分布式循环泵供热系统最佳零压差点位置确定

第３５卷第２期　煤气与热力　ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ　ＶｏＩ＿３５　Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．２０１５　２０１５年２月　分布式循环泵供热系统最佳零压差点位置确定　李　鹏　，　方修睦　，　高立新　，　李浩然　（１．重庆卓创国际工程设计有限公司，重庆４０００２０；２．哈尔滨工业大学，　黑龙江哈尔滨１５００９０）　摘要：　针对枝状管网，以热网最小年折算费用作为目标函数，干管、支管平均经济比摩阻作　为约束，对分布式循环泵供热系统最佳零压差点的位置进行模拟求解。结合算例，对不同负荷分布　形式的枝状管网的最佳零压差点位置进行分析。对于分布式循环泵供热系统，存在最佳零压差点，　不同负荷分布形式，最佳零压差点的位置不同。负荷集中区越靠近热源，分布式循环泵供热系统的　经济性越好；反之，经济性越差。　关键词：　分布式循环泵；枝状管网；　最佳零压差点；　平均经济比摩阻　中图分类号：ＴＵ９９５．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—４４１６（２０１５）０２—０Ａ１７—０４　１概述　，Ｊｌ，　ｄ　ｌ，Ｊ２，　ｄ，２　三３，Ｌａ，３　Ｌ　，Ｌｄ　传统集中供热系统的设计方法是以满足最不利　用户的需用压头来确定热源循环泵的扬程，这往往　导致近端用户的资用压头高于设计值，这部分剩余　孛　：　压头要通过节流的方法消耗掉，从而造成能源浪　费＿ｌ　Ｊ。分布式循环泵供热系统在热源设置热源循　环泵，热源循环泵扬程只用于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。在用户　（热力站）处设置分布式循环泵，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　图１　分布式循环泵供热系统及水压图　克服热力站的水头损失，以及热力站之前的一切管　——干管ｉ的长度，ｍ　网水力损失　。　一　——．　干管１～ｎ局部阻力的当量长　分布式循环泵供热系统及水压图见图１。系统　度，ｍ　中供水压力等于回水压力的点（即资用压头为零），　Ｌｄ——干管ｉ　ｉ　ｍ　，局部阻力的当量长度，称为零压差点。在分布式循环泵供热系统中，零压　１～Ｌ　——支管１～凡一１的长度，ｍ　差点位置不同，系统的经济性也不同　Ｊ。本文以热　——支管ｉ的长度，ｍ　网最小年折算费用作为目标函数，干管、支管平均经　ｄｌ１一　一　——支管１一凡一１局部阻力的　济比摩阻作为约束，对分布式循环泵供热系统最佳　当量长度，ｍ　零压差点位置的确定进行探讨。　Ｌ　ｒｄ——支管，ｉ　ｉ　局部阻力的当量长度，ｍ　图中￡　～　——干管１～ｎ的长度，ｍ　ｑ　——热源的质量流量，ｔ／ｈ　作者简介：李鹏（１９８４一　），女，重庆人，工程师，硕士，主要从事暖通空调系统的设计工作。　收稿日期：２０１４—０３—１１；修回日期：２０１４—１１—１２　・Ａ　１７・　第３５卷第２期　煤气与热力　ｑ　ｍ－ｌ～ｑ…——用户１一　的质量流量，ｔ／ｈ　　ｔ／ｈ　ｑｍ——用户ｉ的质量流量，ｉ　，、尺　——干管、支管平均比摩阻，ｍ／ｍ　Ｐｍ，ｊ——第　段支管的质量流量，ｔ／ｈ　２平均经济比摩阻计算方法　本文分别对零压差点在热源出口处时（即图１　中供热系统的零压差点在热源出口处）以及零压差　点在干管任意位置时，供热系统平均经济比摩阻的　计算方法进行探讨。　２．１零压差点在热源出口处　③循环泵造价　对于图１给出的分布式循环泵供热系统，热源　及用户共设置ｎ＋１台循环泵，并定义热源循环泵为　第０台循环泵，则循环泵造价　的计算式为：　Ｚｂ　（ｎ＋１）＋６ｂ　ｂ，ｉ¨　∑０尸　（５）　①热网年折算费用　瓤　＝　｛２（１　・　（６）　将热网年折算费用最小对应的比摩阻定义为经　济比摩阻。热网折算费用与管道造价、循环泵造价、　标准投资效益系数、热网年运行费用（包括电费、维　【　ｇ　【尺　＋Ｒ＇Ｌ　）＋　ｑｍ，ｎＲ　０　ｌ　Ｊｌ＋　ｑ　‘　ｌ　　（Ｈ　＋　）｝ｌ　式中　——循环泵造价系数，元　６　——循环泵单位电功率造价系数，元／ｋＷ　Ｐ　修费用、管理运行人员费用等）有关，热网年折算费　用ｓ的计算式为：　Ｓ＝　（ＺＲ＋Ｚｂ）＋Ｙ　（１）　——式中Ｓ——热网年折算费用，　ａ　——第ｉ台循环泵电功率，ｗ　ｗ　标准投资效益系数，ａ～，取０．