優(yōu)化供熱管網(wǎng)設(shè)計保證城市供熱質(zhì)量

孫元合

【摘 要】本文主要針對我國城市集中供熱概述、城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計要素分析、城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行簡要分析，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】優(yōu)化；供熱管網(wǎng)設(shè)計；措施

一、我國城市集中供熱概述

1、城市集中供熱的涵義

集中供熱是指以熱水或蒸汽作為熱媒，利用一個或多個熱源通過供熱管網(wǎng)、熱交換站等，向一個城市或城市中較大區(qū)域的用戶提供熱能的方式。目前，集中供熱已成為現(xiàn)代化城鎮(zhèn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，是城鎮(zhèn)公共事業(yè)的重要組成部分。

2、我國城市供熱管網(wǎng)的特點與設(shè)計方法

我國城市供熱管網(wǎng)的特點是用戶分布區(qū)域廣、分支多。在管網(wǎng)發(fā)生事故時，通常允許有若干小時的停供修復(fù)時間。同時有些熱網(wǎng)為提高供熱可靠性和應(yīng)付供熱發(fā)展的不確定性，在規(guī)劃設(shè)計時就將供熱管網(wǎng)像市政給水管網(wǎng)一樣成網(wǎng)格狀布置，但這樣存在一定的問題，熱水力工況和控制十分復(fù)雜，同時網(wǎng)格狀管網(wǎng)投資非常高。

目前，我國城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計一般是先建立數(shù)學(xué)模型，以投資、運(yùn)行和維護(hù)的總和最小為目標(biāo)函數(shù)，把實際工程的要求作為約束條件，然后用某種最優(yōu)化方法，求出實際問題的最優(yōu)解。最早的管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計模型僅是針對樹狀管網(wǎng)建立的，后來發(fā)現(xiàn)這些模型不能廣泛應(yīng)用于實際的管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中，無法取得很好的結(jié)果。

因為在充分考慮系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，城市熱力管網(wǎng)應(yīng)是多條枝狀管網(wǎng)放射型布置。在規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)城市規(guī)模、用戶分布及熱源位置布置幾條輸配主干線，在實施過程中根據(jù)供熱能力和用戶情況，逐步完善不同的主干線。

二、城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計要素分析

就當(dāng)前供熱發(fā)展情況來看決定或者影響城市集中供熱管道熱效應(yīng)的因素很多，城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計也主要受到如下因素的影響。

1、輸水溫度與管道外徑

當(dāng)輸水溫度較小時，管道散失的熱量在不同管徑中隨著輸水溫度的降低，其差距越來越??；當(dāng)輸水溫度較大時，管道散失的熱量在不同管徑中隨輸水溫度的增大，其差距越來越大。從這個可以看出：在輸水溫度較低時，管道外徑對管道散熱損失的影響較大，反之，在輸水溫度較大時，管道輸水溫度對管道散熱損失的影響較大。因此，對于一定輸水溫度的保溫管道，管道散失的熱量隨管道外徑的增大而增加。管道外徑增大，管內(nèi)水與管壁接觸的表面積就增大，相當(dāng)于增加了熱量散失的表面積，管道內(nèi)水向管外傳遞的熱量增多。

2、熱導(dǎo)率的影響

熱導(dǎo)率對城市供熱管網(wǎng)的熱效應(yīng)影響有兩個方面。一方面是管道熱導(dǎo)率，對于一定管徑的保溫管道，管道散失的熱量隨保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率的增大而增加，且二者之間近似成線性關(guān)系。保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率越大，其傳熱熱阻越小，通過保溫層的熱量越多，傳遞到周圍土壤介質(zhì)中的熱量自然增大。反之保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率較小時，管道散失的熱量在不同管徑隨保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率的降低，其差距逐漸減小。

另一方面是土壤熱導(dǎo)率，對于一定管徑的保溫管道，管道散失的熱量隨土壤熱導(dǎo)率的增大而增加。土壤熱導(dǎo)率越大，其傳熱熱阻減小，通過土壤層的熱量增多，熱量從土壤層散失得越多。當(dāng)土壤熱導(dǎo)率較小時，管道散失的熱量在不同管徑隨土壤熱導(dǎo)率的降低，其差距逐漸減小，但減小的幅度不大。

3、保溫層厚度

管道散失的熱量隨保溫層厚度的增大而減小，且二者之間近似成反比例關(guān)系。保溫層越厚，其傳熱熱阻越大，通過保溫層的熱量越小，傳遞到土壤的熱量就越少。當(dāng)保溫層厚度較小時，管道散失的熱量在不同管徑隨保溫層厚度的降低，其差距越來越大。

三、城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

1、連接方式及供回水溫度

在對城市供熱管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，一定要考慮到城市供熱管網(wǎng)的了解方式?，F(xiàn)有的城市供熱管網(wǎng)的連接方式有兩種，直接連接和間接連接。這兩種連接方式的使用主要是依據(jù)城市供熱的使用范圍而決定的。直接連接方式主要是在小范圍內(nèi)運(yùn)用于建筑物高度與建筑物體量相差較小的這類供熱工程，在這種情況下使用直接連接方式能夠有效的節(jié)省成本的投入，以及熱交換器、循環(huán)泵、加壓泵、補(bǔ)水泵等相關(guān)初期的投資費(fèi)用以及后期的維護(hù)費(fèi)用。而間接連接方式主要應(yīng)用于大城市的熱力網(wǎng)建設(shè)工程，針對于建筑物的高度與建筑物的體量差別極大的這類情況進(jìn)行管網(wǎng)連接。這樣的設(shè)計可以最大限度的降低整個供熱系統(tǒng)的相關(guān)補(bǔ)水定壓值，能夠?qū)崿F(xiàn)對運(yùn)行中的供熱系統(tǒng)的水力工況的有效控制，能夠有效的避免水力失調(diào)，減少用戶與用戶之間的不良影響，同時還能提高供熱系統(tǒng)的供熱質(zhì)量，保證供熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行，方便對供熱系統(tǒng)進(jìn)行日常管理與維護(hù)。對于管網(wǎng)工程供回水溫度而言，我們當(dāng)然希望供回水溫差越大越好，這樣可以減小管徑，降低投資。

