供热从业人员技能提升培训讲义

城镇供热系统量化管理运行调控实用技术李德英

教授

博导北京建筑大学/中国建筑节能协会2019.7.14供热行业从业人员专业技能提升培训班2019-7-161主要内容我国供热现状及发展供热管网水力平衡调控技术供热系统能效提升调控策略长输管线新应用技术2019-7-1621

现代供热技术发展供热系统能效提升、管网优化调控（大温差长输管线）、用户侧需求多样性。互联网+、大数据、云计算技术的应用，使得供热行业量化管理水平提升。智能供热信息获取、数据分析、辨识诊断、智能决策、优化控制，为供热/冷系统精细化管理提供技术支持。清洁取暖，煤改气、煤改电去煤化势态迅猛。一、我国供热现状及发展2019-7-1632

集中供热系统存在问题1）

热力失调：近热远冷，效果差（过度供热）。2）

系统水力失调（流量分配极端不合理），普遍存在大流量小温差现象。3）

设备匹配问题：设计负荷大，效率低，浪费严重（实际设备配置大一倍）。4）系统运行调控策略不清，把温度当热量。（Q=cG(tg-th)

MW）5）

系统不计能耗（单位面积耗热耗电）能效（热效率和输送效率）。6）从业人员专业化程度极低（<5%）。2019-7-1643

供热系统能耗（热电水）指标1.

供热能耗：0.2-0.4（0.5）GJ/m2.a（供暖约150天）。2.

输送能耗：0.5-1(实际3-5kWh)/m2

.a。3.

补水量：5-10（实际20-50）kg/m2

.a.4.

流量：一网0.7-1;二网2-3（实际2/5）kg/m2 .h。5.

温差：一网40-60℃;二网15-20℃(实际20/10℃)。6.

循环水泵与系统匹配:电机功率1-2(5~8)kW/万平米。7.

输送效率：耗电输热比（0.0121~0.0212）。8.

水泵运行效率:60-80%（实际30-50%）。系统水力失调，用户流量分配不合理，过度供热能量损失20%以上；电能浪费50%以上！2019-7-1654

供热系统运行维护技术规程2019-7-1661

《供热系统节能改造技术规范》，编号GB/T50893-2013，2014年3月1日实施。2

《城镇供热系统运行维护技术规程》为行业标准，编号为CJJ88-2014，2014年10月1日起实施。3《供热计量系统运行技术规程》中华人民共和国行业标准编号为CJJ/T223-2014，2015年3月1日起实施。4《供暖与空调系统节能调试方法》国家产品标准GBxx-2017。二、供热管网水力平衡调控技术流量调节依据（水力）：系统流量合理分配、设备合理匹配，循环水泵加装变频调速控制装置，随热负荷的变化调节流量。热量调节依据（热力）：将供热负荷调节方式由传统的质调节改变为随气候变化和用户需求的热量调节法，实行总量控制、量化管理。2019-7-1671

输配系统改造措施平衡调节(安装调节阀)，解决一二次管网水力失调问题，使系统流量合理分配。所有末端用户流量分配合理就可以大温差运行。选择更换合适的循环水泵与管网系统匹配(1kW/万平米)。变流量运行（总量变频控制技术）。对一次管网进行分布式变频系统改造（多泵系统技术难度大）。使输送能耗降到0.5-1kWh/m2

.a。2019-7-1682

管网平衡调节二次管网调节措施(热力调节法)各用户入口安装调节阀，温度计和压力表等。采用等温降调节法：在热力稳定状态下各用户温差和总供回水温差的偏差<2℃。调节顺序有近到远，先大后小（用户）。反复多次，直到满足上述条件。特别注意自立式调节阀的使用条件。2019-7-1693

选择匹配循环水泵0流量（m3/h）扬程（mH

2O）0.20.100.60.50.40.3ηBηΑAEba0OC100 0.990 0.880 0.77060504030F2010G50 100 150 D200 250 300 350 400B单台水泵运行工作点分析2019-7-16104

水泵电功率法效率实测20300流量（m3/h）扬程（mH

2O）0.20.100.30.40.50.60.70.8100

0.99080706050ηBηΑABba0OC40F10G50 100 150 D200 250 300 350 4002019-7-16112019-7-16125

变循环水泵并联运行工作点分析0102030405060700100200400500600300流量（m3/h）扬程（mH

2O）00.10.20.30.40.50.70.60.8效率η额定转速下2台水泵并联特性曲线一拖二情况下水泵并联特性曲线水泵等效率曲线水泵等效率曲线额定转速下单台水泵特性曲线一拖二情况下变速泵特性曲线管网特性曲线水泵等效率曲线水泵在额定转速下效率曲线ηΑηcηBABCacbdG1G26

