城市供热管网优化探讨

摘要：本文作者介绍了城市集中供热的优势，分析了影响供热管道保温的主要因素，提出了集中供热管网优化设计的策略。

关键词：城市；供热管网；优化；探讨

中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：

集中供热这种供热模式逐渐为许多城市所接受。集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，利用一个或多个热源通过供热管网、热交换站等，向一个城市或城市中较大区域的各热用户提供热能的方式。文章对供热管道热损失的影响因素作了系统分析，说明了保温层厚度、保温材料的热导率、埋深等因素是影响供热管道热损失的主要因素，并在此基础上提出了优化供热网设计的相关策略。

1 城市集中供热的优势

作为现代化城市的文明标志和发展方向，城市集中供热具有显著的经济效益和社会效益，不仅能为城市提供稳定、可靠的优质热源，而且对于节约能源，改善大气环境，减少城市大气污染，有效利用城市空间等方面都具有重要作用。集中供热与其他供热方式相比，具备以下五大优势：

1.1 一次投资，长期受益。采用集中供热不仅可节约市区内宝贵的土地资源，降低人力、物力资源的消耗，更重要的是，还能有效避免其他供热方式因受设备使用年限限制，而周期性地更换供热设施的弊端，真正让用户一次投资，长期受益。

1.2 经济实用，效益明显。据专家分析测算，综合考虑初装费和运行费用，集中供热与其他供热方式相比，其经济性、舒适性和室温稳定性明显优于其他供热方式。虽然煤、水、电等原材料价格不断上扬导致了供热价格水涨船高，但是，作为低品位能源，城市集中供热与其他高品位能源相比将长期保持价格上的优势。

1.3 用途广泛，使用方便。城市集中供热既可冬季采暖、夏季制冷和常年提供生活热水，又可用于工矿企业的生产运行。同时，也可用蒸汽蒸做食品，为宾馆、饭店、商场、医院、写字楼等提供极其便利的服务条件。

1.4 运行科学，安全可靠。随着集中供热技术上的不断成熟、完善，越来越多的新材料、新技术、新工艺被广泛应用，其安全可靠性大大提高。

1.5 环保节能，净化大气。由于集中供热作为国家大力倡导的环保型供热方式，对控制大气环境污染能起到积极的作用，环境效益明显，所以，市政府近年来始终重视城市集中供热事业的发展，在实施“蓝天工程”和创建国家环保模范城市工作中，坚决取缔１０吨以下燃煤锅炉，积极提倡和推行集中供热。

2 影响供热管道保温的主要因素

就当前供热发展情况来看决定或者影响城市集中供热管道热效应的因素很多，有人为的因素，也有自然的因素，但主要影响因素不是很多，主要受到如下因素的影响。

2.1 管道外径。对于一定输水温度的保温管道，管道散失的热量随管道外径的增大而增加。管道外径越大，管内水与管壁接触的表面积增大，相当于增加了热量散失的表面积，管道内水向管外传递的热量增多。

2.2 输水温度。当输水温度较小时，管道散失的热量在不同管径处随输水温度的降低，其差距越来越小；当输水温度较大时，管道散失的热量在不同管径处随输水温度的增大，其差距越来越大。从这个可以看出，在输水温度较低时，管道外径对管道散热损失的影响较大，反之，在输水温度较大时，管道输水温度对管道散热损失的影响较大。

2.3 管道热导率。对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随保温材质热导率的增大而增加，且二者之间近似成线性关系。保温材质热导率越大，其传热热阻越小，通过保温层的热量越多，传递到周围土壤介质中的热量自然增大。

当保温材质热导率较小时，管道散失的热量在不同管径处随保温材质热导率的降低，其差距逐渐减小，理论上当保温材质热导率为零时，管道散失的热量等于零。当保温材质热导率较大时，管道散失的热量在不同管径处随保温材质热导率的增大，其差距逐渐增大，理论上当保温材质热导率为无限大时，管道散失的热量也为无限大。

