集中供热系统之分布式混水直供系统模型浅议

山东省环能设计院股份有限公司  张绪新

内容提要：本文就当前供热系统中采用的混水系统进行了总结，并分析了分布式混水系统的优点及提出了分布式混水系统的模型供参考。

主题词：分布式混水系统 水压图 均压管 循环泵 节能

1混水系统实例研究

某热电厂采用循环水供热系统供应民用采暖负荷。该项目受采暖用户发展迅速、热源高温水项目实施困难等因素影响，目前利用已建高温水管网，循环水+调峰换热站供热面积已达约180万m2，最远供热距离约6km。

由于供热范围大，采暖用户采暖系统形式复杂。既有散热器采暖系统，也有地暖采暖系统；既有多层采暖系统，也有高层高低区系统；既有新建小区（采暖系统承压高），也有老小区（采暖系统承压低）。有的小区定压值低于热源静压线；有的小区定压值高于热源静压线。

因此，为了满足每个小区的供热需求，需要根据一次网的水压图以及小区二次网的水压图进行详细的分析，然后确定每个小区的混水方案。由于每个小区的距离远近不同、小区的供热形式不同等原因，各小区混水方案不尽相同。

该工程运行初期，由于热负荷小，同时考虑系统简单原则，按照传统设计方法，以单泵混水系统为主，混水泵设于旁通或二次侧供（回）水管，为达到压力平衡，需要设阀门来进行节流，造成电耗，而且，由于热负荷逐年增加，管网流量及长度也随之增长，一次网供回水压力线出现交汇点，使管网压力状况更加复杂，造成一次网压力波动明显，部分混水泵站运行效果受到影响。后来，本着节能、便于运行管理的原则，对已有混水系统及新建混水系统均按分布式混水系统进行改造或设计。

经过运行实践，分布式混水系统能很好的适应该项目的复杂运行情况，并取得良好的运行效果，特点如下：能很好的解决热源首站循环泵扬程不足的问题，而且为了更好的体现分布式混水系统的优势，还降低了首站供水压力；同时，由于各混水泵站采用分布式混水系统后，流量输送由“推送”变成“抽送”，流量分配由被动变主动，更加合理，更省去了无谓的节流电耗。

经过总结发现，一次网供回水压力线汇交点前混水系统以单泵为主，循环泵设于二次侧供、回水管或混水旁通管上；一次网供回水压力线汇交点后，混水系统以双泵为主，一、二次侧均设循环泵。

混水旁通设混水泵的单泵混水方式属于较传统的混水方式，应用在热网资用压头较充足的地方，其系统形式结构简单，但除需较高资用压头外，增加热源的运行压力，而且混水比随混水泵的调节而变化，并受热网压力波动的影响；

其他几种混水形式，尤其是双泵混水系统形式，设计的基本理念就是分布式混水系统方式：一次网循环泵（或资用压头）担当该混水泵站一次网热媒的输送功能，二次网循环泵即完成二次网的水循环，又实现一、二次网的混水功能。另外，重要的一点就是：混水旁通管形成均压管，好处就是：简化系统结构；消除节流电耗；使直供混水系统通过混水旁通管相对的将一、二次侧分别独立开，类似间接连接系统，更有利于二次网的运行管理，保证供热质量。

另外，各混水泵站补水由热源统一进行，但定压方式需根据各自不同情况单独确定，这也是设计中经常遭忽略的一点。如果不确定定压值，运行中可能会造成采暖系统倒空、失调等现象，影响供热效果。根据实际情况，各热用户定压值相对热源定压值来说，有高有低。热用户定压值高于热源定压值者，一般需通过设定压泵+调节阀方式进行定压；热用户定压值低于或等于热源定压值者，一般通过设压力调节阀方式进行定压。

由于不少热用户的热负荷逐年增长以及供热调节采用质调节等原因，造成各混水泵站混水比要做适当调整。各混水泵站混水比的调整由一次网所设电动调节阀进行，虽然对于双泵混水系统，混水比的调整可由一次网所设循环泵通过变频调速实现，但为了安全、可靠起见，一次网同时设电动调节阀。

有研究标明，热网供回水压力线汇交点位于热源处，系统最节能。但实际应用中，考虑到运行初期不混水直供以及供热规模过大、供热半径过长时回水压力可能过高等情况，汇交点一般会位于热网中前部分。对此，设计中应对热网进行详细的水力计算，并应考虑到热负荷变化可能带来的计算误差，综合考虑汇交点位置，然后根据混水泵站所处位置，合理确定混水系统形式。

2分布式混水系统模型建立

对于新建混水供热系统，笔者建议采用分布式混水系统，其不仅最有利于节能，而且可降低热源的运行压力；另外，对整个供热系统来说，更有利于一次网的水力稳定性，更能保证二次网的运行效果。

考虑到混水系统的复杂多样性，为了便于应用及运行管理，建立分布式混水系统模型。

此所谓分布式混水系统，即热源循环泵主要负责热源内部的阻力损失，不再承担用户及不再承担或少量承担一次网的阻力损失；用户的阻力损失由二次网循环水泵来承担，一次网的阻力损失由用户处热网循环泵泵负责；混水旁通管要求设为均压管。通俗的讲，分布式混水系统一次网循环泵负责一次网热媒的输送；二次网循环泵负责二次网热媒的输送。经过进一步总结，分布式混水系统可归结为五种系统模型，具体如下。

图表 1

图表 2

图表 3

图表 4

图表 5

其中，P1g——一次侧供水压力；

          P1h——一次侧回水压力；

          P2g——二次侧供水压力；

          P2h——二次侧回水压力； 

          Ph——混水旁通压力；

          ΔP电——电动阀阻力；

          B1——一次侧循环泵；

          B2——二次侧循环泵；

如图所示，该模型只要确定了混水旁通压力Ph，使之与一二次侧进出口压力比较，就可确定具体的混水系统形式。混水旁通压力Ph的确定：Ph等于或大于二次侧定压值，即Ph= P1h或Ph= P1g，以系统简单（减少循环泵的布置）、节能（尽量减少一次侧电动调节阀门阻力）为原则。

分布式混水系统模型的应用应结合一二次网水压图进行。首先，应绘制准确的一二次网水压图，并确定一二次网的静压线；然后，确定混水旁通压力，并将一二次网水压图按混水直供方式对接；最后，确定具体的混水方案，明确一二次侧循环泵的设置位置及其扬程。

混水方案确定后，还要根据水压图一二次网的静压线确定混水系统二次侧的定压方案。二次网静压线低于或等于一次网静压线时，可通过压力调节阀进行定压；二次网静压线高于一次网静压线时，可通过定压泵+压力调节阀进行定压。

关于补水定压，也可通过站内设水箱与定压泵实现，此种方案可降低一次网补水量。

3结论

经过对分布式混水系统模型的实际应用，发现采用该系统混水改造后，首先能确保二次侧流量供应，能满足二次网水力平衡需要，不受一次侧影响；其次，混水泵站的混水或直供均可满足需要，以适应热源不同供热工况；同时，混水泵站的运行管理也变的简单明了，易于调节控制；一次网压力与热源运行费用降低明显。