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【摘要】随着集中供热事业的发展，供热管网规模8趋庞大和复杂，系统结构和系枕形式也呈现多样化。传统阀门调节形式由于能耗浪费严重、调节效果差、供热质量不高等种种问题，已落后于实际管网系统发展的需要。变颊技术在输配系统中的应用为系枕运行创造了很大的节能空间，同时还具有精度高、可靠性强、稳定性好等优点。
【关键词】集中供热;分布式系统;变频调速
1.分布式变频调节方案的研究意义
我国目前实行的供热按面积收费体制，违背了市场经济的客观规律，使得供热企业难以生存，无法保证供热的舒适要求，也严重阻碍了供热企业的发展。同时由于用户对供热能耗不关心，这种体制抑制了供热节能的实现。为了改变这种不良现状，我国正在积极摸索研究供热系统计量和收费技术。让用户按需用热，自行调节。
因此，采暖系统的形式势必要发生变化。由过去的定流量质调节变成变流量系统，其水力、热力工况和调节方法都会具有独特的特点。无论是旧系统的改造还是新系统的建造，分布式变频调节方式都可以较好的满足热计量改革对系统的种种要求。所以分布式变频系统的研究对于推动热改的顺利进行具有重要意义。
如上所述，供热系统作为城市的一项基本市政设施，不仅投资惊人，其动力消耗也非常巨大。作为建筑能耗最主要部分的采暖能耗，是浪费最为严重和节能潜力最大的部分。因此，选用和推广最优化的采暖方式、对系统进行有效地管理和调节等寥降低采暖能耗，对实现建筑节能至为关键，对我国整体的高效用能也有重大影响。
2.分布式系统特性的理论分析
分布式系统相对其它运行方式，有着明显的节能、稳定运行的优势，但合理地设计分布式变频系统是实行最佳经济性和可靠运行的保证。分布式变频系统中，当系统工况改变时，采用变频器来调节主循环泵的转速以保持热网干管某一位置供回水压力相等，该位置定义为零压点。在分布式系统的应用中，存在以下几个有待解决的问题：
(1)如何選择零压点的位置，如果选取的零压点靠近热源，可能导致各用户泵过大，降低节能效果。
(2)如何选择设计主循环泵及各用户变频泵的大小和泵型，以及在系统工况变化时，如何进行调节控制。
(3)如何进行技术经济性分析，使得分布式系统的设计能实现初投资和运行的最佳经济性以及系统的可靠稳定性。
在常规运行方案中采用变频调速达不到理想效果的主要原因是要求的泵扬程不是与要求的流量的平方成正比。但管网系统中，主干管的压降是与流量平方成正比的，而用户部分的压降则要求为常数。
3.分布式变频系统的优化设计思想
系统优化设计的目的是使系统的运行达到最佳的经济性、可靠性和稳定性，虽然从理论上分析分布式变频系统相对传统方式具有很大的优越性和良好的节能效果，但仍需要从经济和技术的角度来对分布式系统的设计应用进行细致的分析，使得系统的运行能达到预期的理想效果。
高效节能的分布式系统的设计以合理的管网设计为基础，包括以下几方面内容：零压控制点位置的选择，这决定了系统的初投资和管网运行费用；主循环泵和各用户泵的选择，要能保证在系统动态运行时变频泵的安全和高效；系统的可调节性和稳定性等。基于此，提出分布式系统的优化设计方法，在满足最佳经济性的同时，尽量实现系统运行的稳定、可靠。其方法为：以分布式理论特性理论分析为基本指导原则，以系统平均年计算费用为目标函数，通过HACNet软件模拟分析和总结零压点位置的确定方法和变频泵的优化选型，进而分析各影响因素来明确系统的调节控制方法，以及确定系统的适用范围。
4.分布式系统稳定性分析
对于传统的单热糠枝状网，某一末端用户的水力稳定性定义为当其他用户支路的阀门调整时诙用户的流量保持不变的能力。但随着系统形式的不断发展，这种方法无法对相对复杂的系统进行评价。
4．1水力稳定性的定义
将输配系统中的所有水力参数控制回路分为两个集合：D和F。 D为要分析考察的奉个回路，P是所有其他控制回路的集合。为保持指标的一致性，假设F中所有回路的两个过程为均不控制和全部理想控制，从而定义某一情况下回路D对F中所有回路的水力稳定性为:
KS(D,f)=-
其意义为：在某一工况下，若F中的回路全为开环，调整回路D的调节量MD使该回路被调量CD的变化为△CDF；相应地，F中各回路的被调量也发生变化，此时假定回路D开环，式中的回路全部采用理想闭环控制，则各回路通过调整其调节量来恢复各回路的被调量，这一调整同时将导致CDR．发生变化，变化量即为AC＇DF。二者的比值就是该工况下回路D对F的水力稳定度。
4．2分布式变频系统的水力稳定性