2.4 土壤热导率。对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随土壤热导率的增大而增加。土壤热导率越大，其传热热阻减小，通过土壤层的热量增多，热量从土壤层散失得越多。当土壤热导率较小时，管道散失的热量在不同管径处随土壤热导率的降低，其差距逐渐减小，但减小的幅度不大。理论上当土壤热导率为零时，管道散失的热量等于零；当土壤热导率较大时，管道散失的热量在不同管径处随土壤热导率的增大，其差距逐渐增大，但增大的幅度亦不大。不同地区，土壤热导率由于受到当地气候的影响而不同，即使同一地区，随着季节的不同，其土壤热导率也不同。从这个可以看出，靠增大或者减小土壤热导率来改变管道散失的热量，其意义不大，要靠改变管道外径才能使管道散热损失大幅度改变。

2.5 保温层厚度。管道散失的热量随保温层厚度的增大而减小，且二者之间近似成反比例关系。保温层越厚，其传热热阻越大，通过保温层的热量越小，传递到土壤的热量就越少。当保温层厚度较小时，管道散失的热量在不同管径处随保温层厚度的降低，其差距越来越大。理论上当保温层厚度为零时，管道散失的热量为无限大。当保温层厚度较大时，管道散失的热量在不同管径处随保温层厚度的增大，其差距越来越小。理论上当保温层厚度为无限大时，管道散失的热量为零。

3 集中供热管网优化设计的策略

供热网的设计需考虑它的技术性、初投资和运行中的能量输送损失这三个方面，对于一个布局已定的供热网的设计，存在着寻求这三个目标综合起来的优化问题，然而技术、经济和能量这三个目标之间是矛盾的。追求高的经济目标，将导致降低热网运行的能量目标，如何将这三个目标统一起来，形成一个综合的目标，是解决布局已定的树状热网设计最优化的关键问题。因此有必要对供热管网的优化设计进行理论分析，逐步引申和发展，以解决热网系统问题。在具体的设计供热管网过程中可以从以下方面出发来优化供热管网的设计。

3.1 优化供热网网路。室外供热管网是供热系统中投资最多、施工最繁重的部分，供热外网的网路形式对于供热的可靠性、系统的机动性、运行是否方便以及经济效益有着很大的影响。合理地确定供热管网平面的定线工作，对节省投资、保证热网安全可靠地运行和施工维修方便等，都具有重要的意义。供热管网布置原则是应在城市建设规划的指导下，考虑热负荷分布、热源位置、与各种地上、地下管道及构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素，经技术经济比较确定。供热管线平面位置的确定应遵守如下基本原则：经济上合理；技术上可靠；管线应少穿主要交通线。地上铺设的管道，不影响城市环境美观，不妨碍交通。供热管道与各种管道、构筑物应协调安排，相互之间的距离，应能保证运行安全、施工及检修方便。

3.2 采用先进技术进行供热设计。节约能源已经成为当前的社会性主题之一，与此同时有很多公司都生产节能产品，可以在施工过程中有选择的采用先进的节能技术，例如：伟业供热管道节能设备有限公司的直埋预制保温管，该产品能做到防水，防腐，防老化，抗冲击等，同时也具有高强度，高韧性，易焊接等特点，已经被广泛的采用。

4 结束语

实行集中供热后，由于燃料用量的减少，可以大量减少城市煤炭和灰渣的运输量。同时还可减少燃烧的灰渣在运输中散落所造成的空气、道路和土地的污染，有利于改善城市环境和卫生状况。城市集中供热是节能、环保的重要途径，是城市现代化的主要基础设施之一，也是经济发展、改善人民群众物质生活的重要标志之一。当前供热管网的优化设计越来越受到人们的重视，进行集中供热管网的优化设计研究不但对节约工程投资、降低供热能耗、提高效益等有着重要的意义，而且也是实现供热可靠和安全运行的重要保证。

参考文献：

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[3] 赵修玉. 浅析热水管网系统优化相关问题及求解 [J]. 科技创新导报，2009，（27）.