循环水泵轴功率与效率计算水泵的流量、扬程、轴功率和效率满足：P

=

αHG

/(

η泵

)P

=2.73HG/η,其中H为扬程,m；G为流量,m3/h；η为泵的效率；P为轴功率,

kW。泵的轴功率P

=ρgGH/1000η（kW)效率为：（g=9.81，ρ为密度）

0.00273P

1000

3600

PG

H

9.81

1000 G

H

泵

2019-7-16137

循环水泵效率测试测试流量G、扬程H和轴功率（利用电功率）P.

0.00273P

1000

3600

PG

H

9.81

1000G

H

泵

水泵扬程测压差条件：等高、等速、等流态。2019-7-16148

水泵变流量运行功耗分析如水泵的流量变为70%，则扬程为49%；(H∝G2)电功率为34.8%。(

P∝G3)mn

nGm

m

m

H P

P

3G1

H

212019-7-1615a)

伯努利（1726年）能量方程：v2

v2

P1

Z1

g

1

P2

Z2

g

2

P1

22 2静压力+水位高度压力+动压力（Pa）1PPv2 v2

g2g

gZ1

1

2 Z2

2 2g

H1

2压力能水头+位置高度+动能水头（mH2O）b）水压图的基本概念2019-7-16179

分布式变频系统调控措施分布式变频系统就是在热源设置一次主循环泵克服热源阻力；在各个换热站内设置二次泵，克服换热站内一次侧阻力和本站与热源之间阻力之和。所有循环水泵加装变频调速控制装置，使热源随热负荷的变化，利用自动化控制技术将调节方式由质调节变为动态变流量调节，最大限度的减少能耗，降低供热成本。二次泵的作用：供水加压，回水降压（支路）2019-7-1618191）传统设计方法及其能耗分析30t/h1130t/h80mH2O循环

水泵014131230t/h30t/h1230t/h317161530t/h30t/h45628293030t/h201918830t/h30t/h7930t/h103020100405070608090mH2O100405010mH2O用户真正需要的能量21

22

23

24

25

26

272019-7供-16

热系统水压图及压力工况分析02019-7-16 22）分布变流量输配系统（供水加泵升压）供水管 回水管3）分布变流量输配系统（回水加泵降压）2019-7-1621回水管 供水管4）分布变流量输配系统（变零压差点）热源1 2 3 4 5 6 7 8 9 102019-7-16225）分布变流量输配系统水压图压头（m水柱）1 2 3 4 5 6 7 8 910

节点编号供水压力线回水压力线2019-7-1623从图中管网、和用户的流量压力匹配来说，既能满足用户的资用压头和所需流量，又能实现设定的流量分配，理想状态节能20~30%。虽然满足了用户所需水力工况，但是根据基本回路法，越往用户末端，水泵的扬程越大。提供给用户入口和出口端的压力也就越大。水泵的选择计算和动态运行调控要求高。变频输配不可以和动态平衡阀同时使用！6）分布变流量输配系统应用分析2019-7-1624三、供热系统能效提升调控策略在供暖期间，根据室外气象条件和用户需要，采用监测系统按需供热。即根据气象台站预报的室外日平均温度，来控制热负荷和供热量。t

2Q=f

(tw)

kW ∑Q=MJ随着科学技术的发展和供热市场的需求，我国热量计量仪表和自动控制产品逐步形成了市场，从而为供暖系统实现供热调节量化管理提供了可靠保证，解决了供暖调节问题。

Qdtt12019-7-1625261

城镇供热系统热计量供热监测参数温度监测：供回水温度、室内外温度。流量监测：总流量测量、分户流量测量。热量计量：通过测量供回水和热水流量来计算得到，即供热负荷：累计热量： ∑Q=2019-7-16MWMJQ=

cG(tg-th)t

2

Qdtt12

热量调节法(非温度调节法)在供暖期间，根据室外气象条件和用户需要，采用监测系统按需供热。供热依据：热负荷供热量 ∑

Q=WMJQ=f

(

tw )t

2根据气象台站预报的室外日平均温度，来控制热负荷和供热量。

Qdtt12019-7-16273

案例分析一某供暖系统采暖面积为A=25万m2，使用瑞士Hoval燃气锅炉：3X7MW，2X4.5MW。室外采暖计算温度为-9（-7.6）℃，室内采暖计算温度为18-22℃。锅炉房根据建筑所需实行量化管理供热。考虑管网的热损失，热源设计工况下供热指标按照50W/m2。2010年该燃气锅炉房每天的供热量随室外温度的变化关系如下表所示，量化管理运行供热调节参数表。2019-7-1628室外温度(℃)热负荷(MW)热负荷（t/h）供热量(GJ/d)耗气量（m3/d）运行时间（h）锅炉运行台数及出力56.08.6520.017190.3241台

