基于泵閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的供暖系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行

摘要： 針對(duì)居民樓供暖系統(tǒng)，目前的研究未實(shí)現(xiàn)時(shí)空精細(xì)劃分控制，供暖質(zhì)量差、能耗大.為滿(mǎn)足人們供暖熱舒適性需求和節(jié)能減排的目標(biāo)，通過(guò)理論分析和優(yōu)化調(diào)節(jié)，對(duì)居民樓供暖進(jìn)行分時(shí)分區(qū)控制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化供暖.首先，根據(jù)不同時(shí)段樓棟各功能區(qū)域供暖要求，計(jì)算確定居民樓分區(qū)分時(shí)最佳供暖量；其次，根據(jù)供暖系統(tǒng)傳熱特性、管路及閥門(mén)阻力特性和離心泵性能，在滿(mǎn)足精準(zhǔn)供暖要求的前提下，建立系統(tǒng)熱平衡方程和變閥、變頻、變頻與變閥結(jié)合的系統(tǒng)水力平衡方程組，求解系統(tǒng)各出戶(hù)閥門(mén)阻力和最優(yōu)水泵變頻轉(zhuǎn)速.對(duì)鄭州市某居民樓進(jìn)行了供暖優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算，分析比較了原設(shè)計(jì)供暖模式、變閥、變頻、變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)4種供暖模式的能耗，結(jié)果表明，相對(duì)于原設(shè)計(jì)運(yùn)行方案，變閥優(yōu)化運(yùn)行、變頻優(yōu)化運(yùn)行和變頻與變閥結(jié)合優(yōu)化運(yùn)行的能耗分別節(jié)省12%，18%和37%；供暖量分別節(jié)省4%，20%和20%；總運(yùn)行費(fèi)用分別節(jié)省12%，18%和35%.

關(guān)鍵詞： 居民樓供暖系統(tǒng)；分時(shí)分區(qū)；供暖量；變頻與變閥；節(jié)能；熱流量

中圖分類(lèi)號(hào)： TU833.1;S277.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674-8530（2025）01-0060-06

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.23.0238

李晨，仇寶云，嚴(yán)天序，等. 基于泵閥聯(lián)合調(diào)節(jié)的供暖系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行［J］.排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2025，43（1）：60-65，73.

LI Chen， QIU Baoyun， YAN Tianxu， et al. Optimized energy-saving operation of heating systems based on combined regulation of pumps and valves［J］.Journal of drainage and irrigation machinery engineering（JDIME），2025，43（1）：60-65，73.（in Chinese）

Optimized energy-saving operation of heating systems based

on combined regulation of pumps and valves

LI Chen1， QIU Baoyun2*， YAN Tianxu3， WANG Huijie1， ZHAO Fangling1， QI Guipeng1

（1. College of Water Hydraulic Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225009， China; 2. College of Electrical， Energy and Power Engineering， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225127， China; 3. National Research Center of Pumps， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， China）

Abstract： Current research on the heating systems of residential buildings has yet to achieve precise spatiotemporal control， leading to suboptimal heating quality and elevated energy consumption. To address the dual objectives of satisfying occupants′ thermal comfort requirements and achieving energy conservation and emission reduction targets， residential building heating systems were managed through time- and zone-specific control， facilitated by theoretical analysis and optimized regulation， thereby achieving precise heating management. Firstly， according to the heating requirements of each area at different times， it was essential to calculate and determine the heating capacity for each functional area of the residential buildings across various time periods. Secondly， in the heating system， according to the heat conduction characteristics， the resistance characteristics of pipelines and valves， and centrifugal pump performance， a comprehensive approach was adopted to ensure that precise heating requirements were met. This involved formulating a system thermal balance equation and a system hydraulic balance equation. These equations integrated the use of variable valves， frequency converters， and adjustable valves to determine the resistance at each outlet valve and to optimize the variable frequency speed of the water pump within the system. The optimization operation calculation of heating for a residential building in Zhengzhou City was carried out. The energy consumption of the original design hea-ting mode， variable valve， variable frequency， variable valve and variable frequency regulation was analyzed and compared. The study involved a comparative evaluation of these modes. The results indicate that compared to the original design operation scheme， through optimized operation of variable valve， variable frequency， and the combination of variable frequency and variable valve， the operating energy consumption is saved by 12%， 18% and 37%， respectively. The heating capacity is saved by 4%， 20% and 20%， respectively. Total operating cost is saved by 12%， 18% ad 35%， respectively.

