徐奇 續(xù)元慶 王甫 蓋慶龍

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司燕鴿湖基地物業(yè)服務(wù)處）

1 工程概況

該供暖系統(tǒng)改造項(xiàng)目位于寧夏某小區(qū)，供暖面積約169×104m2，該小區(qū)由分期建設(shè)的10個(gè)部分組成，每個(gè)部分的供暖管網(wǎng)均相對(duì)獨(dú)立。小區(qū)有南北2個(gè)熱源，分別為一號(hào)鍋爐房和二號(hào)鍋爐房，一號(hào)鍋爐房設(shè) 5臺(tái) 14MW 燃煤鍋爐，供暖面積約 83×104m2，二號(hào)鍋爐房設(shè)5臺(tái)14.2MW和2臺(tái)7MW燃?xì)忮仩t，供暖面積約86×104m2。改造前，兩個(gè)鍋爐房的供暖系統(tǒng)相互獨(dú)立，直供方式供暖。該小區(qū)存在明顯的熱力水平失調(diào)和垂直失調(diào)現(xiàn)象，系統(tǒng)末端住戶室內(nèi)溫度普遍偏低，系統(tǒng)失水量較大，漏水點(diǎn)查找困難。

2 熱源供暖范圍調(diào)整

2.1 供暖半徑調(diào)整分析

鍋爐房供暖范圍調(diào)整前分布見圖 1、調(diào)整后分布見圖2。

圖1 調(diào)整前供暖范圍分布

圖2 調(diào)整后供暖范圍分布

圖1、圖2中藍(lán)色區(qū)域?yàn)橐惶?hào)鍋爐房供暖范圍，紅色區(qū)域?yàn)槎?hào)鍋爐房供暖范圍。

調(diào)整前一號(hào)鍋爐房最遠(yuǎn)用戶為八區(qū)住戶，供暖半徑為 1.1km，而該區(qū)域距二號(hào)鍋爐房較近；二號(hào)鍋爐房最遠(yuǎn)用戶為六區(qū)住戶，供暖半徑為 2.4km，而該區(qū)域距一號(hào)鍋爐房較近。調(diào)整后，兩個(gè)鍋爐房的供暖半徑均不到800m，供暖半徑有效縮短。

2.2 鍋爐房供暖能力及熱負(fù)荷比較分析

鍋爐房裝機(jī)容量、燃料及供暖面積見表1。

表1 調(diào)整前、后鍋爐房供暖能力及熱負(fù)荷

兩個(gè)鍋爐房的供暖面積基本相當(dāng)，由于一號(hào)鍋爐房供暖范圍內(nèi)建筑年代較早，熱工性能較差，一號(hào)鍋爐房的熱負(fù)荷略高于二號(hào)鍋爐房。燃煤鍋爐房的供暖能力和鍋爐效率明顯低于燃?xì)忮仩t房，一號(hào)鍋爐房供暖能力不足，而二號(hào)鍋爐房供暖能力顯得富余。供暖范圍調(diào)整后，兩個(gè)熱源的供暖能力均有富余，富余量分別為11%和15%，提高了供暖保障可靠性。調(diào)整前熱負(fù)荷及鍋爐房供暖能力比較見圖3，調(diào)整后熱負(fù)荷及鍋爐房供暖能力比較見圖4。

圖3 調(diào)整前熱負(fù)荷及鍋爐房供暖能力比較

圖4 調(diào)整后熱負(fù)荷及鍋爐房供暖能力比較

3 換熱站位置布局

換熱站布局一般應(yīng)考慮供暖規(guī)模、熱源形式，合理確定熱源的位置、數(shù)量、布局和運(yùn)行方式，以降低系統(tǒng)水力平衡難度，提高供暖效果。

小區(qū)由10個(gè)部分組成，均為分期建設(shè)，各個(gè)部分的采暖系統(tǒng)外網(wǎng)管線均自成一個(gè)模塊，有相對(duì)獨(dú)立的熱力入口。換熱站位置、數(shù)量設(shè)置充分考慮了現(xiàn)有管網(wǎng)的分布特點(diǎn)和管道管徑，換熱站均設(shè)置在各部分采暖管網(wǎng)的熱力入口位置，共設(shè) 10座換熱站，每個(gè)換熱站的面積分布在11×104～29×104m2，各換熱站供暖面積見表2。

