摘　要：基于分阶段变质量流量调节方式，将传统动力集中式供热系统作为比较对象，分析分布式循环泵供热系统在各调节阶段循环泵轴功率节约率，以及在供暖期循环泵能耗节约率的计算方法。结合算例，分析室外温度、干管长度对循环泵轴功率节约率的影响。比较同一供热系统在北京、承德、哈尔滨供暖期循环泵能耗的节约率，一般供暖期越长，循环泵能耗节约率越低。

关键词：分布式循环泵供热系统；  循环泵；  轴功率；  能耗

Analysis on Factors Affecting Energy Saving of Distributed Circulating Pump Heat-supply System

Abstract：Based on variable flow control modein stages，the saving ratio of circulating pump shaft power of distributed circulating pump heat-supply system in different stages as well as the calculation method of the saving ratio of circulating pump energy eonsumption in the heating period are analyzed in comparison with the centralized heating system using conventional power．The effects of the outdoor temperature and the length of the main pipe on the saving ratio of circulating pump shaft power are analyzed with an example．The saving ratios of circulating pump energy consumption of distributed circulating pump heat-supply system in the heating period in Beijing．Chengde and Harbin are compared．In general，the longer the heating period．the lower the saving ratio of circulating pump energy consumption．

Keywords：distributed circulating pump heat-supply system；circulating pump；shaft power；energy consumption

传统供热方式(动力集中式)是在热源处设置质量流量、扬程均能满足整个供热系统的循环泵，循环泵扬程应满足最不利用户资用压头的需求。这往往导致近源端用户资用压头过大，远端用户资用压头不足的情况，从而形成大质量流量小温差的运行状况，不利于供热系统节能^[1-2]。为了解决传统供热系统存在的以上问题，专家们提出了分布式循环泵供热方式(动力分布式)。分布式循环泵供热系统将热水输送动力一分为多，通过对分布式循环泵的适当选型，为供热系统提供适当的循环动力阳]，不仅解决系统水力不平衡问题，还能有效降低热水输送能量浪费的问题。本文对分布式循环泵供热系统的节能影响因素进行分析。

1　节能(功)率计算方法

房间实际耗热量是指在实际室外温度条件下，为保证供暖室内设计温度，单位时间内需要的热量，即供热系统实际热负荷。为简化计算，对于采用分阶段变质量流量调节方式的供热系统，将不同阶段(设阶段数量为m，按室外温度变化范围对阶段进行划分)设定的室外温度与供暖室内设计温度之差作为室内外计算温差，计算不同阶段房间实际耗热量(供热系统实际热负荷)。在计算房间实际耗热量时，仅考虑围护结构基本耗热量与冷风渗透耗热量。

第j阶段房间实际耗热量西，的计算式为：

Fj＝Fe,j+Finf,f

式中Fj——第歹阶段房间实际耗热量，W

Fe,j——第j阶段围护结构基本耗热量，W

Finf,j——第j阶段冷风渗透耗热量，W

第j阶段围护结构基本耗热量Fe,j的计算式为：

式中tin——房间平均室内设计温度，一般住宅取16℃

to,j——第，阶段设定的室外温度，℃，选取方法可参照文献[4]

n——围护结构种类

ai——第i种围护结构传热系数修正系数

Ki——第i种围护结构传热系数，W／(m²·K)

Ai——第i种围护结构传热面积，m²

第j阶段冷风渗透耗热量Finf,j的计算式为：

Finf,j＝(tin-to,j)cprNV

式中cp——空气的比定压热容，J／(kg·K)，取1008J／(kg·K)

r——空气的密度，kg／m³，取1.293kg／m³          

N——换气次数，s^-1

V——建筑容积，m³

分布式循环泵供热系统在热源处设置热源循环泵，在热力站设置分布式循环泵。热源循环泵扬程只克服热源内部的阻力，质量流量为供热系统的总设计质量流量。各热力站设置的分布式循环泵，提供该热力站质量流量及克服一级管网与热力站内的阻力。根据以上思路，分别建立传统供热系统、分布式循环泵供热系统的循环泵轴功率数学模型，模型考虑了不同阶段设定的室外温度、干管长度对循环泵轴功率的影响^[5-6]。

设第j阶段持续时间占供暖期时间的比例为ej。与传统供热系统相比，供暖期分布式循环泵供热系统循环泵节能率g、第j阶段循环泵轴功率的节约率(以下简称节功率)bj的计算式分别为：

