分布式輸配技術(shù)發(fā)展概述

北京交通大學(xué) 楊 松

0 引言

19世紀(jì)初期，歐洲出現(xiàn)了以蒸汽或熱水作為熱媒的集中式供熱系統(tǒng)。1877年，在美國紐約建成了世界上第一個(gè)區(qū)域鍋爐房[1]。20世紀(jì)初，紐約建成了世界上第一個(gè)人工制冷空調(diào)系統(tǒng)。之后，城鎮(zhèn)集中供熱和空調(diào)制熱制冷事業(yè)迅速發(fā)展。我國的供冷供熱事業(yè)在20世紀(jì)80年代初期改革開放以后，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，得到快速興起并發(fā)展，對改善人民群眾的生活質(zhì)量作出了巨大的貢獻(xiàn)。但就其技術(shù)、設(shè)備、管理和服務(wù)質(zhì)量來說，與國外的先進(jìn)水平相比，還存在較大的差距。在這種情況下，眾多專家學(xué)者對集中供冷供熱系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了系統(tǒng)研究。經(jīng)過長期的努力，我國學(xué)者從國情出發(fā)，在冷熱能輸配理論和技術(shù)方面進(jìn)行了深入研究，提出并發(fā)展了分布式變頻輸配技術(shù)，并且運(yùn)用到工程實(shí)踐當(dāng)中，取得了極好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為推動我國集中供熱事業(yè)的發(fā)展作出了卓越貢獻(xiàn)。

分布式變頻輸配的核心思想是在冷熱媒輸配管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上安裝泵，主動從管網(wǎng)抽取冷熱媒，變頻調(diào)節(jié)流量，以多個(gè)小動力源替代集中輸配方式的單個(gè)大動力源，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)節(jié)和節(jié)能運(yùn)行。分布式輸配涵蓋集中供冷供熱所有環(huán)節(jié)的工藝、自控和監(jiān)控，是分布式思想在能源輸配系統(tǒng)的應(yīng)用，是安全、穩(wěn)定、節(jié)能、高效的方案。分布式輸配概念的提出開始于變頻泵技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用——變頻既能大幅度節(jié)約輸配電能，又能靈活地進(jìn)行流量自動調(diào)節(jié)。最初是國外學(xué)者為解決空調(diào)水輸配系統(tǒng)存在的弊端，在系統(tǒng)運(yùn)行效率方面進(jìn)行有效的探索，研究水泵的設(shè)置方式、運(yùn)行調(diào)節(jié)和流量熱量分配調(diào)度對運(yùn)行能耗的影響。從20世紀(jì)50年代中期開始，歐洲國家對多動力源輸配、多環(huán)路分設(shè)水泵均有研究和應(yīng)用。到20世紀(jì)90年代，空調(diào)冷水系統(tǒng)用戶末端采用變頻泵或三速泵代替流量調(diào)節(jié)閥，小型變速水泵得到應(yīng)用，并提出了相應(yīng)的控制策略。在國內(nèi)，江億提出了冷熱聯(lián)供熱網(wǎng)的用戶回水加壓泵方案及用變頻泵和變頻風(fēng)機(jī)代替調(diào)節(jié)閥方案；在用戶回水加壓泵這一新型熱網(wǎng)設(shè)計(jì)方案中,結(jié)合工程應(yīng)用案例，首次給出了零壓差點(diǎn)的調(diào)節(jié)方式[2-3]。分布式輸配的形成和發(fā)展得益于水力、熱力工況計(jì)算方法的研究和計(jì)算機(jī)供熱系統(tǒng)分析軟件的研發(fā)——便于實(shí)現(xiàn)對輸配管網(wǎng)的建模和仿真。20世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，提出了多種計(jì)算分析管網(wǎng)水力工況的方法。從20世紀(jì)70年代開始，先后出現(xiàn)了蘇聯(lián)的COCHA計(jì)算軟件、瑞典的ENOK軟件、芬蘭EKOND能源規(guī)劃系統(tǒng)軟件、芬蘭APROS軟件包、德國的STANET和我國的HACNet軟件等。到21世紀(jì)初，一、二級泵系統(tǒng)進(jìn)入理論化總結(jié)階段，提出了多種形式，側(cè)重于數(shù)值模擬和節(jié)能分析。這類軟件工具的研發(fā)，在分布式輸配的理論研究及在供熱系統(tǒng)的整體規(guī)劃、可靠性、經(jīng)濟(jì)運(yùn)籌、多熱源環(huán)網(wǎng)、動態(tài)預(yù)測、優(yōu)化運(yùn)行、模型模擬等理論的系統(tǒng)化、體系化方面發(fā)揮了重要作用。

