截止到 2018年年末，全国城市集中供热面积达87. 8 亿 m2，管道长度达 37. 11 万 km［1］。集中供热面积越来越大，其供热运行能耗也越来越受到行业的重视，电耗和 热耗都是热力站主要能耗指标，导致能耗过大的原因一: 循 环泵工作点远离水泵高效区，循环泵在低效率下工作，导致电耗过高［2］，故选择适应管路特性曲线的循环泵是节能的关键。原因二: “大流量，小温差运行”，水力不平衡是造成 “大流量，小温差运行”的主因，故解决水力平衡是根本［3根据以上分析可知，选择合适的循环泵和解决管网的水力 平衡是节能改造的根本，以下为某换热站的节能改造案例 分析。
二、 项目概况
某热力站承担某小区 A 号楼 ～ F 号楼居民楼的供暖， 设计总供热面积为 26. 4 万 m2。小区 6 栋楼均为 25 层的高 层建筑，采用地板辐射的方式供暖，分为地暖低区和地暖高 区，地暖低区设计供热面积为 14.8 万 m2，实际供热面积为 12.12 万 m2，设计供回水温度为 50 ℃ /40 ℃ ; 地暖高区为 11.6 万 m2，实际供热面积为 11.25 万 m2，设计供回水温度 为 50 ℃ /40 ℃。
该站 2012 年建成投运后，出现了用户冷热不均以及耗电量过大的问题。据统计，2014 年 2 月 16 日 ～ 2014 年 2 月 22 日 7 d 时间，系统周耗电量达到 20306 kW·h，水泵 整个采暖季恒定频率运 行，一 个 采 暖 季 的 耗 电 量 高 达 438029 kW·h，按照电价 0.66 元/( kW·h) 计算，一个采暖季电费就要 28.9 万元，大大增加了供热企业的成本。节 能改造降低运行成本，彻底解决用户冷热不均的问题迫在眉睫。
三、运行现状
基于上述情况，对换热站的现状及运行情况进行了调 查了解。
3.1循环水泵改造前配置
换热站主要用电设备是循环水泵和补水泵，补水泵 耗电量相比循环水泵耗电量可以忽略不计，因此，首先了 解循环水泵改造前的配置情况。地暖低区 3 台循环水泵 ( 2 用 1 备) 主 要 参 数: 额 定 流 量 500 m3 /h，额定扬程44 mH2O，额定功率 90 kW。地暖高区 2 台循环水泵( 1 用 1 备) 主要参数: 额定流量 600 m3 /h，额定扬程 38 mH2O， 额定功率 90 kW。
3.2循环水泵运行工况
地暖低区和地暖高区系统实际运行参数如表 1 所 示，地暖低区及地暖高区的循环水泵均采用变频调节。 地暖低区所配置的 3 台循环泵( 2 用 1 备) ，2 台运行，频 率为 36 Hz，实测扬程为 21 mH2O，单台泵流量 421 m3 /h， 按照额 定 参 数36 Hz 时，理 论 流 量 360 m3 /h，额 定 扬 程 22． 8 mH2O，额定功率 34.67 kW; 地暖高区配置的 2 台循 环泵( 1 用 1 备) 全部运转( 为弥补管网水力不平衡带来 的冷热不均，启动两台泵，大流量小温差运行) ，运行频率 为 38 Hz，实测扬程为 24 mH2O，单台泵流量 135 m3 /h，按 照额 定 参 数 38 Hz 时，理 论 流 量 456 m3 /h，额 定 扬 程 21. 9 mH2O，额定功率 21.6 kW。 表 1地暖低区和地暖高区系统运行参数
表 1 为换热站的监测数据: 地暖低区和地暖高区的一 次网流量、一次网供回水温差及二次网供回水温差。根据监测数据，可计算得到二次网流量、系统热负荷以及面积热指标。
1) 地暖低区的二次网流量 842 t /h，单台泵流量约 421 t /h，效率约 75． 3% ; 但是水泵的扬程偏小，和地暖低区 实际供回水压差 21 m 不符。而且从表 1 运行数据也能看 出，地暖低区二次网供回水温差也只有 3． 7 ℃。因此，地暖 低区的水泵也可以寻求匹配更合理的型号。
2) 地暖高区的二网流量 270 t /h，单台循环水泵的流量为 135 t /h，效率 45% ，水泵工作点偏离高效区。
3) 换热站内 4 台循环水泵的功率: 34.67 kW × 2 + 21. 6 kW × 2 = 112.54 kW; 周耗电量: 112.54 kW × 24 h /d × 7 d = 18 906. 72 kW·h。证明水泵的工作点判断有一定的 合理性。
综上所述，改造前有必要对现有的管网系统进行详细分析，找到系统存在的不合理的地方，提出可行的方案，从而达到节能的目的。
四、改造方案
4.1管网的初调节