Key words： residential building heating system;time and spatial division;heating measurement;variable valve and variable frequency;energy conservation;heat flow

隨著居民生活水平不斷提高，北方城鎮(zhèn)集中供暖面積逐年增長(zhǎng).2001至2020年，北方城鎮(zhèn)建筑供暖面積從50億m2增長(zhǎng)到156億m2，供暖能耗不斷增加，且大多數(shù)建筑仍采用傳統(tǒng)的連續(xù)無(wú)差異化集中供暖方式，造成能耗浪費(fèi).在人們對(duì)供暖舒適性要求越來(lái)越高和能源緊缺大環(huán)境下，對(duì)大型供暖建筑進(jìn)行分時(shí)分區(qū)熱負(fù)荷需求分析和優(yōu)化供暖方式研究，以降低能耗，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義.

集中供暖系統(tǒng)中，水泵運(yùn)行能耗約占供暖總能耗的40%左右，運(yùn)行期間采用變流量調(diào)節(jié)，系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)勢(shì)顯著.分區(qū)系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)的偏好，調(diào)整設(shè)備的工作制度，以滿(mǎn)足每個(gè)區(qū)域的熱需求，監(jiān)測(cè)氣溫，確保每個(gè)區(qū)域的熱舒適性［1］.針對(duì)同時(shí)考慮供暖時(shí)間、空間和溫度差異性的分時(shí)分區(qū)供暖，多集中于辦公、校園多供暖建筑群中，如劉國(guó)強(qiáng)［2］以寒冷地區(qū)某高校集中供暖系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出供暖系統(tǒng)多級(jí)調(diào)節(jié)與節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行方法，能夠顯著降低能耗.HERNNDEZ等［3］通過(guò)模擬證明熱分區(qū)控制有助于熱能更有效地適應(yīng)每個(gè)區(qū)域.現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)分時(shí)分區(qū)供暖進(jìn)行了深入研究，初步探討了綜合考慮加熱時(shí)間、空間、溫差的供暖方式，但劃分不明確，對(duì)大型供暖建筑精細(xì)分時(shí)分區(qū)供暖方式研究不足.為此，文中綜合居民室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域、功能差異性需求劃分，形成分時(shí)分區(qū)供暖模式，研究居民樓供暖系統(tǒng)變閥、變頻、變閥變頻結(jié)合3種優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)方式的求解、實(shí)現(xiàn)與節(jié)能效果，既保證人體精準(zhǔn)熱舒適性，又降低建筑供暖能耗.

1 居民樓供暖系統(tǒng)及傳統(tǒng)運(yùn)行方式

1.1 供暖系統(tǒng)

如圖1所示，居民樓供暖系統(tǒng)由換熱機(jī)組（從熱源獲取熱量）、熱媒輸送管道、循環(huán)水泵以及其他散熱設(shè)備組成［4］，圖1中紅線(xiàn)為供水立管，綠線(xiàn)為回水立管，平衡閥安裝在供暖支路的回水管道上.

系統(tǒng)熱源為市政管網(wǎng)供給的熱水.居民樓供暖系統(tǒng)的回水經(jīng)過(guò)循環(huán)水泵，通過(guò)換熱機(jī)組被熱源加熱，吸收熱量后，成為高溫?zé)崴?；?jīng)供水母管、供水立管送往室內(nèi)；通過(guò)末端系統(tǒng)的散熱設(shè)備與室內(nèi)冷空氣進(jìn)行熱交換，室內(nèi)溫度增高，高溫?zé)崴尫艧崃孔優(yōu)榈蜏責(zé)崴?；?jīng)回水母管、回水立管回到換熱站再次進(jìn)行換熱.