7MW46.59.3560.018512.6241台

7MW36.99.9600.019835.0241台

7MW27.410.6640.021157.3242台

4.5MW17.911.2680.022479.6242台

4.5MW08.311.9720.023801.9242台

4.5MW-18.812.6760.025124.3242台

4.5MW-29.313.2800.026446.6247MW+4.5MW-39.713.9840.027768.9247MW+4.5MW-410.214.6880.029091.3247MW+4.5MW-510.615.2920.030413.6247MW+4.5MW-611.115.9960.031735.9247MW+4.5MW-711.616.51000.033058.3247MW+4.5MW-812.017.21040.034380.6242台

7MW-912.517.91080.035702.9242台

7MW供热调节运行参数表2019-7-1629供热调节运行参数表室外温度(℃)热负荷(MW)热负荷（t/h）供热量(GJ/d)耗气量（m3/d）运行时间（h）锅炉运行台数及出力546.06.58.69.3520.0560.017190.318512.624241台

7MW1台

7MW36.99.9600.019835.0241台

7MW27.410.6640.021157.3242台

4.5MW17.911.2680.022479.6242台

4.5MW08.311.9720.023801.9242台

4.5MW-18.812.6760.025124.3242台

4.5MW-29.313.2800.026446.6247MW+4.5MW-39.713.9840.027768.9247MW+4.5MW-410.214.6880.029091.3247MW+4.5MW-510.615.2920.030413.6247MW+4.5MW-611.115.9960.031735.9247MW+4.5MW-711.616.51000.033058.3247MW+4.5MW-812.017.21040.034380.6242台

7MW-912.517.91080.035702.9242台

7MW2019-7-1630应用效果分析按照上表

供热运行调节参数表的每日供热负荷和供热量。同时在完成管网水力平衡调节后，进行变流量输配调节控制，随时调整运行工况，以满足热用户需求，从而便于管理人员及时掌握供热系统的实际能耗和能效状况，达到按需供热、经济运行的目的。根据系统实际运行监测计量数据，该系统每年一个供暖期每平米热能消耗0.24GJ，一二次管网输送电耗0.9kWh，节能效果显著。2019-7-1631案例分析二北京某供暖系统供暖面积为110万m2，使用3台28MW燃煤锅炉；一次网配置2台75kW循环水泵（一用一备）。室外供暖计算温度为-9℃，室内供暖计算温度为1

