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摘要:本文介绍了分布式变频泵系统的原理,并以某市为例与常用的循环泵设置方案从节能、技术和经济方面进行了对比，显示了分布式变频泵系统在城市供热系统的优势。
关键字：分布式变频泵系统 城市集中供热 实例
中图分类号：TU995文献标识码： A 文章编号：
1、分布式变频泵系统与传统循环泵系统的原理
分布式变频泵系统由清华大学石兆玉教授等在2004年全国供热技术研讨会上提出，此系统在山西、河北部分地区已成功应用。
传统循环泵系统为仅采用一次网总循环泵的系统，由于近端热力站的资用压头过大，需要通过阀门节流，总循环水泵所提供的能量很多被浪费掉。如果在管网选择合适位置，并在该位置后部各个末端热用户的回水管上增设二级水泵（增压泵）用于系统末端用户的供热需求，即可使一级循环水泵的扬程降低一半左右；减少了阀门的截流损失，热网用于输配所消耗的能量大大减少。
其原理图如图：（图1）（图2）
图1为采用传统循环泵的水压图，虚线上部为阀门消耗的剩余压头
图2为采用分布式变频泵系统的水压图
2、分布式变频泵系统的优点
采用分布式变频泵系统相较于采用传统循环泵系统有如下优点：
2.1 适应管网热负荷的变化能力强
分布式变频泵的方案，由于热力站回水加压泵功率小、扬程低，移动能力强，适应管网热负荷变化的能力也强。
2.2 降低管网管道公称压力，大幅度减少管网管道投资；
采用一般的阀门调节的方法时，主循环泵须满足系统最不利用户资用压头的要求，采用分布式变频泵系统时，主循环泵只需提供系统循环的部分动力，其余动力由各热力站的回水加压泵提供，这使得主循环泵的扬程降低，管网总供水压力降低，由于降低了管道公称压力，使得管道投资下降。
2.3 增加管网输送效率，降低管网输送能耗。
采用一般阀门调节的方法时，为了满足系统最末端用户的资用压头要求，近端用户不得不用阀门将大量的剩余压头消耗掉，节流损失很大，输送效率低下。
采用分布式变频泵系统时，热力站采用回水加压变频泵进行调节，这种系统的综合动力输送效率较高，根据已经实施的项目测算，节能率区间在20%至50%之间。
3、分布式变频泵在西北某市的应用方案及与传统循环泵系统的技术经济对比
在作者亲自完成的国内某市城市热电联产供热管网的技术方案中采用了分布式变频泵系统，建设方经过到山西等地考察后赞成在本工程项目中使用此项技术。
3.1、供热系统概况：
1）热源 该市热源采用大型热电厂供热为主，以小型热电厂和区域锅炉房调峰供热为辅的多热源联合集中供热系统。
2）敷设管网总长度2×92.2km，最大管径DN1200，最小管径DN200；
3）新建调峰热源厂1座，安装2台70MW高温燃煤热水锅炉；
4）新建热力站156座。
5）建设项目总投资为72955.0万元，项目实施后，集中供热面积将达到2570平方米。
6）最大热负荷与最小热负荷之比为1:0.38，
7）本项目定压值为45.8mH2O,一级热水管网最不利环路供回水的阻力损失为1088kPa（108.8 mH2O），热电厂供热首站的站內部阻力损失为0.15MPa（15 mH2O）；最末端热力站的站内阻力损失为0.10MPa（10 mH2O）。
3.2、分布式变频泵系统与传统方案的水压图对比
1)（传统方案1）：仅在主热源处设置循环水泵，克服一级供热管网的阻力损失及供热首站和热力站的内部阻力损失。其水压图如下图所示：
根据水压图，热电厂内循环水泵的扬程须达到133.8米mH2O,才能满足系统运行要求，而供水的最大压力达到了179.6米mH2O,因此供热管网及热力站设备的压力等级须选择2.5Mpa，而压力等级选择2.5Mpa比通常选取的1.6Mpa在投资上将增加50%以上，对本项目规模的供热管网及热力站设备其投资需增加上亿元
2)（传统方案2）：为了将供热系统的压力等级将低到1.6Mpa，根据项目所在地的地形图及热负荷分布，在离主热源7.5Km的回水管网上增加一座中继加压泵站，供热管网的最大压力为148.6米mH2O,其水压图如下图所示：
此时主循环泵和中继加压泵的设备选型为：
注：须设置1座中继加压泵站，其土建面积约为1000平方米