1.2 供暖系統(tǒng)傳統(tǒng)運(yùn)行方式

傳統(tǒng)供暖方式室內(nèi)外溫度按設(shè)計(jì)定值計(jì)算，根據(jù)實(shí)用供暖空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版設(shè)定.某時(shí)刻供暖系統(tǒng)需要最小供暖總流量Qt用式（1）計(jì)算.

Qt=∑mi=1AiKi（tn-tw）c（tg-tn），（1）

式中：i代表m種類(lèi)型房間；Qt為某時(shí)刻供暖系統(tǒng)總流量，m3/h；Ai為i型房間傳熱面積，m2；Ki為i型房間傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；tn，tw分別為室內(nèi)、室外設(shè)計(jì)溫度，℃；c為水比熱容，J/（kg·℃），通常取4 200 J/（kg·℃）；tg，th分別為系統(tǒng)供水、回水溫度，℃.

供暖系統(tǒng)阻力損失是各管段沿程損失與所有局部損失之和，通過(guò)式（2）計(jì)算.

Hw=∑hf+∑hj=∑λilidiu2i2g+∑ξju2j2g，（2）

式中：Hw為水頭損失，m；hf為沿程水頭損失，m；hj為局部阻力損失，m；λi為第i段沿程阻力損失系數(shù)；li為第i段管長(zhǎng)，m；di為第i段管道內(nèi)徑，m；ui為第i段管道斷面平均速度，m/s；ξj為第j段局部損失系數(shù)；uj為第j段管道斷面平均速度，m/s；g為重力加速度，取9.8 m/s2.

針對(duì)設(shè)計(jì)工況的最不利環(huán)路，通過(guò)式（1）和（2）計(jì)算出室內(nèi)外傳統(tǒng)供暖設(shè)計(jì)溫度下最不利環(huán)路的供暖流量和揚(yáng)程，根據(jù)供暖流量和揚(yáng)程進(jìn)行供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備選型.

2 優(yōu)化供暖

2.1 居民樓分時(shí)分區(qū)溫度控制要求

較早出現(xiàn)的房間人員固定作息模型是目前建筑能耗模擬軟件設(shè)置人員影響的常用方法，描述了建筑中人員在各房間的分布和人員狀況隨時(shí)間的變化.24 h供暖溫度見(jiàn)表1，其中傳統(tǒng)供暖方式溫度劃分比較單一.表中分時(shí)分區(qū)供暖溫度分類(lèi)考慮到了建筑中人員在不同時(shí)刻、不同功能區(qū)的溫度需求不同，且北方地區(qū)24 h室外溫差差異大，因此，進(jìn)一步精細(xì)化劃分不同時(shí)刻、不同功能區(qū)溫度，并將24 h劃分為4個(gè)溫度時(shí)間段.

分時(shí)分區(qū)控制系統(tǒng)可依據(jù)建筑物熱需求量和熱需求時(shí)間的差異，進(jìn)行分區(qū)域、分時(shí)間控制［5-6］.根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)供暖量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，減少熱能浪費(fèi)，提高供暖質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)按需供暖［7］. j時(shí)刻供暖系統(tǒng)需要最小供暖總流量Qtj用式（3）計(jì)算.

Qtj=∑mi=1AiKi（tnjtwj）c（tg-th）， j=1，2，3，…，（3）

式中： j代表第j個(gè)時(shí)間段；Qtj為j時(shí)段一戶(hù)供暖系統(tǒng)需要流量，m3/h；tnj為j時(shí)刻室內(nèi)設(shè)計(jì)逐時(shí)溫度，℃；twj為j時(shí)刻不同寒冷程度下室外實(shí)際逐時(shí)溫度，℃.

2.2 優(yōu)化調(diào)節(jié)方式

分時(shí)分區(qū)供暖系統(tǒng)中，恰好滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)室內(nèi)各房間或功能區(qū)溫度要求的供暖流量需求的條件下，供暖流量最小，熱量損耗和系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用都最?。?］.分時(shí)分區(qū)供暖系統(tǒng)室內(nèi)外溫度在不同時(shí)間段均是變化的，見(jiàn)表1，相對(duì)于傳統(tǒng)供暖，供暖熱負(fù)荷降低，流量減小，因此，需要對(duì)供暖系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié).在滿(mǎn)足精準(zhǔn)供暖要求的前提下，建立系統(tǒng)熱平衡方程［9-10］和變閥、變頻、變頻與變閥結(jié)合水力平衡方程組（4），求解系統(tǒng)最佳供暖方案.方程（4）中第1行方程為變速后的泵流量-揚(yáng)程性能曲線(xiàn)，第2—n-1行為從第1—n-1層分別到第n層的供暖主干管道水力平衡方程，第n行為供暖立管管道流量平衡方程.