１２　ａ　ｃ——折算成循环泵单位电功率的变频器造　价，　ｗ，取０．８　ｚ　——管道造价，元　Ｚ　——循环泵造价，元　叼——循环泵效率　——热网年运行费用，　ａ　②管道造价　对于图１中的供热系统，设供水干管管段数量　ｎ段，支管管段数量ｎ一１段，用户ｎ个。管道造价　ｚ　的计算式为：　局部阻力与沿程阻力的比值　ｔ——第　段干管长度，ｍ　用户资用水头，设各用户资用水头相　等，１３９１　Ｈ　——热源内部水头损失，１１３　④热网年运行费用　Ｙ＝　＋ｙｒ＋Ｙｚ　＝Ｚ　２【。　（ｎ＋ｂｄ　），Ｊ　＋　（。＋６　）　Ｊ　热网年运行费用Ｙ的计算式为：　（７）　２　＝　＋ｂＷ　＋ｂＷ　）　（２）　１０　∑Ｐｂ．　（８）　＝　ｄｌ毫ｄ　ｌ　　　＝Ｌ　＝　　０ｌ　毫０ｌ　．　３８７Ｌ　二百百ｎ　　ｎ　－１（（）３）　…　。ｙｒ＝７．２×１０一。　丌（０。一００）・　Ｌｔｊ＝－∑０．３８７Ｌ　＝∑ｄ　．　，＝　１　，，　１　ｎ…　（４（））　（１＋　ｔＬ（　＋　ａＩ　（９）　（１０）　Ｙｚ　＝　ＺＲ＋Ｚｂ）　式中ｏ——敷设单位长度管道的费用，　ｍ　６——管道材料因子，　ｍ　ｄ　——第ｉ段干管的公称直径，ｍ　ｄ，——第　段支管的公称直径，ｍ　——式中　】／ｄ——循环泵年电费，　ａ　】，ｒ——管网热损失折算的费用，　ａ　】，ｚ　——年维修费，ＹＣ／ａ　——热网年运行时间，ｈ／ａ　—，第　段支管的长度，ｍ　———电价，　（ｋＷ・ｈ）　、　干管、支管的材料特性，表示管材　消耗指标　供热管道平均传热系数，Ｗ／（Ｉｎ　・Ｋ），　取１．２　Ｗ／（ＩＩ１　・Ｋ）　Ｋ——管壁当量绝对粗糙度，ｉｎ，取０．０００　５　ｍ　ｇ…——第ｉ段于管的质量流量，ｔ／ｈ　ｐ——热水密度，ｋｇ／ｍ　Ａ　１８・　——。热网年供回水平均温度，℃　土壤年平均温度，ｃＩ＝　。——卢——管道附件的局部热损失系数，直埋敷设　・李鹏，等：分布式循环泵供热系统最佳零压差点位置确定　第３５卷第２期　取０．１５　续表１　——热价，元／ＧＪ　参数　设定值　ｇ——固定资产形成率，取０．９　ａｂ／元　６　５０７　产＿固定资产维修率，ａ～，取０．０１４　ａ　ｂｂ／（元・ｋＷ　）　７７０．６　综合式（１）～（１０），可得到热网年折算费用的　ｊｒ／（元・ＧＪ　）　３６　计算式，令ｄＳ／ｄＲ＝０，ｄＳ／ｄＲ　０，分别得出零压差　ｊａ／（元・ｋＷ～・ｈ　）　０．４　Ｈ　／ｍ　５　点在热源出口处条件下的干管、支管的平均经济比　Ｈ　／ｍ　１０　摩阻计算式　。　３．２最佳零压差点的确定　２．２零压差点在干管的任意位置　干管、支管平均经济比摩阻随零压差点的变化　对于零压差点在干管任意位置的热网，设定零　分别见图３、４。４种负荷分布形式下热网年折算费　压差点前的用户不需要设置分布式循环泵，零压差　用随零压差点位置的变化见图５。由图３～５可知：　点之后各用户均设置分布式循环泵，零压差点距热　①对于负荷均匀分布情况，当零压差点距热　源的干管长度为　。据此在对热网进行优化时，建　源距离为７００　ｍ时，热网年折算费用出现最小值　立的目标函数与前面基本一致，不同之处仅在于循　４２６．９　ｘ　１０　ａ，对应的干管、支管平均经济比摩　环泵的相关参数。由此得到零压差点在干管任意位　阻分别为５５．８２、２３２．２４　Ｐａ／ｍ。　置下，干管、支管平均经济比摩阻的计算式　ｊ。　②对于负荷集中在热网近端的情况，当零压　３算例分析　差点距热源距离为５００　ｒｎ时，热网年折算费用出现　３．１　概况　最小值３１８．４７×１０　ａ，对应的干管、支管平均经　以有２Ｏ个用户的热网为例进行分析，热网结构　济比摩阻分别为７１．８、２３９．４７　Ｐａ／ｍ。　见图２。每段干管长度均为２００　ｍ，干管总长为　４　０００　ｍ。每条支管长度均为１００　ｍ，热网总质量流　。量为２　０００　ｔ／ｈ。　鲁　考虑４种负荷分布形式：①负荷均匀分布，用户　邑　岛　１～２０的设计质量流量为１００　ｔ／ｈ。②负荷集中在热　骷　网近端，用户１～５的设计质量流量为２９５　ｔ／ｈ，用户　燃　６～２０的设计质量流量为３５　ｔ／ｈ。