3)（分布式变频泵方案）：热源泵和用户泵分别单独设置，热源泵和用户泵各承担部分热网阻力损失，可降低供热系统的运行压力，提高供热系统的安全性，同时相对于上述1)和2)方案，也将减少部分节流损失，达到节能的目的。
若热网泵功能全由用户泵承担，根据1)方案的水压图，供热系统中末端部分热力站的总压力也将超过1.6Mpa，因此本项目采用主循环泵与用户泵均承担热网阻力损失的方案。根据水力计算，取管网中阻力损失中值为压力交汇点，压力交汇点前的管网阻力损失由热源厂内的主循环泵承担，压力交汇点后的管网阻力损失由热力站内的用户泵承担，可最大降低供热管网系统的运行压力，其水压图如下图所示：
由上水压图可以看出，供热管网的的最大运行压力可降为115.2米mH2O,在供回水管网压力交汇点以后，热力站的压力损失和管网的压力损失均由热力站内的变频泵提供，而无节流损失；而在主热源与供回水压力交汇点之间，由于供、回水压差的降低，节流损失减小；因此本方案减少了热力站的阀门节流损失，提高了管网的输送效率。
此时主循环泵的设备选型为：
1 主循环泵 Q=3837m3/h，H=73mH2O，N=1000kW 台 5 变频控制
根据压力校核，本方案在供回水压力交汇点后热力站内需增加分布式变频泵，取代热力站内的电动调节阀和平衡阀，热力站内的变频循环泵选择2台，一用一备，变频器选择一台，采用“一拖二”技术控制。
从以上本项目水压图对比，可明显显示出分布式变频泵方案的优越性
3.3、分布式变频泵系统需增加的分布式循环水泵设备一览表
1）各规模热力站需增加的分布式变频泵设备;
a)10万m2热力站
b)15万m2热力站主要设备一览表
c)20万m2热力站主要设备一览表(安装一台10万m2，预留一台10万m2供热机组)
d)25万m2热力站主要设备一览表(安装一台15万m2、预留一台10万m2的供热机组)
e)30万m2热力站主要设备一览表(安装一台20万m2，预留一台10m2的供热机组)
f)30万m2热力站主要设备一览表(安装一台15万m2，预留一台15m2的供热机组)
3.4、分布式变频泵系统和传统设置中级泵站的循环泵系统的循环泵电机装机功率比较及节能分析
根据上述的设备参数，扣除备用泵的装机功率,传统设置中继泵站的循环水泵系统的循环泵有效总装机功率为：10130KW;分布式变频泵系统的循环泵总装机功率为：9216.2KW;分布式变频泵系统方案比传统设置中继泵站的循环水泵系统方案（传统方案2）降低了913.8KW，降低了9%。因此从节能上考虑，分布式变频泵系统优于传统方案
3.5、传统方案和分布式变频泵系统方案的投资（设备均按同等级设备厂家报价测算）
1)传统方案的设备选型及估算投资
传统方案除设主循环泵和中继加压泵外，热力站内须设置电动调节阀和平衡阀。
a)此时主循环泵和中继加压泵的设备选型为：
b)传统方案热力站需加装的电动调节阀
其设备总投资约为：1264.92万元（未计平衡阀费用）
2）分布式变频泵系统设主循环泵；热力站内一级供热管网设变频循环泵，取代传统方案中热力站内的电动调节阀和平衡阀；其余设备与传统方案同，其设备表为：
根据上述设备投资比较，在不考虑传统方案2中的中继加压泵站土建、征地等费用和平衡阀费用的情况下，分布式变频泵方案与传统方案的投资相比降低了73.15万元，因此从经济角度考虑，分布式变频泵方案优于传统方案。
4、 结论
综上以上技术、经济比较，分布式变频泵系统降低了系统的阀门节流损失，降低了供热系统的运行压力，投资低，并提高了系统运行的安全性。根据水压图分析，管网系统规模越大，节能效果越明显。因此在大规模城市集中供热系统中，分布式变频泵系统优于传统的循环泵设置方案，应大力推广，并总结管理和运行经验。
分布式变频泵系统的不足点是本系统在国内应用地区还不多，而且需要较高的自动控制水平，根据已经实施地区的经验，在实施时由专业的自控厂家全程参与设计、安装和调试并负责培训供热公司员工。
由于本项目可行性研究报告已由主管部门组织专家审查并批复，但项目还未实施，本文仅从方案的选择和对比上进行探讨，有不足之处，还请指正。
参考文献：
【1】石兆玉、李德英、王红霞供热系统循环水泵传统设计思想亟待更新《2004年全国供热技术研讨会论文集》.