1 分布式輸配技術(shù)的發(fā)展

三十多年來，關(guān)注此理論和應(yīng)用的學(xué)者眾多，從空調(diào)系統(tǒng)延伸到集中供熱系統(tǒng)，研究結(jié)果豐富。各高校、設(shè)計(jì)院和研究機(jī)構(gòu)培養(yǎng)了大量研究生和專業(yè)技術(shù)人才。經(jīng)過幾十年的努力，我國學(xué)者在供冷供熱輸配系統(tǒng)理論論證、水力工況和熱力工況的模擬仿真、供冷供熱方式的優(yōu)化規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型及參數(shù)優(yōu)選、輸配系統(tǒng)的可靠性及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、節(jié)能效果、控制策略等方面作了深入研究，成果已在工程中得到了應(yīng)用，大量案例實(shí)施，取得了迅速和長足進(jìn)展。

圖1、2和表1、2顯示了有關(guān)分布式輸配和分布式變頻的文獻(xiàn)搜索結(jié)果。從圖1、2和表1、2可以看出：2000年后研究成果層出不窮，研究機(jī)構(gòu)以清華大學(xué)、西安工程大學(xué)、中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院為代表。與國外側(cè)重空調(diào)水系統(tǒng)不同，國內(nèi)的研究主要在集中供熱領(lǐng)域。清華大學(xué)石兆玉全面、系統(tǒng)地提出和完善了供冷供熱、空調(diào)水系統(tǒng)的分布式輸配系統(tǒng)的原理、設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行方案，攻克了多項(xiàng)核心理論與技術(shù)難點(diǎn)，并通過工程應(yīng)用實(shí)踐，對工藝設(shè)計(jì)、控制策略、運(yùn)行調(diào)節(jié)等技術(shù)細(xì)節(jié)，作了全面、系統(tǒng)的研究和總結(jié)，著書立說、發(fā)表系列研究成果，促進(jìn)了行業(yè)的技術(shù)革新，作出了突出貢獻(xiàn)。

圖1 關(guān)鍵詞“分布式變頻”(共251篇)發(fā)表年度分布(中國知網(wǎng))

圖2 關(guān)鍵詞“分布式輸配”(共168篇)發(fā)表年度分布(中國知網(wǎng))

表1 關(guān)鍵詞“分布式輸配”“分布式變頻”作者分布(維普)

1.1 變頻技術(shù)的研究

表2 關(guān)鍵詞“分布式輸配”“分布式變頻”研究單位分布(維普)

(1)

