一、概述
在传统的供热枝状管网系统中，一般是在热源处或热力站内设有一组循环泵，根据管网系统的总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；个别既有热网由于用户热负荷的变化，资用压头不够，增装了供水或回水加压泵，但由于不易调节，往往对上游或下游用户产生不利的影响。
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，理论上可以取消管网中的调节设备，代之以在管网的适当节点设置可调速的水泵，以满足其后的水力工况要求。在管网的适当位置设置一压差控制点，控制管网中压差。而对于热源循环泵的选择，只要能够满足总流量和克服热源到压差控制点的阻力即可，这样可大大降低热源循环泵的扬程，使得热源循环泵电机功率下降许多。压差控制点之后的每个热用户均设置相应的分布式变频泵，就构成了分布式变频系统。
目前，分布式变频系统的设计方案有很多种，根据多年的工程实践，我们总结出了分布式变频系统的最优方案：在锅炉房内设置热源循环泵，负责锅炉房内部的水循环，热源循环泵只用来克服锅炉本体及锅炉房内部工艺管道的阻力，其扬程按照锅炉房内阻力计算。在各热力站内一次回水管上设置一次回水加压泵，负责将热媒抽送至各热力站，一次回水加压泵用来克服锅炉房到热力站之间的外管网的阻力以及换热站内部的阻力，其扬程为热力站内一次侧阻力和本站与锅炉房之间管网阻力之和。此外热源处的供回水干管之间设有均压管即压差控制点。图1为该分布式变频系统设计方案的基本配置。
二、案例概述
本案例锅炉房现有两台锅炉，型号均为DHL70-1.6/150/90-AII，每台锅炉对应一台循环泵。该锅炉房供热面积总计197万平方米，下带33个换热站，其中6、7、9、11号站为拟建站，所有热力站均采用板换间接换热。
三、分布式变频系统改造设计
根据案例概述，现对原有供热系统进行分布式变频系统改造，具体步骤如下：
1、选择压差控制点
不同的压差控制点对应不同的设备初投资和管网运行费用，应按技术经济分析进行选择。理论上压差控制点（零压差点）越靠近热源则运行能耗越少，但相应的初投资会有所增加。总体来讲，考虑到热源循环泵功率的降低、电动调节阀的使用等因素，投资不会比传统供热系统多。因此本案例将压差控制点选在锅炉房内，在供回水干管之间设置一均压管，管径与供回水干管同管径，取DN700。
2、分布式变频系统水力计算
首先根据各站所带面积和设计热负荷指标计算设计热负荷，接着在设计的供回水温差下，计算出各站设计工况下所需的一次网流量，并根据一次管网图进行分布式变频系统的水力计算。
本案例设计热负荷指标取78W/m2，设计供回水温差为50°C。由于热力站采用板换换热，水力计算中板换一次侧管阻取0.5MPa。
3、一次回水加压泵的选择
一次回水加压泵的选择主要考虑满足该分支用户的阻力和流量的要求。根据水力计算得到的设计流量和设计阻力确定一次回水加压泵的选型流量和选型阻力并进行选型，具体见下页表1。
4、热源循环泵的改造
传统热源循环泵一般安装在一次网回水干管上，进行分布式变频改造后，锅炉房工艺管道要进行改造，热源循环泵要求和锅炉一一对应。具体如图3所示。
在进行热源循环泵的选型时，主要考虑以下两方面：
（1）流量要求，应能提供管网的全部循环流量。一般可根据锅炉额定流量确定循环泵流量。
（2）扬程要求，应满足热源到压差控制点间的管网阻力，即锅炉阻力加上水泵进出口阻力和管道阻力损失。
原有循环泵及改造后的循环泵参数见下页表2。
5、设计注意要点
（1）在进行水泵选型时，选型流量应在计算流量的基础上乘以1.1~1.2的系数。计算流量应与供热系统实际运行时的历史数据进行对比，验证计算的准确性。
（2）水力计算时，要考虑管道热水流速不应大于3.5m/s。
（3）均压管的管径选择原则上越大越好，实际工程中可用储水罐代替均压管。
（4）分布式变频系统改造中热源循环泵最好一对一，即一台循环泵对应一个锅炉。
四、案例设计节能分析
1、水压图分析
原有枝状供热系统水压图如图3所示。
由图3可知，热源循环水泵承担整个一次网的总阻力，即循环水泵扬程应满足最不利（最末端）用户的资用压头。假定各热力站的资用压头相等，则最末端用户的资用压头正好等于热源循环水泵所提供的资用压头，而其他各站的资用压头均小于热源循环水泵所提供的资用压头，由此产生的多余资用压头，就需要被调节阀消耗掉，由此白白浪费了这部分压头。由此可知，供热管网设计时尽量不产生多余资用压头，减少或不使用调节阀就可以达到节能的效果。
改造后的分布式变频系统水压图如图4所示。
采用分布式变频系统时，压差点位置选择在锅炉房内，则热源循环泵承担热源到零压差点之间供回水管网的阻力，和传统供热系统相比，热源循环泵的扬程降低很多。假设各热力站的资用压头相等，从图4可以看出，供热管网中出现了回水压力大于供水压力的情况，因此要使系统正常运行，必须在热力站的回水管上设一次网加压泵，图中供回水压线之间的高度就是变频泵应有的扬程。该泵承担各热力站到零压差点之间供回水管网的阻力。一次网加压泵加装变频装置，就可以实现用户需要多少热就抽多少热，这样就减少或避免了传统系统中调节阀的使用，整个管网运行期间浪费的水泵功耗相对传统系统就少很多。
2、一网输配设计节电率计算
根据上述设计计算，原有供热系统中一网水泵设计功率为710kW，改造后的分布式变频系统一网水泵设计功率为599.1kW，一网输配设计节电率为15.6%。
由表1可以看出，水泵选型时额定流量都大于选型流量，而实际运行中如果采用精确的定压变频控制，使各分支系统流量实现真正意义上的按需索取，杜绝浪费，其节电就更加显著。实际运行案例表明，采用分布式变频供热系统后系统节电达30%以上。
五、结论 综上所述，和传统供热系统相比，分布式变频系统作为一种新型的供热系统运行形式，通过合理设计，可以显著降低供热一次管网的总电装容量，尤其是锅炉房内主循环泵功率大幅度降低。总电装容量的降低幅度依赖于管网阻力特性。在管网越长，沿程阻力越大的系统中，节电空间越大。作者： 北京硕人时代科技有限公司 李艳杰； 烟台福山热力有限公司 孙豪杰 张巍
参考文献
［1］石兆玉 供热系统分布式变频循环水泵的设计《暖通空调标准与质检》2006年三期
［2］石兆玉、李德英、王红霞 供热系统循环水泵传统设计思想亟待更新《2004年全国供热技术研讨会论文集》
［3］石兆玉 供热系统混水连接方式的选优
［4］石兆玉 《供热系统运行调节与控制》，清华大学出版社