【2】石兆玉“供热系统分布式变频循环水泵的设计”《暖通空调标准与质检》2006年3期
【3】秦冰等 分布式变频泵系统实例浅析（一） 《区域供热》2006年5期
作者:
潘军华 性别：男；出生年月：1980.6；技术职称：工程师，注册公用设备工程师（动力）；
关键字：分布式变频泵系统 城市集中供热 实例
中图分类号：TU995文献标识码： A 文章编号：
1、分布式变频泵系统与传统循环泵系统的原理
分布式变频泵系统由清华大学石兆玉教授等在2004年全国供热技术研讨会上提出，此系统在山西、河北部分地区已成功应用。
传统循环泵系统为仅采用一次网总循环泵的系统，由于近端热力站的资用压头过大，需要通过阀门节流，总循环水泵所提供的能量很多被浪费掉。如果在管网选择合适位置，并在该位置后部各个末端热用户的回水管上增设二级水泵（增压泵）用于系统末端用户的供热需求，即可使一级循环水泵的扬程降低一半左右；减少了阀门的截流损失，热网用于输配所消耗的能量大大减少。
其原理图如图：（图1）（图2）
图1为采用传统循环泵的水压图，虚线上部为阀门消耗的剩余压头
图2为采用分布式变频泵系统的水压图
2、分布式变频泵系统的优点
采用分布式变频泵系统相较于采用传统循环泵系统有如下优点：
2.1 适应管网热负荷的变化能力强
分布式变频泵的方案，由于热力站回水加压泵功率小、扬程低，移动能力强，适应管网热负荷变化的能力也强。
2.2 降低管网管道公称压力，大幅度减少管网管道投资；
采用一般的阀门调节的方法时，主循环泵须满足系统最不利用户资用压头的要求，采用分布式变频泵系统时，主循环泵只需提供系统循环的部分动力，其余动力由各热力站的回水加压泵提供，这使得主循环泵的扬程降低，管网总供水压力降低，由于降低了管道公称压力，使得管道投资下降。
2.3 增加管网输送效率，降低管网输送能耗。
采用一般阀门调节的方法时，为了满足系统最末端用户的资用压头要求，近端用户不得不用阀门将大量的剩余压头消耗掉，节流损失很大，输送效率低下。
采用分布式变频泵系统时，热力站采用回水加压变频泵进行调节，这种系统的综合动力输送效率较高，根据已经实施的项目测算，节能率区间在20%至50%之间。
3、分布式变频泵在西北某市的应用方案及与传统循环泵系统的技术经济对比
在作者亲自完成的国内某市城市热电联产供热管网的技术方案中采用了分布式变频泵系统，建设方经过到山西等地考察后赞成在本工程项目中使用此项技术。
3.1、供热系统概况：
1）热源 该市热源采用大型热电厂供热为主，以小型热电厂和区域锅炉房调峰供热为辅的多热源联合集中供热系统。
2）敷设管网总长度2×92.2km，最大管径DN1200，最小管径DN200；
3）新建调峰热源厂1座，安装2台70MW高温燃煤热水锅炉；
4）新建热力站156座。
5）建设项目总投资为72955.0万元，项目实施后，集中供热面积将达到2570平方米。
6）最大热负荷与最小热负荷之比为1:0.38，
7）本项目定压值为45.8mH2O,一级热水管网最不利环路供回水的阻力损失为1088kPa（108.8 mH2O），热电厂供热首站的站內部阻力损失为0.15MPa（15 mH2O）；最末端热力站的站内阻力损失为0.10MPa（10 mH2O）。
3.2、分布式变频泵系统与传统方案的水压图对比
1)（传统方案1）：仅在主热源处设置循环水泵，克服一级供热管网的阻力损失及供热首站和热力站的内部阻力损失。其水压图如下图所示：
根据水压图，热电厂内循环水泵的扬程须达到133.8米mH2O,才能满足系统运行要求，而供水的最大压力达到了179.6米mH2O,因此供热管网及热力站设备的压力等级须选择2.5Mpa，而压力等级选择2.5Mpa比通常选取的1.6Mpa在投资上将增加50%以上，对本项目规模的供热管网及热力站设备其投资需增加上亿元
2)（传统方案2）：为了将供热系统的压力等级将低到1.6Mpa，根据项目所在地的地形图及热负荷分布，在离主热源7.5Km的回水管网上增加一座中继加压泵站，供热管网的最大压力为148.6米mH2O,其水压图如下图所示：
此时主循环泵和中继加压泵的设备选型为：
注：须设置1座中继加压泵站，其土建面积约为1000平方米
3)（分布式变频泵方案）：热源泵和用户泵分别单独设置，热源泵和用户泵各承担部分热网阻力损失，可降低供热系统的运行压力，提高供热系统的安全性，同时相对于上述1)和2)方案，也将减少部分节流损失，达到节能的目的。