式中nf、n50分別為變頻、工頻時(shí)的轉(zhuǎn)速，也視為頻率。

式(1)表明，水泵在變頻調(diào)速時(shí)，頻率(轉(zhuǎn)速)愈低，節(jié)能效益愈明顯。

變頻技術(shù)是分布式變頻能夠成功應(yīng)用的前提和推動技術(shù)。石兆玉是最早把變頻技術(shù)引入到供熱系統(tǒng)熱媒輸配和運(yùn)行調(diào)節(jié)的學(xué)者之一。20世紀(jì)90年代，石兆玉指出：在熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方面，集中質(zhì)調(diào)節(jié)不能完全滿足各種運(yùn)行工況的要求，間接連接系統(tǒng)中若二次網(wǎng)采用集中質(zhì)調(diào)節(jié)，則一次網(wǎng)必須進(jìn)行變流量調(diào)節(jié)；在多種熱負(fù)荷、多個(gè)熱源的熱網(wǎng)中，為進(jìn)行系統(tǒng)流量平衡，也必須實(shí)行變流量運(yùn)行；質(zhì)調(diào)節(jié)耗電多，不利于節(jié)能，特別是大的供熱系統(tǒng)，尤為突出；水泵的變頻調(diào)速使得變流量運(yùn)行成為可能。同時(shí)，他研究了變頻調(diào)速方法的優(yōu)勢，并分析了在供熱系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速進(jìn)行變流量調(diào)節(jié)的節(jié)能效益[5]。21世紀(jì)初，石兆玉總結(jié)了變頻調(diào)速技術(shù)在供熱空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水泵熱媒輸配調(diào)節(jié)變流量控制(散熱器供暖系統(tǒng)、空調(diào)供暖供冷系統(tǒng)、地板輻射供暖系統(tǒng))、空調(diào)變頻變風(fēng)量控制、制冷機(jī)的變頻調(diào)速控制和供熱空調(diào)水系統(tǒng)的旁通補(bǔ)水變頻定壓等方面應(yīng)用的典型方法，并分析了節(jié)能效益[6]。在各熱力公司逐步采用分布式變頻輸配技術(shù)實(shí)施多個(gè)案例以后，石兆玉詳細(xì)分析了水泵在變頻減速工況下對電動機(jī)及其自身效率的影響，并著重指出：由于功率下降幅度遠(yuǎn)大于效率降低導(dǎo)致的能耗增加幅度，因此，變頻減速節(jié)能效益明顯。同時(shí)，分析了變頻水泵組合運(yùn)行的合理方案，對分布式變頻工程中變頻調(diào)速的技術(shù)問題作了總結(jié)[4]。

1.2 分布式輸配理論論證和應(yīng)用探索

這一階段的理論研究是利用網(wǎng)絡(luò)圖論，對熱網(wǎng)建立水力工況數(shù)學(xué)模型，抽象成節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)管段，并通過基爾霍夫電流定律(任一節(jié)點(diǎn)電流為零)和電壓定律(任一環(huán)路電壓降為零)，列出網(wǎng)絡(luò)矩陣線性方程，求解網(wǎng)絡(luò)上任一個(gè)節(jié)點(diǎn)和管段的流量和壓降。特勒根定理是指功率守恒，即任一給定網(wǎng)絡(luò)的提供功率等于消耗功率。根據(jù)特勒根定理，并利用最優(yōu)化理論，通過解微分方程，可以得出完成某個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)流量傳輸?shù)淖钚」β?。以下研究基于?shù)學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)編程計(jì)算，在理論上設(shè)計(jì)出流體網(wǎng)絡(luò)分布式輸配方式，證明其可行性，并給出設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法理論結(jié)論。石兆玉所作報(bào)告《流體網(wǎng)絡(luò)分析與綜合》根據(jù)數(shù)學(xué)網(wǎng)絡(luò)圖論理論，建立了水力工況數(shù)學(xué)模型，利用節(jié)點(diǎn)分析法和回路分析法進(jìn)行目標(biāo)綜合，給出了網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)算法，重點(diǎn)研究了供熱輸配管網(wǎng)的建模、理論計(jì)算，為管網(wǎng)輸配研究和分布式輸配奠定了理論基礎(chǔ)[7]?；诖死碚摵退惴?，石兆玉課題組開發(fā)了我國最早的水力計(jì)算與分析工具軟件HFSNET[8]。蔡啟林等人在供熱方式優(yōu)化規(guī)劃、供熱管網(wǎng)平面布置的優(yōu)化規(guī)劃、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)選、供熱系統(tǒng)的可靠性及多熱源并網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面作了深入的研究[9-10]。狄洪發(fā)等人提出了使用分布式變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)替換傳統(tǒng)電動調(diào)節(jié)閥，在初投資不增加的前提下，大大減少了水泵能耗[11]。付林等人提出了冷熱聯(lián)供系統(tǒng)水力工況模擬計(jì)算方法，并針對實(shí)際工程，給出了不同輸配和調(diào)節(jié)方案，指出了回水加壓泵系統(tǒng)的優(yōu)勢[12]。秦緒忠研究了供熱輸配系統(tǒng)的物理模型，以及基于網(wǎng)絡(luò)圖論的數(shù)學(xué)表達(dá)方法，并將分析方法應(yīng)用于分布式變頻系統(tǒng)模擬計(jì)算；定量分析了分布式變頻形式的輸配系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性，得出了該系統(tǒng)形式可大大改善系統(tǒng)穩(wěn)定性和可調(diào)性的結(jié)論[13]。王紅霞確定了最優(yōu)的分布式變頻泵工藝方案，首次給出了分布式輸配系統(tǒng)科學(xué)、合理、可行的設(shè)計(jì)方法。研究中應(yīng)用HFSNET軟件，分別對沿途加壓變頻泵、用戶加壓變頻泵、用戶混水變頻泵等幾種不同的分布式變頻泵進(jìn)行了模擬計(jì)算和可行性分析，通過理論分析和經(jīng)濟(jì)分析，得出了最優(yōu)的供熱輸配系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法——用戶混水變頻泵與沿途加壓變頻泵和主循環(huán)變頻泵相結(jié)合的方法，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，既能滿足各用戶的資用壓頭，又能實(shí)現(xiàn)流量的合理分配，綜合節(jié)能率可達(dá)75%。最優(yōu)輸配方式見圖3[8]。陳亞芹通過研究HACNet軟件算法和應(yīng)用，進(jìn)行了分布式變頻系統(tǒng)水力工況模擬計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了分布式變頻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，定義目標(biāo)函數(shù)并建立熱網(wǎng)模型，研究了支路的選擇、零壓差點(diǎn)位置的變化對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性及泵的選型的影響。模擬分析表明，該種設(shè)計(jì)方法簡單易行，具有廣泛的適用性和實(shí)用價(jià)值[14]。

