流量，管道 直径，管道各段压力损失从而确定各个 管段上变频泵的选取。（以下均以二次 网为例）
注：在设计中涉及到了众多的参数，除特别注明外，都依据 《城市热力网设计规范》（CJJ34-2002）2002版选取。
供热系统室外管网水力计算流程
Hs——补水泵进出水管阻力；Pa h——补给水箱最低水位高出系统补水点的高度；m
补水点位置一般选在循环水泵入口处，此处系 统压力较低。
支线计算
1 估算比摩阻
R pj Pz (1 j ) l
式中：
R pj ——支线管段的估算比摩阻；Pa/m
Pz ——支线的资用压力；Pa/m
l ——支线总长度；m
主干线计算
1 主干线的选定及其实际比摩阻 热水网路中平均比摩阻最小的一条管线 称为主干线。在一般情况下，热水网路各热 用户要求预留的作用压头是基本相等的，所 以可以认为从热源到最远用户的管线就是主 干线。 根据《城市热力网设计规范》，主干线 平均比摩阻可取30~70Pa/m。由此比摩阻范 围和计算流量利用水力计算表，可以确定主 干线各管段管径和相应的实际比摩阻。
调节基本公式
在一定假设条件下的热水供暖调节基本公式：
t g th tn t w QG t tn t w g th
式中：
Q
Q Q / Q ——相对供暖热负荷比；
G ——相对流量比； G G / G
t g，t h——供、回水温度；℃
t n，t w ——计算室内、外温度；℃
式中： l d——当量长度；m j——局部阻力当量长度百分数；% 当量长度由局部损失名称和管径查表可得。
各管段损失得出后可得主干线总压降。
3 循环泵的选择 循环泵的选择主要是确定设计扬程和设 计循环流量。 主干线循环泵扬程克服热力站 二次侧阻力，设计流量为主干线总设计流量。
式中：
H Hr
Hr——热力站内部压力损失；Pa
传统供热系统与分布式变频泵供热 系统的比较
热 源 用 户 1
用 户
用 户 3
用 户 n
热 源
用 户 1
用 户 2
用 户 3
用 户 n
供水水压线
2
h1
h2
h3
回水水压线
供水水压线
回水水压线
分布式变频泵间接供热系统
室外 温度
变频控制柜 气候补偿器
供水 解 耦 管
M
热
一级循环泵
热 力 站
二级循环泵
空调热负荷
1 空调冬季热负荷 空调冬季热负荷主要包 括围护结构的耗热量和加热 新风耗热量。
2 空调夏季热负荷
qc A 103 Qc COP
式中 Qc——空调夏季设计热负荷； kW qc——空调冷指标；w/ ㎡ A ——空调建筑物的建筑面积； ㎡ COP——吸收式制冷机的制冷 系数，可取0.7~1.2
2 各管段压力损失及主干线总压降 压力损失分为两项，分别是由于流体分子 间及其与管壁间的摩擦造成的沿程损失，和 流体流过管道的一些附件时，由于流动方向 或速度的改变而损失能量造成的局部损失。
式中： p ——计算管段压力损失；Pa p y ——计算管段压力损失；Pa p j——计算管段沿程损失；Pa
式中： Kh——小时变化系数
注意： 1 主干线计算时，选用生活热水平均热负荷。 2 支线计算时，用户热水供应系统如有储水箱时，按平均热负荷计算；如没 有储水箱，按最大热负荷计算。
设计流量
Q Q G 3600 0.86 c(t g th ) (t g th )
式中： c——水的比热；c=4178J/kg· ℃ tg，th——设计供回水温度；℃
W/ ㎡
通风热负荷
通风热负荷指在供暖季节中加热从室外进入的 新鲜空气所消耗的热量。对于有通风空调的民用建 筑（如旅馆、体育馆等），通风热负荷可用百分数 法进行概算：
Qt Kt Qn
式中： Qn´——供暖热负荷；kW Qt´——通风热负荷；kW Kt——建筑物通风热负荷系数，一般取0.3~0.5
分布式变频泵供热系统 设计及调节简介
供热系统现状
在我国北方集中供热系统作为一项基本市政
