摘　要：随着规范GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》的实施，散热器供暖的室内供暖系统的推荐设计回水温度由传统的60℃调整为50℃，与之相应，一级管网设计回水温度也应由传统的70℃调整为60℃。结合工程实例分析了一级管网回水温度对管道公称直径、小区热力站换热器的换热面积、循环水泵耗电量、工程造价和运行费用的影响。将一级管网的设计回水温度由70℃调整为60℃后，供热系统的经济效益和节能效益得到提高。

关键词：一级管网；  二级管网；  回水温度；  换热面积；  耗电量

Effect of Return Water Temperature of Primary Circuit on Centralized Heat-supply System

Abstract：With the implementation of Design Coae for Heating Ventilation and Air Conditioning of Civil Buildings(GB 50736-2012)，the recommended design temperature of return water of indoor heating system with radiators is adjusted to 50℃from60℃．Accordingly，the design temperature of return water of primary circuit should be adjusted to 60℃from70℃．The effects of the temperature of return water of primary circuit on the nominal pipe diameter，the heat transfer area of heat exchanger in residential area substation，the power consumption of circulation pump，the project cost and operation cost are analyzed combined with an example．The economic benefit and energy saving benefit of the heat-supply system are improved by adjusting the temperature of return water of primary circuit to 60℃from70℃．

Keywords：primary circuit；secondary circuit；temperature of return water；heat transfer area；power consumption

1　概述

集中供热是城市的基础设施之一。目前用于集中供热的主流热源是热电厂和区域锅炉房。出于经济、安全的考虑，大型的集中供热系统一般分为一级管网与二级管网，一级管网以高温高压的模式运行，通过小区热力站内的换热器将热量传递给二级管网，二级管网直接向热用户供热，以低温低压的模式运行。

对于集中供热系统，主要的能源消耗是循环水泵的耗电量和热源厂锅炉的耗煤量、辅机耗电量。循环水泵的耗电量与一级管网的供、回水温差有着直接的关系。对于热源来说，锅炉耗煤量、辅机耗电量与其输出的热量直接相关，而受一级管网的供水温度和回水温度的影响很小。一级管网的供水温度一般取管网的最高耐温，而对一级管网系统耗能量起决定作用的就是一级管网的回水温度了。因此，本文讨论的重点是在不改变一级管网供水温度的条件下降低一级管网的回水温度，从而增大一级管网的供、回水温差，提高一级管网热能的输送能力。

2　回水温度对管道公称直径的影响

对于热水供热系统，质量流量和热负荷的关系如下：

F1=cpqmDt 　　   (1)

Dt=tg1-th1 　　   (2)

式中F1——管网承担的热负荷，W

cp——水的比定压热容，J／(kg·K)，取4200J／(kg·K)

qm——管网质量流量，kg／s

Dt——一级管网供水、回水温差，℃

tg1——一级管网供水温度，℃

th1——一级管网回水温度，℃

由式(1)可知，热负荷一定时，管网质量流量和供、回水温差成反比，供水温度不变的条件下，回水温度越低，管网的质量流量就越小。对于集中供热热水管道系统，管道质量流量是决定管道公称直径的直接因素，在热负荷和供水温度不变的条件下，一级管网回水温度就直接影响了管道公称直径的选取。供热管道的公称直径要通过水力计算进行确定，水力计算一般有两种方法，一种是通过计算程序进行计算，另一种方法是查表法，本文按照查表法进行水力计算。

3　回水温度对换热器换热面积的影响

换热器有很多类型，根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类：间壁式、混合式和蓄热式。在小区热力站内通常使用板式换热器，板式换热器是间壁式换热器的一种形式。本文以板式换热器为例来分析不改变一级管网供水温度的情况下一级管网回水温度对换热器换热面积的影响。板式换热器换热面积按式(3)计算。

式中Fh——换热器热功率，W

K——换热器传热系数，W／(m²·K)

A——换热器换热面积，m²

Dtp——换热器对数平均温差，℃

b——结垢系数，取0.8

Dtd——一级管网和二级管网供水温度差，℃

Dtx——一级管网和二级管网回水温度差，℃

tg2——二级管网供水温度，℃

th2——二级管网回水温度，℃

对于板式换热器，传热系数K值与诸多因素有关，但对于规模相近、同种类型的换热器，K值相差微小，趋于定值。为了方便比较，本文忽略K值的差异，假定K值为定值。从式(3)可知，当换热器热功率Fh值一定时，换热面积A和对数平均温差Dtp成反比；当换热器热功率Fh值、一级管网供水温度及二级管网供、回水温度一定时，换热面积A随着一级管网回水温度的降低呈非线性增加的趋势。

4　回水温度对循环水泵耗电量的影响

热源的热能需要通过热网循环水泵将热水输送至小区热力站，循环水泵需要的电动机的输入功率和水泵的全压、流量关系如下^[1]：

Pe=qp/hhmhd 　　　   (7)