③负荷集中在热　网中部，用户１～８的设计质量流量为３５　ｔ／ｈ，用户９　拙　—１３的设计质量流量为２９５　ｔ／ｈ，用户１４—２０的设　计质量流量为３５　ｔ／ｈ。④负荷集中在热网远端，用　户１—１５的设计质量流量为３５　ｔ／ｈ，用户１６—２０的　设计质量流量为２９５　ｔ／ｈ。设定参数见表１。　图３干管平均经济比摩阻随零压差点的变化　２－　。ｇ　邑　蛊　世　图２热网结构　表１设定参数　燃　参数　设定值　一　０／（元・ｍ　）　７１．８７　她　６／（元・ｍ　）　４　９１６．０４　Ｏｔ　０．３　Ｏ．６　ｔ，ｈ　４　２９６　图４支管平均经济比摩阻随零压差点的变化　・Ａ　１９・　第３５卷第２期　煤气与热力　ｗ１＾　．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｉｎ　——负荷集中在热网远端　［３］　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）：Ａ２３一Ａ２６．　——负荷均匀分布　［４］　张岩，邢维恒，贺瑶．分布式循环泵供热系统的分析　［Ｊ］．煤气与热力，２００９，２９（６）：Ａ１４一Ａ１５．　１　　ｌ［５］　陈鸣．分布式变频泵供热系统［Ｊ］．煤气与热力，　２００８，２８（８）：Ａ１２一Ａ１４．　暖　枢　琳　［６］李鹏，方修睦，张鹏．多级循环泵供热系统节能分析　辖　廿　匿　矮　［Ｊ］．煤气与热力，２００８，２８（１０）：Ａ１５一Ａ１８．　［７］赵志刚．分布式二级循环泵供热系统的应用［Ｊ］．煤　气与热力，２００８，２８（１０）：Ａ１９一Ａ２０．　【８］姚东文，邱林．分布式变频泵供热系统节能影响因素　［Ｊ］．煤气与热力，２０１０，３０（４）：Ａ１４一Ａ１７．　［９］　李鹏．单热源枝网多级泵供热系统的电耗分析及优化　图５　４种负荷分布形式下热网年折算费用　随零压差点位置的变化　（硕士学位论文）［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，　２００８：１２—７９．　③对于负荷集中在热网中部的情况，当零压　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｍｕｍ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｚｅｒｏ．ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　差点距热源距离为２　１００　ｍ时，热网年折算费用出　现最小值４１１．４４×１０　元／ａ，对应的干管、支管平均　经济比摩阻分别为４８．９４、２８９．９５　Ｐａ／ｍ。　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　Ｐｕｍｐ　Ｈｅａｔ－　ｓｕｐｐｌｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＬＩ　Ｐｅｎｇ，ＦＡＮＧ　Ｘｉｕｍｕ，ＧＡ０　Ｌｉｘｉｎ，ＬＩ　Ｈａｏｒａｎ　④对于负荷集中在热网远端的情况，当零压　ａ，对应的干管、支管平均经　差点距热源距离为９００　ｍ时，热网年折算费用出现　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｂｒａｎｃｈｅｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｎｎｕａｌ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｈｅａｔ．．ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｂ．．　最小值５０７．１３×１０　４结论　济比摩阻分别为４７．５５、２０５．８２　Ｐａ／ｍ。　ｊｅｃｔｉｖｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｒｕｎｋ　ａｎｄ　ｂｒａｎｃｈ　ｌｉｎｅ　ｆｏｒ　ｃｏｎ—　ｓｔｒａｉｎｔｓ，ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　①对于分布式循环泵供热系统，负荷集中在　ｏｒｆ　ｚｅｒｏ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｌｉｂｕｔｅｄ　ｃｉｒ．　ｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐｕｍｐ　ｈｅａｔ—ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｃｏｒｎ—　热网近端时的年折算费用最小，负荷集中在热网远　端时的年折算费用最大。负荷集中区越靠近热源，　分布式循环泵供热系统的经济性越好，反之，经济性　越差。　ｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｚｅｒｏ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒａｎｃｈ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｏａｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅ　ｅｘｉｓｔｓ　ａｎ　②不同　对于分布式变频泵系统，存在最佳零压差　ｏｐｔｉｍａｌ　ｚｅｒｏ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｏｉｎｔ　ｆｏｒ　ｄｉｓｔｉｌｂｕｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐｕｍｐ　ｈｅａｔ—ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｚｅｒｏ．．ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｏｉｎｔｓ　ａｒｅ　ｄｉｆｆｅｒ．．　点。对于不同负荷分布形式，最佳零压差点的位置　ｅｎｔ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｏａｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｃｌｏｓｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｚｏｎｅ，ｔｈｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｏｆ　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　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐｕｍｐ　ｈｅａｔ—ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ，ｏｔｈｅｒ—　ｗｉｓｅ　ｔｈｅ　ｗｏｒｓｅ　ｔｈｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐｕｍｐ；　应用研究［Ｊ］．区域供热，２００５（１）：３１—３８．　［２］　秦冰，秦绪忠，谢励人，等．分布式变频泵供热系统的　运行调节方式［Ｊ］．煤气与热力，２００７，２７（２）：７３—７５．　●・．．・●●●・．．＿ｌ●●・．－１●●●・．．・●●。●．．１＿●●．．．・●●・・．．・●●　ｔｆ．．●Ｉ●＿．．．・ｂｒａｎｃｈｅｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｏｐｔｉｍｕｍ　ｚｅｒｏ．ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｏｉｎｔ；ａｖｅｒａｇｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　●。●．．．－●●．．＿１●●●－．．．・　●””‘‘＇’‘‘‘　。●‘‘”　●‘…’　●’’’’‘’●‘’”　。．．。’‘‘。●　‘‘‘　・　・Ａ　２０・