探討集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

李鵬遠(yuǎn)

摘 要：本文圍繞集中供熱管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)展開系統(tǒng)而深入的探討，以期促進(jìn)其整體設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：集中；供熱管網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；探討

在城市生產(chǎn)生活中，集中供熱系統(tǒng)發(fā)揮著十分重要的作用。隨著人們節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的不斷加深，供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)成了社會(huì)各界普遍關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題。在開展供熱系統(tǒng)優(yōu)化工作的過程中，尤其要做好供熱管網(wǎng)的優(yōu)化工作，這對(duì)于節(jié)約建設(shè)成本、控制熱能損耗、保護(hù)城市環(huán)境而言均具有十分積極的意義。

1 城市集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義

1.1 提高供暖質(zhì)量，便捷服務(wù)居民

城市集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置溫度定時(shí)，不受外界室溫干擾，加熱到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的溫度時(shí)可以自行停止，充分保證居民室內(nèi)良好的恒定溫度。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)作具有間歇性，可以充分實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、降低供暖設(shè)備運(yùn)行噪音，又因?yàn)楣┡氐脑O(shè)備離居民區(qū)較遠(yuǎn)，所以不會(huì)對(duì)居民的日常休息和生活帶來干擾，充分實(shí)行了以人為本的觀念。

1.2 提高環(huán)保行徑

城市供熱管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化后具有集中性，有效地降低了對(duì)環(huán)境的污染和實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約。其中降低環(huán)境污染的具體措施是采用煙囪高低有序的設(shè)計(jì)理念，又因?yàn)榧泄┡瘯r(shí)燃料設(shè)備內(nèi)容量較大，發(fā)電率進(jìn)一步提高，從而充分降低能源的消耗。環(huán)保理念深入人心，因此作為建筑的基礎(chǔ)設(shè)施，施工人員更要將這一理念貫徹落實(shí)到行動(dòng)中，科學(xué)合理分配資源的利用率。

1.3 充分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

目前，城市集中供暖管網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用自動(dòng)化控制，可以降低工人的工作強(qiáng)度，根據(jù)科學(xué)的配置通過感受室外溫度自行調(diào)整室內(nèi)溫度，采用中央加熱設(shè)備提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、減少故障發(fā)生率進(jìn)而提高供暖質(zhì)量。供暖系統(tǒng)集中性是節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的又一重要舉措，也適應(yīng)了城市現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流 [1]。

2 管道保溫的影響要素

對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際熱效應(yīng)將會(huì)受到多重因素影響，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）管道外徑。當(dāng)輸水溫度為定值時(shí)，熱損失、管道外徑之間成正比關(guān)系；

（2）輸水溫度。當(dāng)輸水溫度偏小時(shí)，在各管徑傳輸過程中的熱損失不會(huì)相差太大，當(dāng)輸水溫度偏大時(shí)，在各管徑傳輸過程中的熱損失存在較大差距；

（3）管道熱導(dǎo)率。當(dāng)管徑為定值時(shí)，熱損失、管道熱導(dǎo)率之間成正比關(guān)系；

（4）土壤熱導(dǎo)率。當(dāng)管徑為定值時(shí)，熱損失、土壤熱導(dǎo)率之間成正比關(guān)系；

（5）保溫層厚度。熱損失、保溫層厚度之間成反比關(guān)系[2]。

3 集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1 管徑的優(yōu)化

集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化主要涉及三大部分，一是管徑設(shè)計(jì)，二是管網(wǎng)布局，三是管網(wǎng)運(yùn)行。其中，管徑設(shè)計(jì)（或者稱之為優(yōu)選工作）是集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化的一個(gè)關(guān)鍵所在。一般情況下，工程所涉及的管徑均屬于離散性質(zhì)的，因此，管徑的優(yōu)化工作的實(shí)質(zhì)是如何做好大規(guī)模的組合優(yōu)化問題。當(dāng)管網(wǎng)布局存在差異時(shí)，通常管徑優(yōu)選也將會(huì)呈現(xiàn)出不同的、針對(duì)性的組合。所以，在管徑優(yōu)化環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合工程的具體要求來確定管徑的最大值，即在一個(gè)相對(duì)科學(xué)的范圍內(nèi)來完成管徑的取值和確定工作。對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，每一管段所采用的直徑是基于相應(yīng)的流量及比摩阻大小來最終計(jì)算得出的，而流量則取決于實(shí)際熱負(fù)荷的大小，所以，在確定具體管徑之前，應(yīng)對(duì)各管段將要承擔(dān)的熱負(fù)荷予以合理計(jì)算，與此同時(shí)，還需要對(duì)未來的增容幅度予以科學(xué)預(yù)測(cè)。隨著管徑的不斷減小，輸送阻力將會(huì)隨之增大，相應(yīng)的動(dòng)力消耗及其費(fèi)用也會(huì)隨之增大；隨著管徑的不斷增大，輸送阻力將會(huì)隨著減小，相應(yīng)的動(dòng)力消耗及其費(fèi)用也會(huì)隨之減小，但存在基建投資增大的弊端。所以，在供熱管網(wǎng)布局得以確定條件下，應(yīng)致力于最優(yōu)（或者稱之為最經(jīng)濟(jì)）管徑的計(jì)算和確定，不僅要考慮基建投資，同時(shí)還應(yīng)考慮動(dòng)力消耗及其費(fèi)用，應(yīng)使二者之和為最小狀態(tài)?？偠灾?，對(duì)管徑進(jìn)行優(yōu)化的過程中，一方面要滿足相應(yīng)的技術(shù)條件，另一方面要符合經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的原則。