為更好地判斷地質(zhì)旅游活動(dòng)對(duì)地質(zhì)公園生態(tài)環(huán)境的影響程度，借鑒相關(guān)研究成果[15-16]，本文引入生態(tài)壓力指數(shù)對(duì)該公園的可持續(xù)發(fā)展程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。生態(tài)足跡指數(shù)是指該區(qū)域內(nèi)人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力的比例，其計(jì)算公式為式(4)。研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)分為6個(gè)等級(jí)，見表1。

表2 換熱站供暖面積

換熱站位置布局方案最大限度地減少了改造工程的管道開挖工程量，同時(shí)，較小的供暖區(qū)域使得供暖調(diào)節(jié)手段更加靈活，便于各部分內(nèi)部水力平衡調(diào)配，供暖管理更加便捷。

4 環(huán)網(wǎng)布置

為了保證供暖質(zhì)量和供暖效果，通常需要提高供暖系統(tǒng)的可靠性。供暖屬于季節(jié)性任務(wù)，一方面通過非采暖季的維修保養(yǎng)提高設(shè)備可靠性；另一方面可通過設(shè)置環(huán)形管網(wǎng)和多熱源聯(lián)合供暖來達(dá)到提高供暖管網(wǎng)可靠性的目的［1］。本工程推薦采用一次網(wǎng)環(huán)形布置和雙熱源供暖的方式，以提高供暖系統(tǒng)的可靠性。

利用現(xiàn)有部分管道，并在一區(qū)、二區(qū)之間新鋪設(shè)部分管道，使得一次網(wǎng)在兩個(gè)熱源之間形成環(huán)網(wǎng)。通過水力計(jì)算，環(huán)網(wǎng)的兩個(gè)平衡點(diǎn)分別選在一區(qū)與二區(qū)之間，以及七區(qū)與八區(qū)之間。環(huán)形管網(wǎng)連接管管徑按照一號(hào)鍋爐房總管管徑進(jìn)行設(shè)計(jì)。正常工況及事故工況，一次網(wǎng)熱水的流量分配均靠換熱站一次側(cè)二級(jí)泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，環(huán)形管網(wǎng)連接管的流通能力約占二號(hào)鍋爐房總管流通能力的60%。

最嚴(yán)重的事故通常發(fā)生在最冷天，供暖保障能力一般按熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。在一號(hào)鍋爐房故障搶修時(shí)，二號(hào)鍋爐房可滿足整個(gè)小區(qū)約70%的熱負(fù)荷需求。在嚴(yán)寒期住戶室內(nèi)溫度約 8℃，二號(hào)鍋爐房故障搶修情況下，一號(hào)鍋爐房可滿足整個(gè)小區(qū)約45%的熱負(fù)荷需求。

5 分布式變頻系統(tǒng)控制及調(diào)節(jié)

分布式變頻系統(tǒng)是一種新型的供暖系統(tǒng)形式，其實(shí)質(zhì)是在各換熱站采用變頻泵替代調(diào)節(jié)閥。整個(gè)分布式變頻系統(tǒng)中，系統(tǒng)平衡點(diǎn)位于鍋爐房分集水器，鍋爐房?jī)?nèi)的一次網(wǎng)熱源泵負(fù)責(zé)熱源內(nèi)部的水循環(huán)，各換熱站一次網(wǎng)二級(jí)泵負(fù)責(zé)各站一次網(wǎng)的水循環(huán)；換熱站二次網(wǎng)循環(huán)泵負(fù)責(zé)用戶側(cè)的水循環(huán)。一般情況下，分布式變頻系統(tǒng)水泵電機(jī)裝機(jī)容量與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相比降低30%。

分布式變頻系統(tǒng)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。由于二次網(wǎng)管網(wǎng)及水力工況相對(duì)比較復(fù)雜，本小區(qū)供暖系統(tǒng)末端沒有室溫調(diào)節(jié)裝置，在二次網(wǎng)運(yùn)行上采用定流量或分階段改變流量的調(diào)節(jié)方式，以保證熱用戶熱平衡。換熱站的一次網(wǎng)二級(jí)泵根據(jù)換熱站二次網(wǎng)反饋的溫度信號(hào)，通過改變水泵運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)一次水循環(huán)流量，來滿足二次網(wǎng)的熱量需求。一次網(wǎng)運(yùn)行采用定溫差變流量的調(diào)節(jié)方式，各換熱站一次網(wǎng)二級(jí)泵的流量調(diào)節(jié)通過一次網(wǎng)的壓差反饋給熱源一次網(wǎng)循環(huán)泵，熱源一次網(wǎng)循環(huán)泵根據(jù)一次網(wǎng)壓差來調(diào)節(jié)循環(huán)流量，來滿足各換熱站對(duì)一次熱水的需求變化。一次網(wǎng)供水、回水溫差由鍋爐進(jìn)行設(shè)置，隨著一次網(wǎng)流量的變化，回水溫度會(huì)隨之升高或減低，如果回水溫度低于設(shè)定值，鍋爐自動(dòng)增加燃料，反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