由于某些用户支路的启停，导致系统干管流量发生变化时，其它用户支路的流量变化很小。假设取零压控制点在热网系统最近和最远用户之间干管压降为一半的位置。则当干管流量变化时，用户压差的变化比传境方式降低一半，即使用户支路不作任何调节，其流量变化也极其有限。
以一个六个用户的简单热源枝状网为例，定量分析比较传统系统形式下和分布式变频泵系境的水力稳定性特性，并分析了分布式系统的泵型选择对水力稳定性的影响，进一步指导系统的优化设计。
如下图所示，为一个简单常规方式的异程供热系统，共有叶由阀门控制用户流量的流量控制回路，在图上按顺序排列为1至6，热源水泵调节控制流量为第7回路。
5.分布式系统的特点总结
综上所述，与传统阀门调节系统形式相比，分布式变频系统具有如下特点：
(1)由于分布式变频系统减少了阀门能耗浪费，使得系统动力功耗大大降低，尤其在部分流量下，节能优势显著。经过合理分析和设计，可以达到系统只有理想能耗的状态。所谓理想能耗是指系统采用理想控制时的能耗，反映了输配系统本身的属性。
(2)采用零压点压差控制主循环泵转速的方法，可有效改善系统的水力稳定性。根据零压点位置选在系统负荷集中处的原则，当干管流量变化时，各用户的压差变化比仅在热源处设有循环泵的传统方式大大降低，因此即使用户不作调整，干管流量的变化对用户支路的流量变化影响也不大。
(3)主循环泵仅克服零压点位置前的干管压降，这不仅可以准确确定主循环泵扬程大小，而且可以保证主循环泵的工作点效率在转速变化时保持不变，通过合理分析和适当选择，可一直在效率最高点工作。
(4)分布式变频系统干管压降变化范围减小，有利于避免水泵的气蚀现象。且管道和管件的压力降低，可延长管网使用寿命并降低管网投资。
6.总结
随着变频技术的发展，变频器在供热系统中的应用逐渐推广和普及，提出了采用变频泵代替末端阀门进行调节的分布式变频泵系统。这种新的系统形式为节约供热系统的输配能耗带来了新的途径，同时能改善系统的稳定性和可调性，但对于这种新系统的特性研究还只局限于针对一般问题的讨论，没有形成相应系统理论，无法指导实际的工程应用。基于这样现状和问题，本文分析了分布式系统设计中需要解决的几个问题，并且提出了分布式变频系统的优化设计方法。
【参考文献】
［１］徐忠堂，发展中的中国城市集中供热，城市发展研究，2004.
［２］胡建平，供热循环乘变频节能的经济分析.节能，1998.
［3］石兆玉，供热系统运行调节与控制，清华大学出版社.1998.
【关键词】集中供热;分布式系统;变频调速
1.分布式变频调节方案的研究意义
我国目前实行的供热按面积收费体制，违背了市场经济的客观规律，使得供热企业难以生存，无法保证供热的舒适要求，也严重阻碍了供热企业的发展。同时由于用户对供热能耗不关心，这种体制抑制了供热节能的实现。为了改变这种不良现状，我国正在积极摸索研究供热系统计量和收费技术。让用户按需用热，自行调节。
因此，采暖系统的形式势必要发生变化。由过去的定流量质调节变成变流量系统，其水力、热力工况和调节方法都会具有独特的特点。无论是旧系统的改造还是新系统的建造，分布式变频调节方式都可以较好的满足热计量改革对系统的种种要求。所以分布式变频系统的研究对于推动热改的顺利进行具有重要意义。
如上所述，供热系统作为城市的一项基本市政设施，不仅投资惊人，其动力消耗也非常巨大。作为建筑能耗最主要部分的采暖能耗，是浪费最为严重和节能潜力最大的部分。因此，选用和推广最优化的采暖方式、对系统进行有效地管理和调节等寥降低采暖能耗，对实现建筑节能至为关键，对我国整体的高效用能也有重大影响。
2.分布式系统特性的理论分析
分布式系统相对其它运行方式，有着明显的节能、稳定运行的优势，但合理地设计分布式变频系统是实行最佳经济性和可靠运行的保证。分布式变频系统中，当系统工况改变时，采用变频器来调节主循环泵的转速以保持热网干管某一位置供回水压力相等，该位置定义为零压点。在分布式系统的应用中，存在以下几个有待解决的问题：
(1)如何選择零压点的位置，如果选取的零压点靠近热源，可能导致各用户泵过大，降低节能效果。
(2)如何选择设计主循环泵及各用户变频泵的大小和泵型，以及在系统工况变化时，如何进行调节控制。
(3)如何进行技术经济性分析，使得分布式系统的设计能实现初投资和运行的最佳经济性以及系统的可靠稳定性。
在常规运行方案中采用变频调速达不到理想效果的主要原因是要求的泵扬程不是与要求的流量的平方成正比。但管网系统中，主干管的压降是与流量平方成正比的，而用户部分的压降则要求为常数。