H=rδ2n+bδnQt+aQ2t，

H=SgQ2t+S0-1Q2i+S1Q21+S1fQ21+S1-0Q2t+ShQ2t，

…

H=SgQ2t+S0-1Q2t+S1-2（Qt-Q1）2+…+

S（n-1）-n（Qt-Q1-…-Qn-1）2+SnQ2n+SnfQ2n+

Sn-（n-1）（Qt-Q1-…-Qn-1）2+…+

S2-1（Qt-Q1）2+S1-0Q2t+ShQ2t，

Qt=Q1+…+Qi+…+Qn，

（4）

式中：H為供暖系統(tǒng)循環(huán)水泵揚(yáng)程，m；S1f，S2f，…，Sif，…，Sn分別為1—n層樓中每層樓平衡閥的阻力系數(shù)（Sif＞0），s2/m5；δn為水泵變速比（0＜δn＜1），是現(xiàn)轉(zhuǎn)速與原轉(zhuǎn)速比值；Q1，Q2，…，Qi，…，Qn為1—n層樓中每層樓供暖水流量，kg/s；Sg（h）為換熱站到1層樓的供（回）管道水力損失系數(shù)，s2/m5；Si-g為i樓層到g樓層之間的管道阻力系數(shù)；a，b，r為常數(shù).

下文對(duì)傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)分別進(jìn)行變閥、變頻、變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)優(yōu)化運(yùn)行方式［11-12］進(jìn)行研究.

2.2.1 實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變閥調(diào)節(jié)

實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變閥調(diào)節(jié)，是通過(guò)調(diào)節(jié)各房間供暖出水管上調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)供暖流量，恰好滿(mǎn)足各層用戶(hù)實(shí)時(shí)供暖熱流量要求，降低能耗.已知系統(tǒng)各時(shí)段精準(zhǔn)實(shí)時(shí)供暖各支路恰好滿(mǎn)足供暖要求的流量和各管段阻力系數(shù)，列各支路水力平衡方程、泵流量-揚(yáng)程方程組（4），已知變閥調(diào)節(jié)時(shí)變速比δn=1，將其余已知條件代入方程組（4），求解各支路的閥門(mén)阻力系數(shù).

2.2.2 實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變頻調(diào)節(jié)

實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變頻調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵葉輪轉(zhuǎn)速，以改變泵的特性，減少整個(gè)供暖系統(tǒng)的供暖流量，降低能耗［13］.在恰好滿(mǎn)足實(shí)際工況最不利供暖點(diǎn)流量的條件下，傳統(tǒng)供暖方式時(shí)，閥門(mén)阻力系數(shù)為定值，并使最不利供暖樓層流量恰好滿(mǎn)足精準(zhǔn)實(shí)時(shí)供暖要求，則各管段和閥門(mén)阻力系數(shù)為已知，將已知條件代入方程組（4），求解泵揚(yáng)程、變頻比、除最不利回路以外的各支路流量和總流量.

2.2.3 實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)

實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度Fik的同時(shí)變頻調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使各層用戶(hù)都恰好滿(mǎn)足供暖熱流量要求，并保持最不利環(huán)路閥門(mén)全開(kāi)［14］.已知精準(zhǔn)供暖的各支路流量、總流量和各管段阻力系數(shù)，將已知條件代入方程組（4），求解泵揚(yáng)程、變速比、除最不利支路以外的各支路閥門(mén)阻力系數(shù).

2.3 系統(tǒng)能耗計(jì)算

系統(tǒng)能耗用式（5）計(jì)算.