分布式變頻系統(tǒng)通過實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)際運(yùn)行電耗比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案減少40%，同時(shí)，比較容易實(shí)現(xiàn)一次管網(wǎng)的水力平衡。

6 換熱站設(shè)計(jì)

換熱站內(nèi)設(shè)換熱間、水處理間、控制室、配電間、化驗(yàn)室及儲(chǔ)鹽間，面積為185～220m2，按照無人值守設(shè)計(jì)。

6.1 換熱器選擇

一次網(wǎng)熱水設(shè)計(jì)供水溫度 95℃；回水溫度 70℃考慮（與熱源設(shè)計(jì)溫度一致）；二次網(wǎng)熱水設(shè)計(jì)按照供水溫度75℃；回水溫度60℃考慮；換熱器選擇按照一臺(tái)停止工作時(shí)，其余換熱器換熱量不小于采暖負(fù)荷的75%設(shè)計(jì)?？紤]熱水換熱、換熱效率、安裝空間等方面因素，選用板式換熱器。根據(jù)各換熱站熱負(fù)荷、一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)的設(shè)計(jì)供水、回水溫差進(jìn)行計(jì)算，參照換熱器廠家樣本進(jìn)行選型。分別設(shè)置2～3臺(tái)板式換熱器，每臺(tái)板式換熱器規(guī)格統(tǒng)一為120m2和180m2，便于設(shè)備購(gòu)置及調(diào)換使用。

6.2 循環(huán)水泵選擇

循環(huán)水泵包括一次管網(wǎng)循環(huán)水泵、二次管網(wǎng)循環(huán)水泵和二次管網(wǎng)補(bǔ)水泵。

6.2.1 一次網(wǎng)循環(huán)水泵

原供暖系統(tǒng)采用的是直接供暖形式，改為間接供暖形式，實(shí)施分布式變頻后一次管網(wǎng)循環(huán)水泵流量已不適合系統(tǒng)要求，需要重新設(shè)計(jì)選型，并需要對(duì)各個(gè)換熱站的一次管網(wǎng)二級(jí)泵進(jìn)行計(jì)算選型。

根據(jù)相關(guān)供暖空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范及手冊(cè)規(guī)定［2-4］，干管、支干管的比摩阻取值為30～60Pa/m（公稱直徑≥250mm）、60～100Pa/m（公稱直徑＜250mm），本項(xiàng)目計(jì)算時(shí)取值為60Pa/m；換熱站壓力損失取值為3～10mH2O，熱網(wǎng)水泵出口和鍋爐房?jī)?nèi)部壓力損失取值應(yīng)為8～15mH2O。根據(jù)各換熱站熱負(fù)荷、一次管網(wǎng)及二次管網(wǎng)設(shè)計(jì)供水、回水溫差進(jìn)行計(jì)算，參照水泵廠家樣本進(jìn)行選型。水泵選型臺(tái)數(shù)均為 2臺(tái)，其中1臺(tái)備用。

6.2.2 二次網(wǎng)循環(huán)水泵選型計(jì)算

根據(jù)相關(guān)供暖空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范及手冊(cè)規(guī)定，二次循環(huán)水泵的選型與供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式有關(guān)，本供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，二次網(wǎng)供暖系統(tǒng)采用中央質(zhì)調(diào)節(jié)的方式。熱網(wǎng)循環(huán)水泵的總流量按向熱用戶提供的熱水總流量的110%選取，數(shù)量不少于2臺(tái)。管線比摩阻及其他阻力根據(jù)供暖空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范及手冊(cè)規(guī)定取值。

6.2.3 二次網(wǎng)補(bǔ)水泵

根據(jù)相關(guān)供暖空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范及手冊(cè)規(guī)定，補(bǔ)水泵流量根據(jù)補(bǔ)水量和事故補(bǔ)水量等因素確定，一般不應(yīng)小于供暖系統(tǒng)循環(huán)流量的2%；事故補(bǔ)水量不應(yīng)小于供暖系統(tǒng)循環(huán)流量的4%。