式中g——供暖期节能率

m——阶段数量

ej——第j阶段持续时间占供暖期时间比例

bj——第j阶段节功率

DPj——第j阶段采用分布式循环泵供热系统减少的循环泵轴功率，W

Pj——第j阶段采用传统供热系统的循环泵轴功率，W

2　影响因素分析

2.1　研究对象

某供热系统共有30座热力站，供、回水设计温度为l30、70℃，各热力站设计热负荷均为3MW，水头损失均为10m，各热力站所在支管长度为400m，支管水头损失为4.38m，热源内部水头损失为15m。分布式循环泵供热系统结构见图1，图中R1～R30为热力站编号，1～60为干管管段编号，80为热源循环泵编号，81～B30为分布式循环泵编号。若取消分布式循环泵，则分布式循环泵供热系统则变成传统供热系统。各干管管段计算参数见表1，各干管管段长度均为100m。各热力站所在支管的比摩阻均为42.1Pa／m，供热系统中所有水泵的效率均按0.7计算。

2.2　节功率的影响因素

设定该供热系统位于石家庄，供暖室外计算温度为-8℃，供暖期为117d。基于设计工况，对传统、分布式循环泵供热系统循环泵轴功率进行计算。

对于传统供热系统，循环泵质量流量为各热力站质量流量之和，经计算为1290t／h。扬程用于克服干管水头损失与最不利热力站水头损失，经计算为58.76m。经计算，设计工况下传统供热系统循环泵的轴功率为295.0kW。

对于分布式循环泵供热系统，将零压差点设定在热源出口。热源循环泵的质量流量与传统供热系统循环泵质量流量一致，为1290t／h；扬程仅用于克服热源内部水头损失，因此热源循环泵扬程为15m。经计算，设计工况下热源循环泵轴功率为75.3kW。分布式循环泵的质量流量为其所在支路热力站的质量流量，扬程用于克服热力站的水头损失，以及热力站之前的一切管网水力损失。经计算，设计工况下各分布式循环泵的轴功率见表2。

①设定室外温度的影响

不考虑干管长度变化，分布式循环泵供热系统的节功率随设定室外温度的变化见图2。由图2可知，随设定室外温度的升高，分布式循环泵供热系统的节功率呈下降趋势。当设定室外温度为-8℃时，分布式循环泵供热系统的节功率为22.88％，此时供热系统为满负荷运行。当设定室外温度为5℃时，分布式循环泵供热系统的节功率为15.31％。

②干管长度

在设定室外温度为-8℃的情况下，分布式循环泵供热系统的节功率随干管长度增长倍率(各段干管长度同步增长)的变化见图3。由图3可知，随着干管长度增长倍率的增大，分布式循环泵供热系统的节功率随之增大。

③节能率

供热系统位于石家庄时，在设定条件下，采用分布式循环泵供热系统的节能率为19.3％。

下面以北京、承德、哈尔滨地区为例，分析分布式循环泵供热系统节能率的影响因素。北京、承德、哈尔滨地区各阶段持续时间及占供暖期时间比例分别见表3～5。各阶段设定室外温度、室内外计算温差见表6。根据表3～6数据，并依据相关规范设定3个地区建筑物围护结构热工参数。经计算呵得到，北京、承德、哈尔滨地区采用分布式循环泵供热系统的节能率分别为20.0％、19.7％、18.5％。

由以上分析，可得到以下结论：对于同一供热系统，一般而言，所在地区供暖期越长，节能率越低。但值得注意的是，供暖期不同反映出不同地区供暖室外计算温度、建筑围护结构热工性能参数等的不同。

3　结论

①不考虑干管长度变化，随设定室外温度升高，节功率呈下降趋势。在设定室外温度不变的情况下，随着干管长度的增大，节功率呈上升趋势。

②一般而言，对于同一供热系统，其所在地区供暖期越长，节能率越低。

参考文献：

[1]王红霞，石兆玉，李德英．分布式变频供热输配系统的应用研究[J]．区域供热，2005(1)：31-37．

[2]王红霞，李德英，王随林．供热输配系统的优化配置——分布式变频系统的研究[J]．中国建设信息，2003(增刊)：42-47．

[3]常文静．分布式变频供热方式节能特性研究(硕士学位论文)[D]．秦皇岛：燕山大学，2013：5-6．

[4]曹荣光．采用分阶段变质量流量质调节方式的供暖期细分[J]．煤气与热力，2013，33(6)：A01-A04．

[5]李鹏，方修睦，张鹏．多级循环泵供热系统节能分析[J]．煤气与热力，2008，28(10)：A15-A18．

[6]王梵，邹平华，方修睦．分布式循环泵供热系统节能分析[J]．煤气与热力，2009，29(2)：A23-A26．

本文作者：常文静  刘焰  李新家

作者单位：中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司