若热网泵功能全由用户泵承担，根据1)方案的水压图，供热系统中末端部分热力站的总压力也将超过1.6Mpa，因此本项目采用主循环泵与用户泵均承担热网阻力损失的方案。根据水力计算，取管网中阻力损失中值为压力交汇点，压力交汇点前的管网阻力损失由热源厂内的主循环泵承担，压力交汇点后的管网阻力损失由热力站内的用户泵承担，可最大降低供热管网系统的运行压力，其水压图如下图所示：
由上水压图可以看出，供热管网的的最大运行压力可降为115.2米mH2O,在供回水管网压力交汇点以后，热力站的压力损失和管网的压力损失均由热力站内的变频泵提供，而无节流损失；而在主热源与供回水压力交汇点之间，由于供、回水压差的降低，节流损失减小；因此本方案减少了热力站的阀门节流损失，提高了管网的输送效率。
此时主循环泵的设备选型为：
1 主循环泵 Q=3837m3/h，H=73mH2O，N=1000kW 台 5 变频控制
根据压力校核，本方案在供回水压力交汇点后热力站内需增加分布式变频泵，取代热力站内的电动调节阀和平衡阀，热力站内的变频循环泵选择2台，一用一备，变频器选择一台，采用“一拖二”技术控制。
从以上本项目水压图对比，可明显显示出分布式变频泵方案的优越性
3.3、分布式变频泵系统需增加的分布式循环水泵设备一览表
1）各规模热力站需增加的分布式变频泵设备;
a)10万m2热力站
b)15万m2热力站主要设备一览表
c)20万m2热力站主要设备一览表(安装一台10万m2，预留一台10万m2供热机组)
d)25万m2热力站主要设备一览表(安装一台15万m2、预留一台10万m2的供热机组)
e)30万m2热力站主要设备一览表(安装一台20万m2，预留一台10m2的供热机组)
f)30万m2热力站主要设备一览表(安装一台15万m2，预留一台15m2的供热机组)
3.4、分布式变频泵系统和传统设置中级泵站的循环泵系统的循环泵电机装机功率比较及节能分析
根据上述的设备参数，扣除备用泵的装机功率,传统设置中继泵站的循环水泵系统的循环泵有效总装机功率为：10130KW;分布式变频泵系统的循环泵总装机功率为：9216.2KW;分布式变频泵系统方案比传统设置中继泵站的循环水泵系统方案（传统方案2）降低了913.8KW，降低了9%。因此从节能上考虑，分布式变频泵系统优于传统方案
3.5、传统方案和分布式变频泵系统方案的投资（设备均按同等级设备厂家报价测算）
1)传统方案的设备选型及估算投资
传统方案除设主循环泵和中继加压泵外，热力站内须设置电动调节阀和平衡阀。
a)此时主循环泵和中继加压泵的设备选型为：
b)传统方案热力站需加装的电动调节阀
其设备总投资约为：1264.92万元（未计平衡阀费用）
2）分布式变频泵系统设主循环泵；热力站内一级供热管网设变频循环泵，取代传统方案中热力站内的电动调节阀和平衡阀；其余设备与传统方案同，其设备表为：
根据上述设备投资比较，在不考虑传统方案2中的中继加压泵站土建、征地等费用和平衡阀费用的情况下，分布式变频泵方案与传统方案的投资相比降低了73.15万元，因此从经济角度考虑，分布式变频泵方案优于传统方案。
4、 结论
综上以上技术、经济比较，分布式变频泵系统降低了系统的阀门节流损失，降低了供热系统的运行压力，投资低，并提高了系统运行的安全性。根据水压图分析，管网系统规模越大，节能效果越明显。因此在大规模城市集中供热系统中，分布式变频泵系统优于传统的循环泵设置方案，应大力推广，并总结管理和运行经验。
分布式变频泵系统的不足点是本系统在国内应用地区还不多，而且需要较高的自动控制水平，根据已经实施地区的经验，在实施时由专业的自控厂家全程参与设计、安装和调试并负责培训供热公司员工。
由于本项目可行性研究报告已由主管部门组织专家审查并批复，但项目还未实施，本文仅从方案的选择和对比上进行探讨，有不足之处，还请指正。
参考文献：
【1】石兆玉、李德英、王红霞供热系统循环水泵传统设计思想亟待更新《2004年全国供热技术研讨会论文集》.
【2】石兆玉“供热系统分布式变频循环水泵的设计”《暖通空调标准与质检》2006年3期
【3】秦冰等 分布式变频泵系统实例浅析（一） 《区域供热》2006年5期
作者:
潘军华 性别：男；出生年月：1980.6；技术职称：工程师，注册公用设备工程师（动力）；