補(bǔ)水泵揚(yáng)程為補(bǔ)水定壓點(diǎn)處的壓力再加 3～5mH2O，補(bǔ)水定壓點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)滿足保證系統(tǒng)不倒空的要求，不低于供暖范圍內(nèi)最高建筑物內(nèi)供暖設(shè)備的高度。

根據(jù)各換熱站熱負(fù)荷、一次網(wǎng)及二次網(wǎng)設(shè)計(jì)供水、回水溫差進(jìn)行計(jì)算，參照水泵廠家樣本進(jìn)行選型。補(bǔ)水泵一般選用2臺(tái)，其中1臺(tái)備用。

7 熱源內(nèi)部調(diào)整及外網(wǎng)平衡

二號(hào)鍋爐房共有7臺(tái)燃?xì)忮仩t，改造前供回水管線異程布置，位置靠后的鍋爐總是出力不足，總供暖能力受到影響。在設(shè)計(jì)中，通過燃?xì)忮仩t管道調(diào)整，把7臺(tái)鍋爐改為同程式布置，該鍋爐房整體出力能力得到了提升。

對(duì)于長(zhǎng)期困擾的水力失調(diào)問題，本次設(shè)計(jì)通過劃分換熱站，解決了各小區(qū)之間的水力平衡問題，同時(shí)，在水力平衡較差的換熱站室外二次管網(wǎng)上進(jìn)行平衡改造，加裝自力式平衡裝置。二區(qū)屬于建設(shè)時(shí)間較早的小區(qū)，由于設(shè)計(jì)時(shí)間不同，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各住宅組團(tuán)管徑設(shè)計(jì)不盡合理，另外，二區(qū)位于鍋爐房供暖范圍的末端，因此，長(zhǎng)期以來供暖效果不佳。設(shè)計(jì)中在該供暖區(qū)域的建筑前均加裝了自力式平衡閥，供暖初期進(jìn)行統(tǒng)一水力平衡調(diào)節(jié)。

8 效果評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目共分2期進(jìn)行設(shè)計(jì)，一期設(shè)4個(gè)換熱站，二期設(shè)6個(gè)換熱站。一期改造完成后，供暖效果一直不佳的二區(qū)供暖效果大大改善，室內(nèi)平均溫度由原來的不足16℃提高到20℃。供暖系統(tǒng)失水量大大降低，整個(gè)供暖系統(tǒng)失水率從改造前的 1.5t/（104m2·d）降低到 0.8t/（104m2·d），其中一次網(wǎng)系統(tǒng)整個(gè)采暖季幾乎沒有補(bǔ)水，采暖季結(jié)束對(duì)燃?xì)忮仩t檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，鍋爐內(nèi)部管道的結(jié)垢沒有明顯增加，有效保護(hù)了鍋爐本體的安全，延長(zhǎng)了鍋爐使用壽命。改造后耗電量比改造前（相同區(qū)域?qū)Ρ龋┫陆盗思s20%，節(jié)約電費(fèi)約36萬元，節(jié)約燃?xì)饧s26×104m3。

9 結(jié)語

在供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)從系統(tǒng)的整體性出發(fā)，把握全局，整體優(yōu)化，著眼細(xì)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)。一是，該小區(qū)供暖系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)調(diào)整了熱源的供暖范圍，消除了熱用戶原來的冷熱不均，同時(shí)，采取環(huán)狀管網(wǎng)供暖，提高了供暖可靠性；二是，新建換熱站把原有的大面積直接供暖劃分為小區(qū)域間接供暖，有效保護(hù)了鍋爐熱源；三是，在平衡調(diào)節(jié)上，一次網(wǎng)采用分布式變頻方式，二次網(wǎng)采用個(gè)別換熱站室外管網(wǎng)上加裝自力式平衡閥的方式，效果良好；四是，運(yùn)行調(diào)節(jié)上，一次網(wǎng)采用變流量方式，二次網(wǎng)采用定流量質(zhì)調(diào)節(jié)，針對(duì)小區(qū)建筑情況適當(dāng)增加流量，有利于水力平衡。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50736—2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ 34—2010城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[4] 周志剛，鄒平華，王芃，等.結(jié)構(gòu)備用和輸送能力備用—提高供熱管網(wǎng)可靠性的基本途徑[J].暖通空調(diào)，2014，44(3)： 14-18.