22℃。锅炉房根据建筑所需实行量化管理供热。考虑管网的热损失，热源设计工况下供热指标取50W/m2。2015年该锅炉房每天的供热量随室外温度的变化关系如下表所示2019-7-1632供热调节运行参数表室外温度(℃)建筑物热负荷(kW)累计供热量(GJ/d)折合标煤量①(t/d)实际耗煤量②(t/d)-955000.04752.00216.18275.14-852963.04576.00208.17264.95-750925.94400.00200.17254.76-648888.94224.00192.16244.57-546851.94048.00184.15234.38-444814.83872.00176.15224.19-342777.83696.00168.14214.00-240740.73520.00160.13203.81-138703.73344.00152.13193.62036666.73168.00144.12183.42134629.62992.00136.11173.23232592.62816.00128.11163.04330555.62640.00120.10152.85428518.52464.00112.09142.66526481.52288.00104.09132.472019-7-1633循环水泵变频控制参数表2019-7-16室外温度建筑物热负荷累计供热量折合标煤量水泵运行频率(℃)(kW)(GJ/d)(t/d)(Hz)-9550004752216.1850-8529634576208.1748-750925.94400200.1746-648888.94224192.1644-546851.94048184.1542-444814.83872176.1541-342777.83696168.1439-240740.73520160.1337-138703.73344152.1335036666.73168144.1233134629.62992136.1132232592.62816128.1130330555.62640120.128428518.52464112.0926526481.52288104.0924应用效果分析按照上述供热运行调节参数表的每日供热负荷和供热量。同时在完成管网水力平衡调节后，进行变流量输配调节控制，随时调整运行工况，以满足热用户需求，从而便于管理人员及时掌握供热系统的实际能耗和能效状况，达到按需供热、经济运行的目的。根据系统实际运行监测计量数据，该地区每年一个供暖期每平米热能消耗0.25GJ，一次管网输送电耗0.2kWh，节能效果显著2019-7-1635案例分析三某供暖系统采暖面积为A=60000m2，使用两台热水锅炉（SHW4.2/1.3/130-W）。室外采暖计算温度为-15℃，室内采暖计算温度为18℃。设计供回水温度为95/70℃。试绘制在下列条件的供热调节曲线.(1989年)2019-7-16362019-7-1637tw（℃）tg（℃）th（℃）Qj（MW）Qs（MW）Qz（MJ）Bj（t）T（h）562.748.71.422.621226887.413465.450.31.532.821321927.981336851.91.643.0214016968.5513270.653.41.753.231512009.1313173.254.91.853.411598409.6513075.756.31.963.6116934410.2213-171.854.12.073.3117884810.7915-27455.42.183.4818835211.3715-376.256.62.293.6619785611.9415-478.457.82.43.8420736012.5215-580.559.12.514.0121686413.0915-67455.42.623.4922636813.6618-775.856.42.733.6423587214.2418-877.657.42.843.78245.37614.8118-979.458.42.953.9325488015.3918-1081.259.43.054.0626352015.9118-1175.656.33.163.6127302416.4821-1277.157.13.273.7328252817.0621-1378.7583.383.8629203217.6321-1480.258.93.493.9830153618.221-1581.759.73.64.1131104018.7821供热调节运行参数表应用效果分析在完成管网水力平衡调节后，进行变流量输配调节控制，随时调整运行工况，按照上表供热运行调节参数表的每日供热负荷和供热量，满足热用户需求，从而便于管理人员及时掌握供热系统的实际能耗和能效状况，实现量化管理，达到按需供热、经济运行的目的。根据系统实际运行监测计量数据，该系统每年一个供暖期每平米热能消耗0.35GJ，一二次管网输送电耗2kWh，节能效果比较明显（1989年）。2019-7-1638四、供热系统监管平台网络技术应用2019-7-1639供热计量重在运行管理2019-7-1640对已经完成供热计量改造的系统只是具备了供热计量的基本条件，切实抓好供热计量运行管理工作是下一步的工作重点。实施供热计量需要实行源头总量控制“按需供热、量化管理”和分户分楼调节才能达到用户要求和节能的目的，问题是这些技术工作由谁来做？显然要求企业（或物业）管理者和从业人员

掌握必要的专业知识和操作技能，否则供热计量技术无法实施。这将是制约供热改革、热量计量、按热收费的最大障碍。供热节能合同能源管理2019-7-1641我国供热行业、企业急需大力培养和接纳这方面的专业技术人才，供热计量改革才有可能按计划推进，最终企业受益，且把实惠留给老百姓。实行能源管理师制度或合同能源管理模式是一个切实可行的管理办法。分析计算题2019-7-16421、分析题在变频变流量供热系统中，说明流量与频率、阻力、轴功率的关系。当流量减少10%、20%，系统阻力和电耗如何变化？说明循环水泵效率。2、计算题北京某供热系统供暖面积为120万m2，面积热指标50W/m2，一次网供热半径为2000m，热源的阻力15H2O，换热站阻力10H2O，试确定：总共热负荷和室外温度为2、-1、-5℃时的热负荷和每天的供热量（MJ）；确定锅炉（燃煤）的台数和型号；系统总阻力和设计总流量（m3/h），（供回水温差按60℃计）；确定该系统的循环水泵的台数和型号；计算供热系统的全年（125天）供热量和耗煤量（标煤），平均热效率取70%。1分析计算题在变频变流量供热系统中，说明流量与频率、阻力、轴功率的关系。当流量减少（增加）10%、20%，系统阻力（50米）和电耗（2kWh/m

2.a）如何变化？说明循环水泵效率。解：1).流量减少，系统阻力和电耗为：

10%时：

H=50（0.9

2

）=40.5米，N=2（

0.9

3

）=1.46kWh20%时：

H=50（0.8

2

）=32米，N=2（

0.8

3

）=1.024kWh2)流量增加，系统阻力和电耗为：10%时：

H=50（1.1

2

）=60.5米，N=2（

1.1

3

）=2.66kWh20%时：

H=50（1.2

2

）=72米，N=2（

1.2

3

）=3.46kWh3）效率不变

泵

0.002732019-7-1643P

1000

3600

PG

H

9.81

1000 G

H2

计算题2019-7-1644北京某供热系统供暖面积为120万m2，面积热指标50W/m2，一次网供热半径为2000m，热源的阻力15H2O，换热站阻力10H2O，试确定：总热负荷和室外温度为2、-1、-5℃时的热负荷和每天的供热量（MJ）；2