Nem=ρgQtH1 000ηpηbηd，（5）

式中：Nem為系統(tǒng)能耗功率，kW；ρ為水密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；ηp為水泵效率；ηb為變頻器效率；ηd為電動(dòng)機(jī)效率.

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

所選建筑為鄭州市某小區(qū)居民樓，由換熱站集中供暖.該建筑是11層樓的居民樓，層高2.8 m.建筑總高為36.1 m，總建筑面積為7 530.15 m2，供暖面積為6 775.74 m2.照明開(kāi)關(guān)時(shí)間、房間人員逐時(shí)在室率、設(shè)備逐時(shí)使用率按《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189—2019）設(shè)定.供水溫度tg為45 ℃，回水溫度th為35 ℃，其他相關(guān)計(jì)算參數(shù)：各保溫部位的傳熱系數(shù)K［W/（m2·℃）］為屋頂0.30、外墻0.51、門(mén)窗3.29、不采暖樓梯間門(mén)戶(hù)1.70、不采暖樓梯間隔墻0.65、地下室頂板0.76.以該棟居民樓供暖為例，進(jìn)行分時(shí)分區(qū)溫度控制，供暖系統(tǒng)變閥結(jié)合離心泵變頻調(diào)節(jié)以達(dá)到供暖舒適性和節(jié)能的目的.

供暖系統(tǒng)如圖1所示.針對(duì)微寒某一天6：00—12：00時(shí)段，計(jì)算對(duì)比傳統(tǒng)供暖和優(yōu)化供暖方式的能耗.

3.2 傳統(tǒng)供暖方式

傳統(tǒng)供暖方式條件下，室內(nèi)外計(jì)算溫度見(jiàn)表1，m=4（4種類(lèi)型房間）.將已知條件代入公式（1）得到公式（6），對(duì)供暖系統(tǒng)最不利環(huán)路進(jìn)行負(fù)荷和流量計(jì)算，計(jì)算出微寒某一天6：00—12：00系統(tǒng)運(yùn)行總流量Qt為36.04 m3/h.選擇BR0.3-1.0-16.15-E板型換熱器；CR45-1型循環(huán)水泵，水泵的揚(yáng)程流量方程為H=-0.004Q2t-0.02Qt+26.5，效率曲線(xiàn)方程為η=-0.08Q2t+4.92Qt+6.10，系統(tǒng)設(shè)2臺(tái)水泵，一用一備.

3.3 優(yōu)化供暖方式

分時(shí)分區(qū)供暖優(yōu)化工況條件下，室內(nèi)外計(jì)算溫度見(jiàn)表1，m=4，j=2（第2個(gè)時(shí)間段），將已知條件代入公式（3），得到公式（7），對(duì)供暖系統(tǒng)最不利環(huán)路進(jìn)行負(fù)荷和流量計(jì)算，可計(jì)算出微寒某一天6：00—12：00時(shí)段系統(tǒng)運(yùn)行總流量Qt為29.07 m3/h.分時(shí)分區(qū)供暖系統(tǒng)的流量減小，供暖系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)優(yōu)化，在滿(mǎn)足供暖需求前提下節(jié)約能耗.

Qt=∑4i=1AiKi（tn-tw）c（tg-th），（6）

Qt2=∑4i=1AiKi（tn2-tw2）c（tg-th）.（7）

3.3.1 實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變閥調(diào)節(jié)優(yōu)化

分時(shí)分區(qū)供暖優(yōu)化工況下，滿(mǎn)足每層各房間當(dāng)時(shí)段供暖要求，將各支路流量Qi和各管段阻力系數(shù)s等已知條件代入方程組（4）得出方程組（8）.將δn=1代入方程組（8），則方程組（8）共有13個(gè)方程，13個(gè)未知量，利用Matlab工具解方程組，求出微寒某一天6：00—12：00時(shí)段系統(tǒng)總流量Qt和揚(yáng)程H見(jiàn)表2（表中W為能耗），各供暖支路閥門(mén)阻力系數(shù)Sif和閥門(mén)開(kāi)度Fik見(jiàn)表3，由式（5）計(jì)算出系統(tǒng)能耗為6.83 kW·h.