3.分布式变频系统的优化设计思想
系统优化设计的目的是使系统的运行达到最佳的经济性、可靠性和稳定性，虽然从理论上分析分布式变频系统相对传统方式具有很大的优越性和良好的节能效果，但仍需要从经济和技术的角度来对分布式系统的设计应用进行细致的分析，使得系统的运行能达到预期的理想效果。
高效节能的分布式系统的设计以合理的管网设计为基础，包括以下几方面内容：零压控制点位置的选择，这决定了系统的初投资和管网运行费用；主循环泵和各用户泵的选择，要能保证在系统动态运行时变频泵的安全和高效；系统的可调节性和稳定性等。基于此，提出分布式系统的优化设计方法，在满足最佳经济性的同时，尽量实现系统运行的稳定、可靠。其方法为：以分布式理论特性理论分析为基本指导原则，以系统平均年计算费用为目标函数，通过HACNet软件模拟分析和总结零压点位置的确定方法和变频泵的优化选型，进而分析各影响因素来明确系统的调节控制方法，以及确定系统的适用范围。
4.分布式系统稳定性分析
对于传统的单热糠枝状网，某一末端用户的水力稳定性定义为当其他用户支路的阀门调整时诙用户的流量保持不变的能力。但随着系统形式的不断发展，这种方法无法对相对复杂的系统进行评价。
4．1水力稳定性的定义
将输配系统中的所有水力参数控制回路分为两个集合：D和F。 D为要分析考察的奉个回路，P是所有其他控制回路的集合。为保持指标的一致性，假设F中所有回路的两个过程为均不控制和全部理想控制，从而定义某一情况下回路D对F中所有回路的水力稳定性为:
KS(D,f)=-
其意义为：在某一工况下，若F中的回路全为开环，调整回路D的调节量MD使该回路被调量CD的变化为△CDF；相应地，F中各回路的被调量也发生变化，此时假定回路D开环，式中的回路全部采用理想闭环控制，则各回路通过调整其调节量来恢复各回路的被调量，这一调整同时将导致CDR．发生变化，变化量即为AC＇DF。二者的比值就是该工况下回路D对F的水力稳定度。
4．2分布式变频系统的水力稳定性
由于某些用户支路的启停，导致系统干管流量发生变化时，其它用户支路的流量变化很小。假设取零压控制点在热网系统最近和最远用户之间干管压降为一半的位置。则当干管流量变化时，用户压差的变化比传境方式降低一半，即使用户支路不作任何调节，其流量变化也极其有限。
以一个六个用户的简单热源枝状网为例，定量分析比较传统系统形式下和分布式变频泵系境的水力稳定性特性，并分析了分布式系统的泵型选择对水力稳定性的影响，进一步指导系统的优化设计。
如下图所示，为一个简单常规方式的异程供热系统，共有叶由阀门控制用户流量的流量控制回路，在图上按顺序排列为1至6，热源水泵调节控制流量为第7回路。
5.分布式系统的特点总结
综上所述，与传统阀门调节系统形式相比，分布式变频系统具有如下特点：
(1)由于分布式变频系统减少了阀门能耗浪费，使得系统动力功耗大大降低，尤其在部分流量下，节能优势显著。经过合理分析和设计，可以达到系统只有理想能耗的状态。所谓理想能耗是指系统采用理想控制时的能耗，反映了输配系统本身的属性。
(2)采用零压点压差控制主循环泵转速的方法，可有效改善系统的水力稳定性。根据零压点位置选在系统负荷集中处的原则，当干管流量变化时，各用户的压差变化比仅在热源处设有循环泵的传统方式大大降低，因此即使用户不作调整，干管流量的变化对用户支路的流量变化影响也不大。
(3)主循环泵仅克服零压点位置前的干管压降，这不仅可以准确确定主循环泵扬程大小，而且可以保证主循环泵的工作点效率在转速变化时保持不变，通过合理分析和适当选择，可一直在效率最高点工作。
(4)分布式变频系统干管压降变化范围减小，有利于避免水泵的气蚀现象。且管道和管件的压力降低，可延长管网使用寿命并降低管网投资。
6.总结
随着变频技术的发展，变频器在供热系统中的应用逐渐推广和普及，提出了采用变频泵代替末端阀门进行调节的分布式变频泵系统。这种新的系统形式为节约供热系统的输配能耗带来了新的途径，同时能改善系统的稳定性和可调性，但对于这种新系统的特性研究还只局限于针对一般问题的讨论，没有形成相应系统理论，无法指导实际的工程应用。基于这样现状和问题，本文分析了分布式系统设计中需要解决的几个问题，并且提出了分布式变频系统的优化设计方法。
【参考文献】
［１］徐忠堂，发展中的中国城市集中供热，城市发展研究，2004.
［２］胡建平，供热循环乘变频节能的经济分析.节能，1998.
［3］石兆玉，供热系统运行调节与控制，清华大学出版社.1998.