注：圖中數(shù)字為管段編號。圖3 分布式輸配系統(tǒng)示意圖

分布式輸配相比集中式輸配，節(jié)電原理見式(2)、(3)[15-16]。就任一輸配系統(tǒng)而言，集中式的總功率總是要大于分布式，因?yàn)榧惺捷斉淝岸擞脩舯厝挥卸嘤嗟馁Y用壓頭,而且還不得不安裝調(diào)節(jié)閥門將其消耗掉。

(2)

(3)

式(2)、(3)中Nj、Nf分別為集中式和分布式輸配的水泵總功率；Gz為總流量；G1、G2、…、Gn為各用戶流量；Hmax為最遠(yuǎn)端用戶最大雙程壓降；H1、H2、…、Hn為各用戶所需壓降；η為水泵效率。

因?yàn)椋琀1、H2、…、Hn≤Hmax，所以，Nf

理論基礎(chǔ)建立后，需要探索實(shí)踐應(yīng)用。2000年以后，石兆玉通過多個(gè)具體案例，深入研究和指明了輸配系統(tǒng)分布式設(shè)計(jì)思想和具體方法，以及運(yùn)行調(diào)節(jié)方案，并通過理論和實(shí)際節(jié)能的對比，指出工程設(shè)計(jì)的方向及需注意的問題。石兆玉等人分析了供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法——熱源單泵系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，指出應(yīng)采用分布式變頻泵系統(tǒng)代替。對6種新的設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)的循環(huán)水泵設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比較，并指出新的設(shè)計(jì)方案比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的循環(huán)水泵的裝機(jī)電容量可減小1/3～2/3；詳細(xì)闡述了供熱系統(tǒng)分布式變頻循環(huán)水泵最優(yōu)方案及其確定過程，并對其設(shè)計(jì)、運(yùn)行基本方法進(jìn)行了介紹[17-18]。

1.3 分布式輸配應(yīng)用實(shí)踐和技術(shù)總結(jié)

這一階段主要是分布式輸配技術(shù)工程應(yīng)用的推廣，研究在具體的工程中，供熱系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)，設(shè)備如何選型，系統(tǒng)如何運(yùn)行調(diào)節(jié)，針對安全、穩(wěn)定、節(jié)能、智能運(yùn)行的具體技術(shù)問題，提出解決策略和方法，比如分布式定壓技術(shù)、分布式混水設(shè)計(jì)、分布式水力仿真、分布式控制策略等技術(shù)應(yīng)用。同時(shí)，將分布式輸配技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用到更為復(fù)雜的熱網(wǎng)系統(tǒng)中，比如多熱源環(huán)網(wǎng)、遠(yuǎn)距離長輸管網(wǎng)等。

