關(guān)于集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

姜小纏

摘要：在城市集中供熱不斷發(fā)展的背景下，供熱管網(wǎng)成了人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，起到了十分關(guān)鍵的作用。眾所周知，城市集中供熱管網(wǎng)屬于一項(xiàng)大工程，將會(huì)受到多種因素的制約，一旦處理不當(dāng)，將會(huì)給城市整體規(guī)劃帶來(lái)十分不利的影響，這給集中供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)工作提出了更高、更嚴(yán)格的要求。有鑒于此，本文將圍繞集中供熱管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)系統(tǒng)而深入的探討，以期促進(jìn)其整體設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：集中供熱管網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；探討

在城市生產(chǎn)生活中，集中供熱系統(tǒng)發(fā)揮著十分重要的作用。隨著人們節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的不斷加深，供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)成了社會(huì)各界普遍關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。在開(kāi)展供熱系統(tǒng)優(yōu)化工作的過(guò)程中，尤其要做好供熱管網(wǎng)的優(yōu)化工作，這對(duì)于節(jié)約建設(shè)成本、控制熱能損耗、保護(hù)城市環(huán)境而言均具有十分積極的意義。

1.城市集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義

隨著城市化進(jìn)程的不斷深入，部分老舊建筑被翻新或者重建，并為其接入了供熱管網(wǎng)，值得一提是，在該類(lèi)接入施工中，有相當(dāng)一部分沒(méi)有予以科學(xué)計(jì)算，管道的敷設(shè)往往是逐段逐段的進(jìn)行，導(dǎo)致部分管線以單一枝狀的形態(tài)進(jìn)行延伸。另外，為提高熱負(fù)荷能力，甚至通過(guò)加粗管道的方式予以實(shí)現(xiàn)，如此一來(lái)，造成在二次管網(wǎng)中存在一種細(xì)管接粗管的違規(guī)設(shè)計(jì)。供熱管網(wǎng)的重要性是不言而喻的，只有對(duì)其進(jìn)行合理布局，才能為城市的健康發(fā)展奠定有利的基礎(chǔ)，所以，有必要對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)予以科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。

2.管道保溫的影響要素

對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際熱效應(yīng)將會(huì)受到多重因素影響，主要包括以下幾點(diǎn)：1）管道外徑。當(dāng)輸水溫度為定值時(shí)，熱損失、管道外徑之間成正比關(guān)系；2）輸水溫度。當(dāng)輸水溫度偏小時(shí)，在各管徑傳輸過(guò)程中的熱損失不會(huì)相差太大，當(dāng)輸水溫度偏大時(shí)，在各管徑傳輸過(guò)程中的熱損失存在較大差距；3）管道熱導(dǎo)率。當(dāng)管徑為定值時(shí)，熱損失、管道熱導(dǎo)率之間成正比關(guān)系；4）土壤熱導(dǎo)率。當(dāng)管徑為定值時(shí)，熱損失、土壤熱導(dǎo)率之間成正比關(guān)系；5）保溫層厚度。熱損失、保溫層厚度之間成反比關(guān)系[2]。

3.集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1管徑的優(yōu)化

集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化主要涉及三大部分，一是管徑設(shè)計(jì)，二是管網(wǎng)布局，三是管網(wǎng)運(yùn)行。其中，管徑設(shè)計(jì)（或者稱(chēng)之為優(yōu)選工作）是集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化的一個(gè)關(guān)鍵所在。一般情況下，工程所涉及的管徑均屬于離散性質(zhì)的，因此，管徑的優(yōu)化工作的實(shí)質(zhì)是如何做好大規(guī)模的組合優(yōu)化問(wèn)題。當(dāng)管網(wǎng)布局存在差異時(shí)，通常管徑優(yōu)選也將會(huì)呈現(xiàn)出不同的、針對(duì)性的組合。所以，在管徑優(yōu)化環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合工程的具體要求來(lái)確定管徑的最大值，即在一個(gè)相對(duì)科學(xué)的范圍內(nèi)來(lái)完成管徑的取值和確定工作。對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，每一管段所采用的直徑是基于相應(yīng)的流量及比摩阻大小來(lái)最終計(jì)算得出的，而流量則取決于實(shí)際熱負(fù)荷的大小，所以，在確定具體管徑之前，應(yīng)對(duì)各管段將要承擔(dān)的熱負(fù)荷予以合理計(jì)算，與此同時(shí)，還需要對(duì)未來(lái)的增容幅度予以科學(xué)預(yù)測(cè)。隨著管徑的不斷減小，輸送阻力將會(huì)隨之增大，相應(yīng)的動(dòng)力消耗及其費(fèi)用也會(huì)隨之增大；隨著管徑的不斷增大，輸送阻力將會(huì)隨著減小，相應(yīng)的動(dòng)力消耗及其費(fèi)用也會(huì)隨之減小，但存在基建投資增大的弊端。所以，在供熱管網(wǎng)布局得以確定條件下，應(yīng)致力于最優(yōu)（或者稱(chēng)之為最經(jīng)濟(jì)）管徑的計(jì)算和確定[3]，不僅要考慮基建投資，同時(shí)還應(yīng)考慮動(dòng)力消耗及其費(fèi)用，應(yīng)使二者之和為最小狀態(tài)?？偠灾瑢?duì)管徑進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，一方面要滿(mǎn)足相應(yīng)的技術(shù)條件，另一方面要符合經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的原則。

