關于集中供熱管網優化設計的探討
在城市生產生活中，集中供熱系統發揮著十分重要的作用。隨著人們節能、環保意識的不斷加深，供熱系統優化設計成了社會各界普遍關注的一個熱點問題。在開展供熱系統優化工作的過程中，尤其要做好供熱管網的優化工作，這對于節約建設成本、控制熱能損耗、保護城市環境而言均具有十分積極的意義。
1.城市集中供熱管網優化設計的意義
隨著城市化進程的不斷深入，部分老舊建筑被翻新或者重建，并為其接入了供熱管網，值得一提是，在該類接入施工中，有相當一部分沒有予以科學計算，管道的敷設往往是逐段逐段的進行，導致部分管線以單一枝狀的形態進行延伸。另外，為提高熱負荷能力，甚至通過加粗管道的方式予以實現，如此一來，造成在二次管網中存在一種細管接粗管的違規設計。供熱管網的重要性是不言而喻的，只有對其進行合理布局，才能為城市的健康發展奠定有利的基礎，所以，有必要對城市集中供熱管網予以科學的優化設計。
2.管道保溫的影響要素
對城市集中供熱管網進行分析發現，其實際熱效應將會受到多重因素影響，主要包括以下幾點：1）管道外徑。當輸水溫度為定值時，熱損失、管道外徑之間成正比關系；2）輸水溫度。當輸水溫度偏小時，在各管徑傳輸過程中的熱損失不會相差太大，當輸水溫度偏大時，在各管徑傳輸過程中的熱損失存在較大差距；3）管道熱導率。當管徑為定值時，熱損失、管道熱導率之間成正比關系；4）土壤熱導率。當管徑為定值時，熱損失、土壤熱導率之間成正比關系；5）保溫層厚度。熱損失、保溫層厚度之間成反比關系。
3.集中供熱管網的優化設計方法
3.1管徑的優化
集中供熱管網的優化主要涉及三大部分，一是管徑設計，二是管網布局，三是管網運行。其中，管徑設計（或者稱之為優選工作）是集中供熱管網優化的一個關鍵所在。一般情況下，工程所涉及的管徑均屬于離散性質的，因此，管徑的優化工作的實質是如何做好大規模的組合優化問題。當管網布局存在差異時，通常管徑優選也將會呈現出不同的、針對性的組合。所以，在管徑優化環節，應結合工程的具體要求來確定管徑的最大值，即在一個相對科學的范圍內來完成管徑的取值和確定工作。對管網進行設計的過程中，每一管段所采用的直徑是基于相應的流量及比摩阻大小來最終計算得出的，而流量則取決于實際熱負荷的大小，所以，在確定具體管徑之前，應對各管段將要承擔的熱負荷予以合理計算，與此同時，還需要對未來的增容幅度予以科學預測。隨著管徑的不斷減小，輸送阻力將會隨之增大，相應的動力消耗及其費用也會隨之增大；隨著管徑的不斷增大，輸送阻力將會隨著減小，相應的動力消耗及其費用也會隨之減小，但存在基建投資增大的弊端。所以，在供熱管網布局得以確定條件下，應致力于最優（或者稱之為最經濟）管徑的計算和確定，不僅要考慮基建投資，同時還應考慮動力消耗及其費用，應使二者之和為最小狀態�？偠灾瑢軓竭M行優化的過程中，一方面要滿足相應的技術條件，另一方面要符合經濟性最優的原則。
3.2管網布局的優化
對供熱系統的建設進行分析發現，供熱管網的投資占比最高，同時其施工也最為復雜和繁重。應重視并做好供熱管網網絡形式的選擇，這不僅關系到供熱的可靠性，而且關系到系統的機動性，還關系到運行的便利性，另外，還關系到管網的經濟性。對供熱管網進行布局的過程中，不可和城市建設整體規劃存在沖突，應在后者的指導之下，綜合考慮熱負荷分布情況、熱源的具體位置、和其他管道或者構筑物之間的關系、水文特點以及地質條件等因素。
對供熱管網進行布局的過程中，應切實執行以下幾條基本原則：1）經濟合理。主干線應盡可能地走直線，不僅如此，還應盡可能地走熱負荷最為集中的區域；2）技術可靠。在敷設線路的過程中，應選擇那些較為理想的地區，如起伏不大、土質良好、地下水位較低的地區，同時應盡可能地避開那些不理想的地區，如起伏較大、土質疏松、地下水位相對偏高的地區；3）管線應盡量少穿或者不穿主要交通線。通常情況下，管線應和道路中心線保持平行關系，同時還應盡可能地設置在車行道之外的區域[5]。一般情形下，僅在道路的某一側進行管線的鋪設。應盡量避免管道的地上鋪設，因為這樣做，一方面會破壞城市環境的整體美觀，另一方面會妨礙道路的正常運營。在鋪設供熱管道的過程中，應和其他管道或者構筑物之間預留足夠的距離，從而保證后期施工的高效性、運行的安全性以及檢修的方便性。
3.3管網運行的優化
對國內部分城市的集中供熱管網進行研究發現，其平時的運行存在諸多問題，尤其是能源的嚴重浪費，造成其經濟性十分不理想�，F階段，隨著多類型供熱系統的出現和應用，針對管網運行予以科學優化已經成為一個亟待解決的問題。值得一提的是，在熱網實際運行環節，冷熱不均這一問題廣泛存在，且帶來了一系列不利的影響。熱網中的水力失調現象是誘發這一問題的主要因素，所以，對熱網水力進行有效控制，使其趨于平衡便成了當務之急，這將會對管網的正常運行、高效運行產生直接而重要的影響。應選擇和安裝相應數量和功率的動態調節設備以實現對各個環路水力的有效控制，緩解或者避免失衡現象的發生。在某些用戶對自身用熱量予以調整的過程中，動態調節設備將會發生十分積極的調節作用，另外，在調節的過程中，不會對相鄰環路的實際用熱量造成不利影響，同時還具有沒有噪聲產生的優點。然而需要注意的是，對于動態系統而言，其有幾率發生穩態失調的現象，因此，應對該問題予以重視，并采取相應的預防措施�？偠灾�，當存在水力失調問題時，相關熱用戶將會面臨過冷或過熱的問題，應引起供熱運營企業的最夠重視，為緩解或解決這一問題，應結合技術及經濟等方面的綜合考量，對管網運行方案予以持續的、合理的優化，從而有效減輕或者避免水力失調問題所帶來的不利影響，從而保證熱網的工作質量，最終實現供熱系統連續運行、可靠運行的這一總體目標。
4.結束語
我國城市的人口密度較大，對供熱管網的工作性能有著更高的要求，所以，在建設城市集中供熱管網的過程中，要保證其連續性，還應保證其可靠性，這是一項相對復雜、繁重的工程。對城市集中供熱管網予以優化設計的過程中，不僅要考慮其安全性及穩定性，同時還應考慮其經濟性和科學性，并以此為基礎來開展管徑的優化工作、管網布局的優化工作、管網運行的優化工作等，從而促進城市整個熱網系統的不斷完善。隨著人們對城市集中供熱管網系統需求的日益增長，其設計技術和水平得到了不斷提高，供熱管網性能得到了明顯改善，并表現出了良好的應用潛力和發展潛力。