“十一五”(2006—2010年)期間，分布式輸配技術(shù)開始應(yīng)用于多熱源供熱管網(wǎng)和公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)中，針對實(shí)踐過程中遇到的各種工程技術(shù)問題，更多的專家學(xué)者和系統(tǒng)運(yùn)行人員進(jìn)行了更廣泛的研究。在國家科技支撐課題“供熱系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”中，更是設(shè)立了分布式輸配系統(tǒng)專題，對系統(tǒng)水力熱力工況(失調(diào)和平衡)、定壓、節(jié)能(節(jié)電、節(jié)熱)、運(yùn)行調(diào)節(jié)、可靠性、自動控制及經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。石兆玉把分布式輸配理論應(yīng)用到混水直接連接，進(jìn)一步發(fā)展了分布式輸配的應(yīng)用技術(shù)，混水連接具有明顯的節(jié)電效益和技術(shù)優(yōu)勢。為使設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)合理，對混水連接的管網(wǎng)特性、方案的最優(yōu)組成及節(jié)能(電)計(jì)算進(jìn)行了探討，為分布式變頻混水的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了理論上的系統(tǒng)指導(dǎo)[15]。21世紀(jì)10年代初，石兆玉團(tuán)隊(duì)完成了山東萊州全網(wǎng)分布式輸配變頻混水改造項(xiàng)目，總結(jié)了各地工程案例的運(yùn)行情況和發(fā)現(xiàn)的問題，針對當(dāng)時(shí)分布式循環(huán)供熱系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行中的實(shí)際情況，就循環(huán)流量、變頻調(diào)速、節(jié)能效益、熱負(fù)荷需求適應(yīng)性、連接方式、均壓管設(shè)置及調(diào)節(jié)控制方式，各站自控和全網(wǎng)監(jiān)控，協(xié)調(diào)運(yùn)行、智能供熱等問題，進(jìn)行了分析、探討，給出了問題的原理分析和解決方案，使得這項(xiàng)新技術(shù)的推廣更加完善[19]。李德英等人[20]、孫海霞等人[21]指出分布式變頻供熱系統(tǒng)的應(yīng)用對于解決管網(wǎng)的水力失調(diào)、輸送能耗高等問題有極大的幫助，并通過分析實(shí)際工程的改造效果，提出了分布式變頻泵供熱系統(tǒng)按熱量控制的方法，并選取加壓泵的流量、溫差，主循環(huán)泵的壓差，熱源的總熱量作為控制對象。李鵬等人針對枝狀管網(wǎng),以熱網(wǎng)最小年折算費(fèi)用作為目標(biāo)函數(shù),干管、支管平均經(jīng)濟(jì)比摩阻作為約束,對分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)最佳零壓差點(diǎn)的位置進(jìn)行了模擬求解[22]。Zhang等人對區(qū)域供冷分布式變頻泵系統(tǒng)運(yùn)行能效作了分析，指出該系統(tǒng)適用于末端冷負(fù)荷波動大的用戶。通過以泵代閥，效率明顯提升，系統(tǒng)輸配能耗明顯下降。與集中循環(huán)大泵相比，分布式變頻泵和儲水系統(tǒng)夏天每天節(jié)電57%，全系統(tǒng)節(jié)能10%[23]。

針對中大型供熱系統(tǒng)多熱源、環(huán)狀管網(wǎng)、長輸系統(tǒng)等特點(diǎn)，分布式輸配是否適用等疑問，學(xué)者們均有研究。石兆玉重點(diǎn)闡述了多熱源供熱系統(tǒng)中分布式輸配動力裝置的設(shè)計(jì)方法，介紹了環(huán)狀與枝狀管網(wǎng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，探究了調(diào)峰熱源的設(shè)置方法，最后明確得出結(jié)論：分布式輸配供熱系統(tǒng)完全適用于多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，而且優(yōu)勢更加明顯[24]。王芃等人給出了傳統(tǒng)單熱源枝狀熱網(wǎng)及多熱源熱網(wǎng)、環(huán)狀熱網(wǎng)改造成分布式循環(huán)泵供熱系統(tǒng)后的節(jié)能率計(jì)算式[25]。王瑩等人以某城市的大高差長輸供熱項(xiàng)目為例,對分布式系統(tǒng)與中繼泵站系統(tǒng)在大高差長輸供熱管線的應(yīng)用優(yōu)勢與劣勢進(jìn)行了詳細(xì)的對比[26]。利用電廠余熱，通過大溫差遠(yuǎn)距離長輸供熱是城鎮(zhèn)供熱的發(fā)展趨勢，這是分布式輸配在供熱長輸管線中又一個(gè)重要應(yīng)用。