式中Pe——循环水泵需要的电动机的输入功率，kW

q——水泵流量，m³／s

p——水泵全压，kPa

h——水泵效率，可按水泵样本取用，本文按照80％计算

hm——水泵传动的机械效率，本文按直接传动考虑，取1.0

hd——电动机效率，取0.9

由式(7)可知，水泵需要的电动机的输入功率与水泵的全压、流量成正比，水泵的全压、流量直接决定了水泵的耗电量。

5　工程比较

GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第5．3．1条规定：“散热器集中供暖系统宜按75℃／50℃连续供暖进行设计，且供水温度不宜大于85℃，供回水温差不宜小于20℃。”由此可见，对于新建的供热系统而言，散热器供暖的室内供暖系统的设计供水温度宜取75℃，设计回水温度宜取50℃。对于小区热力站的换热器，在换热器设计时要求冷侧温差(Dtx)不小于10℃^[2]。因此，一级管网的最低回水温度就可以取到60℃，在一级管网设计供水温度不变的情况下，与传统的70℃回水温度相比较，增大了10℃的供、回水温差。下面以某工程为例，讨论把一级管网回水温度由70℃降低到60℃对供热系统有何影响。

5.1　工程概况

华北地区某城市集中供热工程，其供热面积为1000×10⁴m²，供热负荷为700MW，年最大热负荷利用时间为2161h，热源的供水温度为120℃，一级管网设计压力为1600kPa，热水管网定压方式选择循环水泵入口处补水泵定压的方式，定压压力为250kPa，输送距离为10km。为方便做比较计算，本文假设只有一个700MW的小区热力站。下面就供热系统一级管网采用120℃／70℃(方案一)和120／60℃(方案二)的热水参数做比较，分析不同的设计供、回水温度对一级管网的影响。

5.2　回水温度对管道公称直径的影响

对于一级管网，确定主干线管径时，宜采用经济比摩阻(30～70 Pa／m)计算。两个方案的水力计算结果见表1。

方案一中，Dt=50℃,由公式(1)可得，设计质量流量为3344.4kg／s，查水力计算表可得，管道公称直径为1000mm时，管道比摩阻为161.12Pa／m，热水管网系统总阻力为4116.87kPa，加上定压压力后，在没有中继泵站的情况下，系统最高压力为4366.87kPa，大幅超过了系统的设计压力，显然是不合理的；取管道公称直径为1200mm时，比摩阻为63.06Pa／m，热水管网系统总阻力为1763.34kPa，加上定压压力后，在没有中继泵站的情况下，系统最高压力为2013.34kPa，高于系统的设计压力，因此，需要设置一级中继泵站以将管道的压力控制在设计压力范围之内。

方案二中，Dt=60℃，由公式(1)可得，设计质量流量为2787.03kg／s，查水力计算表可得，取管道公称直径为1000mm时，管道比摩阻为111.89Pa／m，热水管网系统总阻力为2935.33kPa，加上定压压力后，在没有中继泵站的情况下，系统最高压力为3185.33kPa，大幅超过了系统的设计压力，显然是不合理的；取管道公称直径1200mm时，比摩阻为43.79Pa／m，热水管网系统总阻力为1300.93kPa，加上定压压力后，在没有中继泵站的情况下，系统最高压力为1550.93kPa，无须设置中继泵站即可将管道的压力控制在设计压力范围之内。

从上面的分析结果可以看出，无论是方案一还是方案二，都应选择DN 1200mm的管道。但是，在方案一中，需要设置中继泵站一座，根据工程投资概算，此中继泵站造价约1700×10⁴元；方案二无须设置中继泵站。

5.3　小区热力站内换热器换热面积对比

一级管网供水温度一定时，不同的回水温度对小区热力站换热器的影响主要表现在换热器的换热面积上，换热器的换热面积4按公式(3)进行计算。

对于小区热力站，采用板式换热器，二级管网的设计供／回水温度为75℃／50℃，Fh=700MW=7×10⁸W，K=4300W／(m²·K)，b=0.8，把这些参数代入公式(3)，可以得出不同方案下换热器的换热面积，计算结果见表2。

从表2可以看出，在换热器的换热面积方面，方案二比方案一多2143.6m²。换热板片的平均价格为700元／m²，按此计算，在换热器方面方案二比方案一增加造价约150×10⁴元。

5.4　回水温度对循环水泵耗电量的影响

把表1中的参数代入式(7)，可以计算得到不同设计方案中一级管网循环泵需要的电动机的输入功率，见表3。

电动机轴功率乘以年最大热负荷利用时间即为估算的年耗电量(见表3)。由此可见，方案一要比方案二每年多消耗电能6817904kW·h，按照平均电价为0.9元／(kW·h)计算，两个方案的电费差额为613.61×10⁴元/a。

5.5　综合对比

经过上述对比，在管网和热力站造价方面，方案一比方案二多1550×10⁴元；在运行电费方面，方案一每年要比方案二多出613.61×10⁴元。综合比较而言，方案一造价、运行费用、系统复杂程度均高于方案二。因此，方案二优于方案一。

6　结语

从本文的分析可以看出，随着散热器供暖的室内供暖系统设计回水温度由60℃调整为50℃，与之相应，一级管网的设计回水温度也应由70℃调整为60℃。在不改变一级管网供水温度的条件下，尽量降低一级管网的回水温度，拉大供、回水温差，可以获得良好的经济效益和节能效益。

参考文献：

[1]洪向道，舒世安．锅炉房实用设计手册[M]．北京：机械工业出版社，2001：279．

[2]汤蕙芬，范季贤．热能工程设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1999：368．

本文作者：臧洪泉  崔凯

作者单位：中国市政工程华北设计研究总院有限公司第六设计研究院