大连德泰金石供热有限公司辽宁大连116600
摘要：在供热系统中，循环水泵的输送能耗占系统总能耗的比例较大，采用变频泵的方式可以减少部分输送能耗。由于变频器及水泵运行效率的限制等因素，单一地采用变频循环水泵运行的方式并不能从根本上解决供热系统输送能耗偏大的问题，在此基础上，提出了供热系统的分布式变频泵输送系统，将其应用于单热源及多热源供热系统中，可以大大地减小循环水泵的输送能耗，并且缓解供热末端冷热不均的现象。因此本文就对分布式变频泵输送系统在供热系统中的应用相关方面进行分析和探讨。
关键词：分布式变频泵输送系统；供热系统；应用
1分布式变频泵供热系统基本原理
在传统供热系统中，一般在热源处或首站内设有一组循环泵，根据管网系统的流量和最不利环路的阻力选择循环泵的流量、扬程及台数；管网系统各用户末端设手动调节阀或自力式流量控制阀等调节设备，以消耗掉该用户的剩余压头，达到系统内各用户之间的水力平衡；通过阀门节流，总循环水泵所提供的能量很多被浪费掉。
随着新型调节设备和控制手段的出现，使得对水泵的数字控制成为可能，这样理论上可以取消管网中的调节设备，代之以可调速的水泵，在管网的适当节点设置，并在该位置后部各个热用户的回水管上增设二级水泵（增压泵，即分布式变频泵）用于系统用户的供热需求，这样主循环泵的选择，只要能够满足流量和热源到该节点的阻力即可，这样可大大降低循环泵的扬程，使得主循环泵电机功率下降许多。节点之后的每个用户设置相应的分布变频泵，成为分布式变频泵系统。由于水泵可用变频器调速，主循环泵可大大降低电能消耗，理论上可省去调节设备，同时供热系统可工作在较低的压力水平，系统更加安全。分布式变频泵系统原理见图1。
图1分布式变频泵供热系统的流程
2分布式变频泵供热系统和传统供热系统
对传统的供热系统，热源循环泵承担热源内部阻力和整个热网的阻力以及各用户的入口供回水压差。选择热源循环泵的设计条件一般是满足热网最远端用户的入口供回水压差，除了最远端用户外，大多数近端用户都采用调节阀消耗多余的用户入口供回水压差。传统供热系统的水压见图2。图中△h1、△h2、△h3分别为用户1~3采用调节阀消耗的多余用户入口供回水压差。分布式变频泵供热系统的水压见图3。
从图2、3可知，传统供热系统的循环泵根据最远、最不利用户选择，并设置在热源处，克服热源、热网和用户系统阻力。这种传统设计，在供热系统的近端用户形成过多的供回水压差。为降低近端用户流量，必须设置调节阀，将多余的供回水压差消耗掉。因此，传统供热系统中的无效电耗相当可观。
传统的供热系统还易形成冷热不均现象。由于近端用户出现过多的供回水压差，在缺乏有效调节手段的情况下，近端用户很难避免流量超标，这必然造成远端用户流量不足，形成供热系统冷热不均现象。同时，供热系统的远端易出现供回水压差过小，即用户供回水压差不足现象。在这种情况下，为改善供热效果，须提高远端用户的用户入口供回水压差，往往采用加大循环泵和（或）在末端增设加压泵的做法，但这易使供热系统流量超标，进而形成大流量小温差的运行方式。
图2传统供热系统的水压
图3分布式变频泵供热系统的水压
3分布式变频泵的控制策略
在热网中，距离较近的热力站之间具有较强的水力耦合性，某一站的调节对其周边的热力站会产生相应的影响。如果各热力站独立控制分布式变频泵，可能会导致水力失衡问题。例如，当开启某热力站的分布式变频泵时，如果其周边热力站未安装或未开启分布式变频泵，可能会导致后者流量被前者“抢走”，从而造成后者流量不足。如果几个热力站均开启分布式变频泵，但对水泵运行频率没有经过统一的协调，仍然可能出现热力站之间的水力失衡问题。因此，为了实现全网水力平衡，必须将分布式变频泵与各热力站一次水管路上的电动调节阀纳入全网统一控制，由中央控制系统协调控制各热力站的水泵启停、频率以及电动阀门的开度。控制策略遵循以下几个原则。
3.1全网设置统一的控制目标。各热力站应当有统一的控制目标，目标可以是二次网供回水平均温度，也可以是二次网回水温度等。例如，选取二次网供回水平均温度作为控制目标，即中央控制系统统一监测各热力站的二次网供回水平均温度，并结合各热力站的基础信息，设定统一的供回水平均温度，作为各热力站的调节目标。中央控制器可以根据热力站的特殊情况（供暖末端形式、建筑保温情况等），对部分热力站在统一调节目标的基础上进行修正，但各热力站不能自主进行修正。
3.2对于单系统热力站（即站内只有一个供回水回路的热力站），中央控制器通过调节分布式变频泵的启停、频率以及一次侧回水管路上电动调节阀，使二次网供回水平均温度达到设定值。分布式变频泵和电动调节阀为串联关系，如果将阀门视为“正阻力”，则分布式变频泵提供了“负阻力”。控制采用ＰＩ反馈算法，在调节过程中，应避免既开启水泵、又关小阀门的情况。当二次网供回水平均温度低于设定值时，需要增大一次侧流量，此时应先监测阀门是否全开，若阀门未达到全开应先调大阀门开度，直到阀门全开后才能开启分布式变频泵；而当二次网供回水平均温度高于设定
值时，需要减小一次网流量，此时应先降低分布式变频泵的运转频率，直到水泵达到频率下限并进一步关停后再关小阀门开度。
图4系统热力站示意图
3.3对于多系统热力站（即站内有２个或以上供回水回路的热力站），如图4所示，需要同时控制分布式变频泵和电动调节阀。控制关系为：调节分布式变频泵的启停和频率，使几个供热系统二次网供回水平均温度按供热面积的加权平均值达到目标值，保证热力站的总体供热效果满足预设的要求；同时，调节各供热系统电动调节阀的开度，维持各回路的二次网平均供回水温度达到目标值，保证热力站所辖的各换热系统供热效果的均匀性。
结语
分布式变频泵供热系统在供热系统整体控制等一系列环节上还有很多值得进一步探讨的问题，在实际工程应用时需要加强综合思考，和实际情况结合起来才能使这项技术得到最优化的推广。
参考文献
[1]崔耀华.集中供热全网平衡软件工程的应用[J].区域供热,2012,(04):57-60.
[2]秦冰,秦绪忠,谢励人,陈泓,胥津生,李晓华.分布式变频泵供热系统的运行调节方式[J].煤气与热力,2007,(02):73-75.