近年來，分布式輸配理論更豐富、技術(shù)更全面，利用軟件仿真模擬，運(yùn)行調(diào)節(jié)和節(jié)能理論化、模型化，并擴(kuò)展到分布式輸配混水系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性分析和運(yùn)行調(diào)節(jié)方法研究。

1.4 全網(wǎng)分布式輸配的提出和研究

針對分布式輸配的應(yīng)用多數(shù)只在一次網(wǎng)實(shí)施的情況，石兆玉指出，分布式輸配不僅可以在供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)中實(shí)施，也可以在二次網(wǎng)(庭院管網(wǎng))、三次網(wǎng)用戶熱入口(室內(nèi)供熱系統(tǒng))全方位實(shí)施，稱為全網(wǎng)分布式輸配供熱系統(tǒng)。如圖4所示，熱源到熱力站稱為一次網(wǎng)，熱力站到樓棟熱入口稱為二次網(wǎng)，室內(nèi)系統(tǒng)稱為三次網(wǎng)，都設(shè)計(jì)為分布式輸配，每級輸配系統(tǒng)有自己的零壓差點(diǎn)，通過自動控制解決平衡問題，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)高效輸配、最少投資、最優(yōu)化運(yùn)行。

1.循環(huán)泵；2.均壓管；3.鍋爐；4.換熱器；5.散熱器；O1、O2為零壓差點(diǎn)。圖4 全網(wǎng)分布式輸配系統(tǒng)圖

從理論方面，石兆玉等人對分布式所依據(jù)的基本原理特勒根定理及其應(yīng)用作了說明，并系統(tǒng)地提出和介紹了全網(wǎng)分布式輸配供熱系統(tǒng)方案及其優(yōu)越性、必要性及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本形式與循環(huán)水泵的選型等具體技術(shù)問題[27]?；谌W(wǎng)分布式輸配系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和分戶熱計(jì)量的技術(shù)應(yīng)用問題，經(jīng)過多年的研究，石兆玉團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“供暖分戶計(jì)量調(diào)控裝置”。該裝置集平衡調(diào)節(jié)、室溫控制、熱量分?jǐn)偱c計(jì)量收費(fèi)為一體，既滿足了熱量計(jì)量，又能直接調(diào)控用戶室溫，為解決目前供熱計(jì)量技術(shù)中的難題作出了前瞻性探索。石兆玉等人[28]、楊同球等人[29-30]、夏三華等人[31]在廊坊通奧深入研究，創(chuàng)新試點(diǎn)，取得了成功，并集中發(fā)表了多項(xiàng)研究成果，深入闡述了總體方案的構(gòu)建、節(jié)能優(yōu)勢、系統(tǒng)的末端裝置、分戶供暖電器的計(jì)量功能、微型齒輪泵的工藝創(chuàng)新、系統(tǒng)的控制決策，以及技術(shù)創(chuàng)新評價(jià)、社會和經(jīng)濟(jì)效益分析。

2 分布式輸配技術(shù)應(yīng)用推廣和工程案例

分布式輸配供熱系統(tǒng)有源式管網(wǎng)輸配、調(diào)節(jié)水力平衡、消除冷熱不均及節(jié)電節(jié)熱方面的優(yōu)勢被越來越多的業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)識。目前已在相當(dāng)數(shù)量的實(shí)際工程中推廣、應(yīng)用，取得了理想效果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國有將近3億m2供熱面積使用分布式輸配技術(shù)。采用該技術(shù)的供熱系統(tǒng)，最大的供熱規(guī)模已經(jīng)超過上千萬m2供熱面積，最小的為二次庭院管網(wǎng)。分布式間接和分布式混水連接方式都有大型工程案例，比如太原熱力、威海熱電、吉林熱力總公司；二次管網(wǎng)樓棟分布式也獲得了大量應(yīng)用，包括北京熱力、承德熱力都有區(qū)域案例。在推廣過程中，眾多專家學(xué)者、多家專業(yè)公司在分布式輸配推廣上做了大量的工作，取得了不錯(cuò)的成績。