3.3.2 實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變頻調(diào)節(jié)優(yōu)化

系統(tǒng)選用LS-2200-3G型號(hào)變頻器，輸出電流為5.0 A，適用于額定功率為2.2 kW的電動(dòng)機(jī).分時(shí)分區(qū)供暖工況條件下，將最不利供暖點(diǎn)流量Q11、各管段阻力系數(shù)s和各供暖支路閥門(mén)阻力系數(shù)Sif等已知條件代入方程組（4）得出方程組（8），方程組（8）共有13個(gè)方程，13個(gè)未知量，利用Matlab解方程組，求出微寒某一天6：00—12：00時(shí)段系統(tǒng)總揚(yáng)程H、變速比δn、總流量Qt見(jiàn)表2，各支路流量Q1-10見(jiàn)表3，由式（5）計(jì)算出系統(tǒng)能耗為7.31 kW·h.

H=26.5δ2n-0.02δnQt-0.004Q2t，

H=SgQ2t+S0-1Q2t+S1Q21+S1fQ21+S1-0Q2t+ShQ2t，

…

H=SgQ2t+S0-1Q2t+S1-2（Qt-Q1）2+…+

S10-11（Qt-Q1-…-Q10）2+S11Q211+ S11fQ211+

S11-10（Qt-Q1-…-Q10）2+…+

S2-1（Qt-Q1）2+S1-0Q2t+ShQ2t，

Qt=Q1+…+Q6+…+Q11.

（8）

3.3.3 實(shí)時(shí)精準(zhǔn)變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)優(yōu)化

滿(mǎn)足每層用戶(hù)供暖要求，保持最不利環(huán)路閥門(mén)全開(kāi)，將各支路需要冷卻量Qi、最不利環(huán)路閥門(mén)阻力系數(shù)S11f、各管段阻力系數(shù)s等已知條件代入方程組（4）得出方程組（8），方程組（8）共有13個(gè)方程，13個(gè)未知量，利用Matlab解方程組，求出微寒某一天6：00—12：00時(shí)段系統(tǒng)總揚(yáng)程H、總流量Qt、變速比δn見(jiàn)表2，各支路閥門(mén)阻力系數(shù)S1f-10f和對(duì)應(yīng)閥門(mén)開(kāi)度Fik見(jiàn)表3.由式（5）計(jì)算出系統(tǒng)能耗為5.20 kW·h.

4 優(yōu)化結(jié)果分析

4.1 不同供暖方式系統(tǒng)各樓層閥門(mén)壓損、流量

分時(shí)分區(qū)精準(zhǔn)優(yōu)化系統(tǒng)中，系統(tǒng)供暖熱流量減小，不同供暖系統(tǒng)各樓層流量分配、閥門(mén)變化開(kāi)度見(jiàn)表3.由表可知，傳統(tǒng)閥平衡供暖方式流量大、能耗大；變閥優(yōu)化供暖方式中控制每層供暖流量，1—11層樓供暖系統(tǒng)回水管閥門(mén)開(kāi)度Fik過(guò)小，壓損大、能耗大；變頻與變閥結(jié)合優(yōu)化供暖方式中控制每層供暖流量，閥門(mén)開(kāi)度Fik自低層向高層依次增大，最不利環(huán)路閥門(mén)全開(kāi)，閥門(mén)阻力小，整個(gè)供暖系統(tǒng)壓損小，總供暖流量小，能耗小.因此，變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)方式更適合該系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能.

4.2 供暖量

分時(shí)分區(qū)精準(zhǔn)供暖，系統(tǒng)供暖量減小，泵系統(tǒng)運(yùn)行能耗和市政熱量費(fèi)用均降低.供暖系統(tǒng)供暖流量見(jiàn)表4（Jen為節(jié)能率）.如表可知，變閥和變頻與變閥結(jié)合優(yōu)化供暖的供暖量可節(jié)約20%，滿(mǎn)足用戶(hù)需求，節(jié)約供暖能耗.

4.3 不同供暖方式系統(tǒng)總能耗比較

居民樓供暖系統(tǒng)幾種供暖方式的能耗見(jiàn)表4.由表可知，變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)方式能耗最低，比傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)節(jié)能37%.在系統(tǒng)分時(shí)分區(qū)控制基礎(chǔ)上，選擇變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)改變水泵的全揚(yáng)程來(lái)適應(yīng)用戶(hù)對(duì)流量的需求，符合居民樓供暖系統(tǒng)節(jié)能減排的原則.