新建或者改建管网进行初调节是必不可少的，供热初调节应纳入到设计和施工内容的一部分。特别是枝状管网，由于近远端距离相差比较大，仅靠管道的口径进行水力 平衡是无法实现的，所以只能靠阀门进行调节。从改造前 地暖低、高区的运行结果看，低区系统实际运行供回水温度 为 3. 71 ℃，高区系统实际运行供回水温度为 6. 97 ℃，高、 低区设计供回水温差 10 ℃，都有一定差距，其温差差距就 是水力不平衡的直接反映。水泵功率和循环流量的三次方 成正比，大流量，小温差运行是造成运行电耗过高的主要原 因，故管网的初步调节是必不可少的。本工程采用比例调 节和回水温度混合调节方法，使管网达到一个理想的水力 平衡状态。
4.2 循环水泵选择
通过对水泵扬程、流量、功率的测试，结合运行记录二 网供回水温度、压力等参数，可以确定出水泵的运行效率， 再结合建筑面积，根据以往相关类型建筑节能改造后的供回水温差，可以确定出适宜的循环泵流量和扬程，控制循环 泵的工作点位于水泵的高效区。
根据 表 1 的 计 算 结 果，地 暖 低 区 的 面 积 热 指 标 为 28.33 W/m2，地暖高区的面积热指标为 19.42 W/m2，由于 目前系统尚存在水力失调，部分用户不热，因此在匹配循环 泵时，地暖低区面积热指标取 35 W/m2，循环泵的设计参 数: 流量为 366. 91 m3 /h，扬程为 11.6 mH2O，根据流量和扬 程，选择水泵额定流量 400 m3 /h，额定扬程为 12.5 mH2O， 额定功率为 22 kW; 地暖高区面积热指标取 25 W/m2，循环 泵的设计参数: 流量为 241.92 m3 /h，扬程为 12 mH2O，根据流量和扬程，选择水泵额定流量 300 m3 /h，额定扬程为12 mH2O，额定功率为 22 kW。
4.3耗电量比较
从理 论 计 算，改 造 前 循 环 泵 实 际 功 率 之 和 为 112.54 kW，改造后循环泵理论功率之和为 44 kW，故理论 节电率为( 11. 54 － 44) /112.54 = 60.9% 。
五、改造后节能效果
改造后经过一个采暖季运行后实际节热量和节电量为:
1) 地暖低区改造前单位面积耗热量为 0. 400 GJ/( 采 暖季·m2 ) 。改造后单位面积耗热量为 0.338 GJ/( 采暖季 ·m2 ) 。单位面积节热 0． 062 GJ/( 采暖季·m2 ) ，节热率为 15.5% 。
2) 地暖高区改造前单位面积耗热量为 0.357 GJ/( 采 暖季·m2 ) 。改造后单位面积耗热量为 0.323 GJ/( 采暖季 ·m2 ) 。单位面积节热 0.034 GJ/( 采暖季·m2 ) ，节热率为 9.52% 。
3) 改造前单位面积耗电量 1.59 kW·h /m2，改造后单 位面积耗电量为 0.68 kW·h /m2，节电率为 57.23% 。
六、 结论
1) 通过本工程实践，节能改造后其整个采暖季平均供回水温度接近 10 ℃，其值接近设计供回水温度，故“大流量、小温差运行”主要是由水力不平衡引起的。
2) 换热站主要的用电设备为循环水泵，减小循环水泵 用电量的主要途径是提供循环水泵的效率及管网平衡，达 到“小流量，大温差运行”。
3) 理论节电率 60.9% 只是考虑循环泵功率在改造前后的节电率，实际节电率 57． 23% 是整个热力站用电量在节能改造前后的节电率，其理论节电率和实际节电率非常接近，说明热力站主要的耗电设备为循环泵，同时也证明理 论分析的正确性。
4) 地暖低区和地暖高区的节热量相差较大，主要原因是节热率是一个不确定的参数，其与原供热效果、运行方 式、气象参数等因素有关。
参考文献:
［1］ 清华大学建筑节能中心． 中国建筑节能年度发展研 究报告 2019［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2019．
［2］ 李胜利，陈泽信，孔令强． 换热站循环水泵的节能改 造[ j ] 电机与控制，2017( 5) : 50-52．
［3］ 李书营，王秀清，李建龙． 换热机组二次流量偏大的原因分析及解决方案［J］． 科技创新与应用，2016 ( 17) : 108．
［4］ 贺 平，孙 刚，王 飞． 供热工程［M］. 第 4 版.北 京: 中国建筑工业出版社，2009: 12．
作者王 国 伟
(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)