℃时：1200000*50（20-2）/（20+9）=37.24MW当天供热量：37.24*24*3600=3218GJ-

5℃时：

1200000*50（20+5）/（20+9）=51.72MW当天供热量：51.72*24*3600=4469GJ确定锅炉（燃煤）的台数和型号；总负荷60MW，相当于80吨/时锅炉一台。系统总阻力和设计总流量（m3/h），（供回水温差按60℃计）；总阻力：15+10+2000*10*2/1000=65米总流量：G=0.86*60MW/60

=860

吨/时分析计算题2019-7-1645确定该系统的循环水泵的台数和型号；选扬程65米，流量430m3/h二台。计算供热系统的全年（125天）供热量和耗煤量（标煤），平均热效率取70%。全年总热量：60MW/（20+9）*（20+1.6）*125*3600*24=482648GJ全年耗煤量：482648GJ/（5000*4.187*0.8）=28818吨四、长输管线新技术应用长距离输送供热管网，是将远离城市的热电厂的汽轮机末端抽汽、发电余热输送到城市进行集中供热的项目，是减少城市热源污染物排放、改善大气环境质量的有效措施。长输供热管网项目正在被多个城市所认可。目前，太原古交、太原南部长输项目、石家庄西柏坡长输项目呼市京能盛乐长输项目均已建成并投运，收到了良好的社会效益和环境效益，得到了社会的一致肯定。目前已经实施的和正在实施的长输供热管网项目有：2019-7-1646项目太原古交呼市京能盛乐太原南部石家庄西柏坡济南西部山西晋城宝鸡二热银川灵武安阳市“引鹤入安工程”郑州市航空港长输供热面积（万m2）76001500300085001000030005500377031663600距离（km）3830364563.52628554025泵站+隔压站（座）423231+211+12+11DN1400140014001400140014001400140014001400投资（亿元）48.19.83546.6492616.93715.288.1阶段2016年11月运行2017年10月运行2016年11月运行2017年2月运行完成设计论证阶段论证阶段正在施工论证阶段可研我国目前已经实施和正在实施的长输供热管网项目1

呼和浩特长距离输热为落实自治区政府批准的《呼和浩特市市政网建设规划》（2017年-2020年）”加快推进“引热入呼”长输管线项目，引入呼和浩特市引入呼市周边京能盛乐热电厂、旗下营热电厂、大唐托克托电厂热源，增加中心城区域热电联产供热能力。到2020年，全市供热面积17000万平方米，热电联产供热能力达到111000万平方米，基本形成以热电联产为主，清洁能源为辅、多热源互补的供热格局呼和浩特市长输供热管网分布图管网规模：2×DN1400，管槽长度35.8km，两座中继泵站（辛家营中继泵站和金桥中继泵站）。供热区域：D、E设计压力：2.5MPa供水管温度降：1.1℃总投资：到热价：24.5元/GJ2017年供热面积：950万平米设计供热面积：1400万平米，配合金桥调峰燃气锅炉房，总供热面积1820万平米（一）京能盛乐冷热电厂盛乐热电厂——辛家营热源厂长输管线供热，管线长度35公里，中间设一座加压泵站，接入辛家营热网后的原供热力网约10公里到远端热力站，取代建成后辛家营热网运行费及折旧费：①电费：6214,334.4元（泵站：0.65元/m2）②水费：2218,716元（包括一次性注水+使用量）③人员工资：2420,000元（水化、电气、仪表检修）④折 旧

费：18867,000/年⑤ 总供热量：3600,776

GJ(0.38GJ/m2)（①+②+③+④）/⑤

=

29720,050.4元/3600,776

GJ

=

8.25元/GJ⑥ 从盛乐热电厂趸热的价格：16.2元/GJ⑦ 供热成本：16.2+8.25=24.45元/GJ。⑧ 耗电输热比：0.00947（一）京能盛乐冷热电厂京能盛乐电厂至呼和浩特市长输供热管网新技术应用1.

采用新型的硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管2.

动态水力分析3.

铜导线管网泄露监测、定位系统应用大型直埋球阀作为关断阀定压罐快速补水装置（安装位置在供热首站附近回水管上，避免水锤、汽化，此系统目前尚未安装，将在供热能力超过1400万平米之后安