3.2 管網(wǎng)布局的優(yōu)化

對(duì)供熱系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，供熱管網(wǎng)的投資占比最高，同時(shí)其施工也最為復(fù)雜和繁重。應(yīng)重視并做好供熱管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)形式的選擇，這不僅關(guān)系到供熱的可靠性，而且關(guān)系到系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性，還關(guān)系到運(yùn)行的便利性，另外，還關(guān)系到管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行布局的過程中，不可和城市建設(shè)整體規(guī)劃存在沖突，應(yīng)在后者的指導(dǎo)之下，綜合考慮熱負(fù)荷分布情況、熱源的具體位置、和其他管道或者構(gòu)筑物之間的關(guān)系、水文特點(diǎn)以及地質(zhì)條件等因素。

對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行布局的過程中，應(yīng)切實(shí)執(zhí)行以下幾條基本原則：

（1）經(jīng)濟(jì)合理。主干線應(yīng)盡可能地走直線，不僅如此，還應(yīng)盡可能地走熱負(fù)荷最為集中的區(qū)域；

（2）技術(shù)可靠。在敷設(shè)線路的過程中，應(yīng)選擇那些較為理想的地區(qū)，如起伏不大、土質(zhì)良好、地下水位較低的地區(qū)，同時(shí)應(yīng)盡可能地避開那些不理想的地區(qū)，如起伏較大、土質(zhì)疏松、地下水位相對(duì)偏高的地區(qū)；

（3）管線應(yīng)盡量少穿或者不穿主要交通線。通常情況下，管線應(yīng)和道路中心線保持平行關(guān)系，同時(shí)還應(yīng)盡可能地設(shè)置在車行道之外的區(qū)域。一般情形下，僅在道路的某一側(cè)進(jìn)行管線的鋪設(shè)。應(yīng)盡量避免管道的地上鋪設(shè)，因?yàn)檫@樣做，一方面會(huì)破壞城市環(huán)境的整體美觀，另一方面會(huì)妨礙道路的正常運(yùn)營。在鋪設(shè)供熱管道的過程中，應(yīng)和其他管道或者構(gòu)筑物之間預(yù)留足夠的距離，從而保證后期施工的高效性、運(yùn)行的安全性以及檢修的方便性。

3.3 管網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化

對(duì)國內(nèi)部分城市的集中供熱管網(wǎng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其平時(shí)的運(yùn)行存在諸多問題，尤其是能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，造成其經(jīng)濟(jì)性十分不理想?，F(xiàn)階段，隨著多類型供熱系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，針對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行予以科學(xué)優(yōu)化已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問題。值得一提的是，在熱網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，冷熱不均這一問題廣泛存在，且?guī)砹艘幌盗胁焕挠绊?。熱網(wǎng)中的水力失調(diào)現(xiàn)象是誘發(fā)這一問題的主要因素，所以，對(duì)熱網(wǎng)水力進(jìn)行有效控制，使其趨于平衡便成了當(dāng)務(wù)之急，這將會(huì)對(duì)管網(wǎng)的正常運(yùn)行、高效運(yùn)行產(chǎn)生直接而重要的影響。應(yīng)選擇和安裝相應(yīng)數(shù)量和功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)路水力的有效控制，緩解或者避免失衡現(xiàn)象的發(fā)生。在某些用戶對(duì)自身用熱量予以調(diào)整的過程中，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備將會(huì)發(fā)生十分積極的調(diào)節(jié)作用，另外，在調(diào)節(jié)的過程中，不會(huì)對(duì)相鄰環(huán)路的實(shí)際用熱量造成不利影響，同時(shí)還具有沒有噪聲產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。然而需要注意的是，對(duì)于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)而言，其有概率發(fā)生穩(wěn)態(tài)失調(diào)的現(xiàn)象，因此，應(yīng)對(duì)該問題予以重視，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施?？偠灾?dāng)存在水力失調(diào)問題時(shí)，相關(guān)熱用戶將會(huì)面臨過冷或過熱的問題，應(yīng)引起供熱運(yùn)營企業(yè)的最夠重視，為緩解或解決這一問題，應(yīng)結(jié)合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)等方面的綜合考量，對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行方案予以持續(xù)的、合理的優(yōu)化，從而有效減輕或者避免水力失調(diào)問題所帶來的不利影響，從而保證熱網(wǎng)的工作質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行、可靠運(yùn)行的這一總體目標(biāo)。

4 結(jié)束語

我國城市的人口密度較大，對(duì)供熱管網(wǎng)的工作性能有著更高的要求，所以，在建設(shè)城市集中供熱管網(wǎng)的過程中，要保證其連續(xù)性，還應(yīng)保證其可靠性，這是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜、繁重的工程。對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)予以優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，不僅要考慮其安全性及穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性，并以此為基礎(chǔ)來開展管徑的優(yōu)化工作、管網(wǎng)布局的優(yōu)化工作、管網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化工作等，從而促進(jìn)城市整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)的不斷完善。隨著人們對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)需求的日益增長(zhǎng)，其設(shè)計(jì)技術(shù)和水平得到了不斷提高，供熱管網(wǎng)性能得到了明顯改善，并表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜瑞蓮，姜艷艷.集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略[J].華章，2012 （16）：325.

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