石兆玉團(tuán)隊(duì)作了全國性技術(shù)推廣，主持完成了很多應(yīng)用項(xiàng)目，包括位于山東萊州、河北臨西、山西臨汾等地方的多個(gè)規(guī)模和形式不同的分布式輸配及混水工程案例，不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，而且節(jié)電率最高達(dá)到了69%，節(jié)熱率普遍在10%左右。特別是供熱分戶計(jì)量調(diào)控微型齒輪泵在廊坊生產(chǎn)基地大樓試點(diǎn)成功，第一次把分布式做到了熱用戶入口。

北京某公司2007年在新疆庫爾勒新隆熱力公司完成了全國首個(gè)分布式輸配案例，之后在新疆、東北三省、河北、山西都建設(shè)了許多分布式輸配工程。這些工程項(xiàng)目不但系統(tǒng)運(yùn)行壓力低，而且還改善了水力熱力平衡，節(jié)電節(jié)熱量大，達(dá)到了預(yù)期效果。

2013年7月，呂硯昭團(tuán)隊(duì)編制了國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集13K511《分布式冷熱輸配系統(tǒng)用戶裝置設(shè)計(jì)與安裝》[32]，完善了分布式輸配系統(tǒng)的工作原理，歸納了分布式輸配的主要系統(tǒng)形式及其應(yīng)用條件，確定了分布式輸配系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，提供了分布式輸配系統(tǒng)的自控策略等，建立了國內(nèi)分布式輸配系統(tǒng)的體系，推動了分布式輸配技術(shù)在供冷供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)及二次網(wǎng)中的應(yīng)用與發(fā)展。自2010年以來，呂硯昭團(tuán)隊(duì)先后設(shè)計(jì)了十幾個(gè)分布式輸配供熱供冷項(xiàng)目，建筑面積從5萬m2到85萬m2，系統(tǒng)裝機(jī)節(jié)電率在30%～60%之間，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定高效[33-34]，特別是設(shè)計(jì)的二次網(wǎng)分布式供冷輸配系統(tǒng)，運(yùn)用了合理的大溫差，取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)單位對分布式輸配技術(shù)的應(yīng)用先例。

從分布式輸配工程應(yīng)用綜合來看，技術(shù)問題上，設(shè)計(jì)偏重理論計(jì)算而忽視系統(tǒng)靜態(tài)和運(yùn)行特性；針對不同特性的供熱系統(tǒng)在尋找最佳自控和全網(wǎng)調(diào)度策略上也沒有找到最優(yōu)方法；分布式做到樓棟到戶，且與熱計(jì)量結(jié)合并沒有得到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。就推廣而言，目前速度并不快，究其原因：一方面專業(yè)人員缺乏，推廣力度不夠；另一方面還是做得不夠好，節(jié)能并沒達(dá)到最佳水平?？傊?，理論還需深化，技術(shù)有待提升，與工程結(jié)合還需更緊密。

3 結(jié)語與展望

供冷供熱是民生工程、能源工程、環(huán)保工程，涉及到國計(jì)民生，國家出臺了節(jié)能減排、清潔取暖、治理霧霾等基本政策。隨著分布式輸配技術(shù)的推廣，工程應(yīng)用實(shí)例越來越多。技術(shù)變革帶來諸多優(yōu)勢：實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，能源高效利用，節(jié)能效果顯著，政府、熱力公司和熱用戶多方受益。分布式輸配技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)國家級技術(shù)規(guī)范中被列為重要的節(jié)能技術(shù)，國家政策層面非常重視，并大力扶持。伴隨國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活需求的提高，今后肯定會在更多的供熱企業(yè)和公共建筑供冷供熱系統(tǒng)中應(yīng)用，技術(shù)本身也將得到不斷的發(fā)展、改進(jìn)和完善。我國北方冬季供暖的城鄉(xiāng)建筑面積達(dá)206億m2(城鎮(zhèn)140億m2，每年消耗2億t標(biāo)準(zhǔn)煤)，且以8%～10%的速度增長[35]。供冷供熱行業(yè)的熱媒分布式輸配技術(shù)，至今在全國范圍內(nèi)才推廣約3億m2，推廣供熱面積目前僅占總面積的2%～3%[28]，絕大多數(shù)還只是一次網(wǎng)，應(yīng)用前景十分廣闊。未來輸配方式應(yīng)普及分布式輸配，使供冷供熱系統(tǒng)做到“無人駕駛”、無人化運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)供冷供熱技術(shù)智能化、現(xiàn)代化。