设施极为普遍，长江中下游地区也开始发展。 供热能耗在整个社会能耗总所占比例日益增 大，但我国在供热方面能源浪费严重，建筑 采暖能耗为发达国家的2~3倍。 变频技术的不断成熟，变频泵在供热系统中 的应用使得系统能耗大幅降低成为可能。
热 用 户
源
补水泵 补水泵 热源循环泵 回水
分布式变频泵带来的两个问题
采用分布式变频泵供暖后，将用变频泵调节
替换传统的阀门调节，带来了系统设计的问 题。 采用分布式变频泵供暖后，各用户将安装热 量计量仪表，每组散热器上安装温控阀，用 户将根据自己的需要调节温控阀控制室内温 度。当众多用户调节流量后，整个热网的流 量和供热量将随之变化，带来了系统调节的 问题。
p py p j
沿程损失：
p y Rl
式中： R——管段比摩阻，即每米长管段的沿程 损失；Pa/m l——管段长度；m
局部损失：
在热水网路水力计算中，通常采用当量 长度法计算局部阻力。当量长度法是将管段 的局部损失折合成相当长度的直管段。
p j Rld R j l
支线变频泵的设计扬程为管路上压力损 失与用户压力损失之和。设计流量为支线设 计流量。余量取10—管路压力损失；Pa Hy——用户压力损失；Pa
选取补水泵时，原则及计算方法与主干 线相同。
二 调节问题解决方案
调节基本方式：
分布式变频泵供热系统，为了充分节电， 无论室内为双管系统还是单管系统在运行中 应该采用质量并调的调节方式。在整个供暖 季，随着室外气温变化，循环流量应在50100%的设计流量下运行，经计算变流量运行 可节电约40%。这样，分布式变频循环水泵 供热系统的总节电量（循环水泵装机节电量 与运行节电量之和）为65-85%。
2 实际比摩阻及管径 由估算比摩阻和计算流量查水力计算表 可以确定实际比摩阻和管径。同时，对管径 DN≥400mm的管道，控制其流速不得超过 3.5m/s；对管径DN＜400mm的管道，控制其 比摩阻不超过300Pa/m。
3 支线实际压降 支线的实际压降计算方法与主线压降计 算方法相同。
4 支线泵的选取
Qa qa A 103
式中
Qa——空调冬季设计热负荷；
kW qa——空调热指标；w/ ㎡ A ——空调建筑物的建筑面积； ㎡
生活热水热负荷
1 生活热水平均热负荷
a qw A Qw
式中： qw——居住区热水供应热指标；W/㎡ A——总建筑面积；㎡
2 生活热水最大热负荷
max Kh Qw a Qw
选取泵时，应留有一定的余量，一般为 10%。
4 补水泵的选择
正常情况下，系统漏水量应为总水容量的 0.1%~0.5%，但选择补水泵时还需考虑到事故补水 和系统初次充水，故必须加大补水量。
H ( H b H s ) 9.8 103 h
式中：
Hb——系统补水点压力，一般用系统静水压力值。Pa
下的各种参数， tw 带“´”的符号表示在供暖室外计算温度
t w 下的各种参数。 以不带“´”的符号表示在某一室外温度
从上式可以看出：
Q f (t g , th , tw )
t g f (t w )
t h f (t w )
供暖系统在供热过程中，在某一室外温 度条件下，相应的采暖建筑热负荷是一定的。 如果管网供回水温度能达到所要求的值，系 统供暖热负荷就达到了要求。
调节基本原理
在热力站进行的质量并调中，首先改变二次网 循环水泵转速，使循环流量与室外温度相一致；在 此基础上，调节一次网的热用户循环水泵转速，使 二次网供回水温度达到设定值，实现供热量的调节。 热源、热力站的系统定压，应优先采用变频补 水定压方式。供热系统，应有关键参数的报警功能， 特别应控制热网的供水压力不能过低，回水压力不 能过高，否则系统发生倒空、压坏事故，影响正常 运行。
热负荷 管段流量 比摩阻范围
流速
比摩阻
管段长度
管径
局部阻力名称
局部损失
沿程损失 主干线损失 管段流量 比摩阻范围 管段长度 允许压降 管径
主 干 线 计 算
流速
比摩阻
局部阻力名称 局部损失
沿程损失 支线损失
支 线 计 算
设计热负荷


供暖热负荷 通风热负荷 空调热负荷 生活热水热负荷 工业热负荷