4.4 泵運(yùn)行效率比較

分時(shí)分區(qū)精準(zhǔn)優(yōu)化系統(tǒng)中，通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)不同時(shí)段最小需要供暖流量，合理確定系統(tǒng)水泵揚(yáng)程范圍.由表2可知，傳統(tǒng)供暖條件下，水泵運(yùn)行流量為36.04 m3/h，效率為77.25%；供暖系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分時(shí)分區(qū)逐時(shí)控溫，變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)優(yōu)化，水泵的運(yùn)行流量為28.97～33.16 m3/h，效率為80%左右，均在高效區(qū)運(yùn)行，則泵機(jī)組選擇合理.

4.5 不同供暖方式總費(fèi)用計(jì)算比較

LS-2200-3G型號(hào)變頻器每臺(tái)800元，使用壽命在10 a以上，平均到每年的成本是80元.居民樓供暖費(fèi)用由泵系統(tǒng)運(yùn)行能耗費(fèi)用和市政熱量費(fèi)用兩部分組成.泵系統(tǒng)運(yùn)行能耗費(fèi)用：按當(dāng)?shù)胤骞绕骄娰M(fèi)為0.50元/（kW·h）折算；市政熱量費(fèi)用：按計(jì)量熱價(jià)位0.32元/kW折算，總費(fèi)用見(jiàn)表5，表中Fb為泵系統(tǒng)能耗費(fèi)用，F(xiàn)s為市政熱量費(fèi)用，F(xiàn)y為年變頻器費(fèi)用，F(xiàn)g為供暖總費(fèi)用，Jco為費(fèi)用節(jié)約率.

5 結(jié) 論

針對(duì)居民樓供暖系統(tǒng)以及主要耗能設(shè)備水泵機(jī)組，以鄭州某居民樓供暖為例，通過(guò)優(yōu)化供暖系統(tǒng)分時(shí)分區(qū)溫度控制運(yùn)行方式，采用變閥、變頻、變頻與變閥結(jié)合3種調(diào)節(jié)方式，達(dá)到居民樓精準(zhǔn)供暖、節(jié)省系統(tǒng)能耗和熱流量的目的.研究得到如下結(jié)論：

1） 在運(yùn)行能耗方面，與傳統(tǒng)供暖相比，變頻調(diào)節(jié)優(yōu)化節(jié)能12%，變閥調(diào)節(jié)優(yōu)化節(jié)能18%，變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)優(yōu)化節(jié)能37%.

2） 在供暖量方面，與傳統(tǒng)供暖相比，變頻調(diào)節(jié)優(yōu)化節(jié)能4%，變閥調(diào)節(jié)優(yōu)化節(jié)能20%，變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)優(yōu)化節(jié)能20%.

3） 一個(gè)供暖季的供暖總費(fèi)用分別為12 108.95，11 343.90，8 945.81元；與傳統(tǒng)供暖相比，分別節(jié)約12%，18%，35%.考慮設(shè)備成本和運(yùn)行總費(fèi)用，變頻與變閥結(jié)合調(diào)節(jié)優(yōu)化運(yùn)行方案為最優(yōu)方案.

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（責(zé)任編輯 張文濤）

收稿日期： 2023-11-21； 修回日期： 2024-03-05； 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間： 2025-01-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址： https：//link.cnki.net/urlid/32.1814.TH.20250106.1345.016

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52179091）;江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性項(xiàng)目（BY2012165）；蘇州市水利水務(wù)科技項(xiàng)目（2020002）

第一作者簡(jiǎn)介： 李晨（1996—），女，河南新鄉(xiāng)人，博士研究生（2097827751@qq.com），主要從事水泵系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能研究.

通信作者簡(jiǎn)介： 仇寶云（1962—），男，江蘇揚(yáng)州人，教授，博士生導(dǎo)師（byqiu@yzu.edu.cn），主要從事水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行節(jié)能研究.