003供热外网经济比摩阻取值的探讨终结版

供热外网经济比摩阻取值的探讨（北京建筑工程学院环境与能源工程学院孙赫晨赵静野）摘要：随着国民经济和工农业生产的迅速发展及人民生活水平的不断提高，我国的供暖和集中供热事业得到了迅速的发展。集中供热系统的输配管网在集中供热整个系统中占有重要的地位，原因除了其能耗约占整个系统能耗的60%左右外，管网的基建投资也较高。经济比摩阻的大小与管网的基建投资及运行电耗密切相关。本文通过对供热管网经济比摩阻的探讨，分析传统设计管网的设计方法存在的问题，提出了如何经济地进行供热管网设计的方法。关键词：经济比摩阻；供热管网;基建投资Thediscussiontheoptimalspecificfrictionalheadlossofheatsupplynetwork(SchoolofEnvironmentandEnergyEngineeringBUCEASunHechenZhaoJingye)Abstract:Withthenationaleconomyandtherapiddevelopmentofindustrialandagriculturalproductionandthecontinuousimprovementofpeople’slivingstandards,China’sheatingandcentralheatinghasbeenthecauseofrapiddevelopment.Centralheatingsystem,centralheatingtransmissionanddistributionpipenetworkinthewholesystemoccupiesanimportantposition,becauseinadditiontoitsenergyconsumption,energyconsumptionaccountsforabout60%ofthewholesystemaround,thepipenetworkishigherinvestmentininfrastructure.Thesizeofoptimalspecificfrictionalheadlossiscloselyrelatedtoinvestmentincapitalconstructionandoperationofelectricityconsumption.Thispaperdiscussestheoptimalspecificfrictionalheadlossofheatsupplynetwork,analysesoftheshortcomingsoftraditionalpipelinedesignandraisesthequestionthathowcanwedesignheatsupplynetworkbyaeconomicway.Keywords:optimalspecificfrictionalheadloss;heatsupplynetwork;investmentincapitalconstruction0.引言近年来，我国集中供热事业迅速发展，供热规模不断壮大。而供热管网在集中供热系统中承担着输配的重要任务，无论是在功能还是在成本投入以及运行管理上都是“主角”。因此有必要对供热管网进行深入地研究。由于供热室内管网较外网规模小，本文着重对供热外网进行探讨。在供热外网的设计过程中，管网管径的确定是个重点。传统的设计过程是：估计主干线的平均比摩阻R值（40-80Pa/m）以及管段流量G，然后利用制好的热水网路水力计算表查得管径值，在此过程中比摩阻的值R完全靠经验来取定。如选用比摩阻R值越大，则利用水力计算表选取的管径越小，这样在一定程度上降低了管网的基建投资及运行电耗。这样便产生了经济比摩阻的概念，它要求在规定的计算年限内总费用为最小。快速准确地确定出经济比摩阻是亟待解决的问题，对高效节能具有重要意义，但目前接触到的关于经济比摩阻的研究较少。1.供热外网水力计算1.1常用方法热水网路水力计算方法及步骤简述如下：（1）水网路中各个管段的计算流量，公式2如下：21n21nnQQGAct/h（1）式中：Qn——供暖用户系统的设计热负荷，通常可用GJ/h、MW、或Mkcal/h表示；1、2——网路的设计供、回水温度，℃C——水的质量比热，c=4.1868KJ/Kg.℃A——采用不同计算单位的系数。（2）确定热水网路的主干线及其沿程比摩阻。（3）根据网路主干线各管段的计算流量和初步选用的经验平均比摩阻值，根据水力计算表，确定主干线各管段和相应的实际比摩阻值。（4）根据选用的标准管径和管段中局部阻力的形式，根据网路局部阻力当量长度表，确定各管段局部阻力的当量长度Ld的总和，以及管段的折算长度Lzh。