2、供熱管網(wǎng)的敷設(shè)方式

2.1地下敷設(shè)

該種敷設(shè)方式不影響城市交通和市容，是城市供熱管網(wǎng)廣泛采用的敷設(shè)方式。地下敷設(shè)又分為有溝敷設(shè)和直埋敷設(shè)。有溝敷設(shè)是指，供熱管道敷設(shè)在地溝內(nèi)，管道本身不承受外界荷載。地溝分三種：

2.1.1通行地溝：溝內(nèi)除敷設(shè)管道外，還設(shè)有高度不小于1.8米的人行通道，工作人員可以進(jìn)入溝內(nèi)巡視、檢修和更換管道。

2.1.2不通行地溝其尺寸只考慮管道施工操作條件，工作人員不能進(jìn)入。這種地溝橫斷面尺寸小，造價較低，目前廣泛應(yīng)用。

2.1.3半通行地溝介于通行地溝和不通行地溝之間，地溝內(nèi)的人行通道尺寸較小，工作人員只能進(jìn)行巡視及簡單操作，現(xiàn)在逐步被1、3種形式取代。

2.2地上敷設(shè)

也稱架空敷設(shè)，其造價便宜，維修方便，多用于工業(yè)區(qū)、郊區(qū)、地下水位高、永久凍土區(qū)、濕陷性土壤區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造特殊的地區(qū)，以及跨越鐵路、公路、河流等地段。多數(shù)設(shè)專用支架。根據(jù)支架高度不同，分為高支架、中支架、低支架和地面敷設(shè)。高支架的高度在4.5米以上，一般在跨越公路、鐵路等障礙物時采用；中支架高度為3米左右，在一般工業(yè)區(qū)內(nèi)采用；低支架高度為0.5～1米左右，在城郊空曠地區(qū)或工業(yè)區(qū)沿工廠圍墻敷設(shè)時采用；地面敷設(shè)是利用管枕將管道墊起，和地面保持一定的間隙作排水用，只在地面相當(dāng)平整時采用。

2.3熱網(wǎng)管徑的確定

管網(wǎng)設(shè)計時，各管段的直徑是根據(jù)供熱管網(wǎng)各管段的計算流量和比壓降范圍來選定，而流量大小最終由熱負(fù)荷而確定。管徑確定前，需要對各管段的現(xiàn)有熱負(fù)荷進(jìn)行精確計算，對負(fù)荷將來的增容進(jìn)行合理預(yù)測。

2.4熱網(wǎng)主干線的布置

隨著我國城市集中供熱熱源點的減少，供熱半徑相對增大，一般供熱管網(wǎng)是以平均比壓降最小的環(huán)路為主干線，對于熱水供熱管網(wǎng)，由于各用戶系統(tǒng)的阻力損失相差不大，通常是把熱源傳到最遠(yuǎn)的熱用戶的環(huán)路作為供熱管網(wǎng)的主干線。

2.5供熱管道的熱補(bǔ)償

供熱管道非常重要的技術(shù)問題就是熱補(bǔ)償，供熱管道的熱補(bǔ)償量是根據(jù)施工時的管道溫度、供熱時的管道溫度以及管道的長度計算而得出，設(shè)計時要精確計算分段補(bǔ)償。目前較為常用的補(bǔ)償器有套筒補(bǔ)償器、波紋補(bǔ)償器及自然補(bǔ)償器。

結(jié)束語

隨著城市化發(fā)展的腳步向著成熟化發(fā)展，城市供熱成為人們關(guān)注的問題，供熱合理與否直接關(guān)系到居民的生活質(zhì)量，其中合理與否和設(shè)計有著直接的關(guān)系，做好設(shè)計工作，必須要按照一定規(guī)范進(jìn)行設(shè)計工作，設(shè)計要依賴實踐總結(jié)說話，將實踐中存在的不足及時在設(shè)計中進(jìn)行改正，作為設(shè)計者，要順應(yīng)時代的發(fā)展，不斷的革新設(shè)計思想，積極學(xué)習(xí)和借鑒一些好的經(jīng)驗例子，在進(jìn)行綜合的研究思考后，設(shè)計符合本城市發(fā)展現(xiàn)狀的設(shè)計，隨著社會的不斷發(fā)展，熱能消耗會越來越大，無形之中給供熱管網(wǎng)的設(shè)計工作增添了很多難題，因此，作為一名設(shè)計者，要有創(chuàng)新和遠(yuǎn)見，只有不斷的提高設(shè)計技術(shù)，強(qiáng)化改革意識，吸收新的知識與理論實踐，以人為本，才能保證供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]宗延萍.論城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計[J].科技資訊，2008，09：77.

[2]欒景學(xué).新時期下城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計方法[J].科技風(fēng)，2011，02：74.

[3]劉穎.集中供熱管網(wǎng)的設(shè)計及優(yōu)化淺談[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010，08：117.