3.2管網(wǎng)布局的優(yōu)化

對(duì)供熱系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，供熱管網(wǎng)的投資占比最高，同時(shí)其施工也最為復(fù)雜和繁重。應(yīng)重視并做好供熱管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)形式的選擇，這不僅關(guān)系到供熱的可靠性，而且關(guān)系到系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性，還關(guān)系到運(yùn)行的便利性，另外，還關(guān)系到管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行布局的過(guò)程中，不可和城市建設(shè)整體規(guī)劃存在沖突，應(yīng)在后者的指導(dǎo)之下，綜合考慮熱負(fù)荷分布情況、熱源的具體位置、和其他管道或者構(gòu)筑物之間的關(guān)系、水文特點(diǎn)以及地質(zhì)條件等因素。

對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行布局的過(guò)程中，應(yīng)切實(shí)執(zhí)行以下幾條基本原則：1）經(jīng)濟(jì)合理。主干線應(yīng)盡可能地走直線，不僅如此，還應(yīng)盡可能地走熱負(fù)荷最為集中的區(qū)域；2）技術(shù)可靠[4]。在敷設(shè)線路的過(guò)程中，應(yīng)選擇那些較為理想的地區(qū)，如起伏不大、土質(zhì)良好、地下水位較低的地區(qū)，同時(shí)應(yīng)盡可能地避開(kāi)那些不理想的地區(qū)，如起伏較大、土質(zhì)疏松、地下水位相對(duì)偏高的地區(qū)；3）管線應(yīng)盡量少穿或者不穿主要交通線。通常情況下，管線應(yīng)和道路中心線保持平行關(guān)系，同時(shí)還應(yīng)盡可能地設(shè)置在車(chē)行道之外的區(qū)域[5]。一般情形下，僅在道路的某一側(cè)進(jìn)行管線的鋪設(shè)。應(yīng)盡量避免管道的地上鋪設(shè)，因?yàn)檫@樣做，一方面會(huì)破壞城市環(huán)境的整體美觀，另一方面會(huì)妨礙道路的正常運(yùn)營(yíng)。在鋪設(shè)供熱管道的過(guò)程中，應(yīng)和其他管道或者構(gòu)筑物之間預(yù)留足夠的距離，從而保證后期施工的高效性、運(yùn)行的安全性以及檢修的方便性。

3.3管網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化

對(duì)國(guó)內(nèi)部分城市的集中供熱管網(wǎng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其平時(shí)的運(yùn)行存在諸多問(wèn)題，尤其是能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，造成其經(jīng)濟(jì)性十分不理想?，F(xiàn)階段，隨著多類(lèi)型供熱系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，針對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行予以科學(xué)優(yōu)化已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。值得一提的是，在熱網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，冷熱不均這一問(wèn)題廣泛存在，且?guī)?lái)了一系列不利的影響。熱網(wǎng)中的水力失調(diào)現(xiàn)象是誘發(fā)這一問(wèn)題的主要因素，所以，對(duì)熱網(wǎng)水力進(jìn)行有效控制，使其趨于平衡便成了當(dāng)務(wù)之急，這將會(huì)對(duì)管網(wǎng)的正常運(yùn)行、高效運(yùn)行產(chǎn)生直接而重要的影響。應(yīng)選擇和安裝相應(yīng)數(shù)量和功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)路水力的有效控制，緩解或者避免失衡現(xiàn)象的發(fā)生。在某些用戶(hù)對(duì)自身用熱量予以調(diào)整的過(guò)程中，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備將會(huì)發(fā)生十分積極的調(diào)節(jié)作用，另外，在調(diào)節(jié)的過(guò)程中，不會(huì)對(duì)相鄰環(huán)路的實(shí)際用熱量造成不利影響，同時(shí)還具有沒(méi)有噪聲產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。然而需要注意的是，對(duì)于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)而言，其有幾率發(fā)生穩(wěn)態(tài)失調(diào)的現(xiàn)象，因此，應(yīng)對(duì)該問(wèn)題予以重視，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。總而言之，當(dāng)存在水力失調(diào)問(wèn)題時(shí)，相關(guān)熱用戶(hù)將會(huì)面臨過(guò)冷或過(guò)熱的問(wèn)題，應(yīng)引起供熱運(yùn)營(yíng)企業(yè)的最夠重視，為緩解或解決這一問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)等方面的綜合考量，對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行方案予以持續(xù)的、合理的優(yōu)化，從而有效減輕或者避免水力失調(diào)問(wèn)題所帶來(lái)的不利影響，從而保證熱網(wǎng)的工作質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行、可靠運(yùn)行的這一總體目標(biāo)[6]。

4.結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)城市的人口密度較大，對(duì)供熱管網(wǎng)的工作性能有著更高的要求，所以，在建設(shè)城市集中供熱管網(wǎng)的過(guò)程中，要保證其連續(xù)性，還應(yīng)保證其可靠性，這是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜、繁重的工程。對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)予以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅要考慮其安全性及穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性，并以此為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)展管徑的優(yōu)化工作、管網(wǎng)布局的優(yōu)化工作、管網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化工作等，從而促進(jìn)城市整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)的不斷完善。隨著人們對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)需求的日益增長(zhǎng)，其設(shè)計(jì)技術(shù)和水平得到了不斷提高，供熱管網(wǎng)性能得到了明顯改善，并表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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