（5）根据管段的折算长度Lzh以及热力网路水力计算表查到的比摩阻，利用公式△P=R(L+Ld)=RLzhPa（2）来计算主干线各管段的总压降。（6）干线水力计算完成后，便可进行热水网路支线、支线等水力计算。1.2上述传统设计管网的缺陷传统设计方法中，确定供热外网主干线各管段的管径的依据是各管段的流量以及一个初步选定的范围为40—80Pa／m的平均比摩阻。热水网路支干线、支线的管径确定，是依据支干线、支线的资用压力来确定的。在《城市热力网设计规范》CJJ34-90中规定了两个控制指标：（1）热水流速不超过3.5m／s（2）比摩阻不应大于300Pa／m实质上，规范是要求对管径DN≥400mm的管道，控制其流速不超过3.5m∕s（尚未达到300Pa∕m）；对管径DN400mm的管道，控制其比摩阻不超过300Pa∕m。2数学分析法确定热水网络的经济比摩阻2.1基本原理根据工程经济学我们知道，在一个具体工程项目中进行技术经济分析，就是对不同技术方案的经济效果进行计算、分析、评价，并在多种方案的比较中选择最优方案，运用到确定热水网络的经济比摩阻时，应用微分法列出某单一参数与各项费用之间的函数关系，从而利用导数为零，求出该参数的最优值。2.2存在的问题前人在技术经济分析的基础上，运用最优化原理，建立数学模型，得到了一些经济比摩阻计算公式。但这些公式是在一定假设条件及简化条件下推出的，无法作为通用公式加以广泛应用，使用受到一定得限制。加之热水网络的经济比摩阻的复杂性，对于大型的热水网络，具体情况更为复杂，确定其经济比摩阻值较难。因而，在实际设计过程中，仍然以传统设计方法为主。3.实例分析3.1引用一个北京为例的经济比摩阻的算例3：表1两种比摩阻范围下差得的管径及比摩阻值比较G/t·h110203040506080100120150200500管径d17080100125125125150200200200250350/mmd280100125150150150200200200250250350比摩阻R1142228179971522191484261955461/Pa·m1R25779553758832742613154注:G为流量；表中d1和R1为通过数学建模方法求得的经济比摩阻及管径；表中d2和R2为用传统方法求得的经济比摩阻及管径。3.2对比分析从以上文献中的数据，我们可以得到如下结论：（1）一般工业及民用建筑的热水供热管网，流量均在100t/h左右，其计算出的经济比摩阻较大，一般在140-220Pa,是传统40-80Pa/m的3.5-5.5倍。（2）对于大型供热管网，流量超过100t/h以上，经济比摩阻值与40-80Pa/m基本一致。这说明大型供热管网采用传统水利计算方法便基本可以满足要求。4.对策笔者认为在对热网外网进行设计过程中，重点要考虑平均比摩阻的取值。（1）首先应进行传统的水力计算，在网路平面图的基础上，确定出比摩阻、管径、流速等参数作为设计的基本依据。（2）建立数学模型，进行技术经济分析，推导出经济比摩阻的计算公式，查找相关参数，计算出经济比摩阻值，进而得到经济管径，经济流速等设计参数。（3）将（1）（2）数据进行对比，具体选取哪组数据，根据实际情况来定。（4）在运行管理过程中，验证设计数据的科学性，积累运行经验，为今后的设计服务。5.结语笔者认为将传统设计方法与数学计算方法综合起来确定经济比摩阻，可以避免设计依据片面而可能带来的设计偏差。由于经济比摩阻的复杂性及其重要性，在实际工程中，应具体工程具体分析。参考文献[1]李祥立，邹平华，端木琳.凝结水网经济比摩阻的计算[J].燃气与热媒,2006，26（3）：59-62[2]贺平，孙刚.供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1993[3]刘金祥.热水供热管网经济比摩阻的分析计算[J].南京建筑工程学院学报，1998，（4）：38-43[4]中华人民共和国建设部GJJ34-90城市热力网设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1990[5]杨宝军，盛晓文.热水供热管网经济比摩阻的研究[J].低温建筑技术，2005，（5）：92-94[6]李德英.供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2004第一作者：孙赫晨，女，出生于1985年11月21日，地址：北京市西城区展览馆路1号北京建筑工程学院3#512，邮编：100044，联系电话：[phone]，邮箱：[e-mail]