探討城市集中供熱管網的優化設計

張皓

摘?要：隨著城市化進程的不斷加快，城市供熱需求呈現出日益增長的趨勢。城市集中供熱作為一種高效、經濟的供熱方式，得到了廣泛應用。然而由于城市供熱管網的規模較大、復雜度較高，時常存在著能源浪費、供熱效果不佳等問題。因此，對城市集中供熱管網進行優化設計具有重要的理論和實際意義。首先闡述了城市集中供熱管網的優勢，接著對當前供熱管網設計存在的問題進行分析，并在優化設計上給出了相應對策，希望能給相關領域人員一定的參考和借鑒。

關鍵詞：城市供熱??集中供熱管網??優化設計??能源消耗

中圖分類號：S611

Discussion?on?the?Optimization?Design?of?Urban?Centralized?Heating?Pipe?Networks

ZHANG?Hao

（Tianshui?Branch，?Shaanxi?Guoxiang?Boiler?Group?Co.，?Ltd.，?Tianshui，?Gansu?Province，?741000?China）

Abstract：?With?the?continuous?acceleration?of?urbanization，?the?demand?for?city?heating?is?showing?an?increasing?trend.?As?an?efficient?and?economical?heating?method，?urban?centralized?heating?has?been?widely?used.?However，?due?to?the?large?scale?and?high?complexity?of?urban?heating?pipe?networks，?there?are?often?problems?such?as?energy?waste?and?poor?heating?effect，?so?the?optimization?design?of?urban?centralized?heating?pipe?networks?has?important?theoretical?and?practical?significance.?Firstly，?the?advantages?of?urban?centralized?heating?pipe?networks?are?elaborated，?then?problems?in?the?current?design?of?heating?pipe?networks?are?analyzed，?and?corresponding?strategies?are?given?for?optimization?design.?hoping?to?provide?some?reference?and?models?for?relevant?personnel?in?the?field.

Key?Words：?City?heating;?Centralized?heating?pipe?network;?Optimization?design;?Energy?consumption

在城市集中供熱管網系統中，通過合理的規劃和設計，可以提高供熱系統的效率，降低能源消耗，減少環境污染。通過科學的管網布局，可以最大限度地縮短供熱管道的長度，降低傳熱損失，提高能源利用效率。優化供熱管網的管徑和材料選擇，可以減小管道的阻力，提高流體運行效果，從而降低能耗。此外，采用先進的監測技術和控制系統，可以實時監測供熱管網的運行狀態，及時調整供熱水溫、流量等參數，達到精確供熱的目的。

1??城市集中供熱管網的優勢

• ??供熱質量高

城市集中供熱管網能夠確保供熱質量的穩定和一致性。由于采用中央供熱系統，供熱源集中于一處，并通過管網將熱能傳輸到各個用戶，避免了分散供熱過程中可能出現的能量損失和質量不穩定問題。這種集中供熱方式能夠提供持續穩定的供熱溫度和壓力，不受季節變化和氣候條件的影響，確保用戶獲得舒適的供熱環境。城市集中供熱管網具有監控和維護便捷的優勢。通過建立智能化的監測系統，可以實時監測供熱網絡中的各種參數，這種集中的監控和維護機制可以大大提高供熱系統的可靠性和穩定性，減少供熱故障對用戶的影響。城市集中供熱管網能夠實現資源的合理利用和能源的節約。在集中供熱系統中，利用高效的供熱設備和技術，可以將能源轉化為熱能并傳輸到用戶，避免了分散供熱方式中燃煤、燃氣等傳統能源的浪費和污染[1]。通過采用先進的節能技術，如余熱利用、能量回收等，可以最大限度地提高能源利用效率，降低能源消耗和環境污染。

• ??減少空氣污染

集中供熱管網采用了高效環保的能源轉化技術，如燃煤、發電廠余熱、生物質能等，使得能源利用更加充分。相較于分散供熱方式中使用的小型燃煤鍋爐，集中供熱系統中的大型鍋爐在燃燒過程中可以更加完全地燃盡煤炭，減少燃燒廢氣的排放，從而降低對空氣的污染。

集中供熱管網通過建設完善的排放治理設施，對鍋爐燃燒產生的廢氣進行有效凈化處理。這些設施包括顆粒物捕集器、脫硫裝置、脫硝設施等。通過嚴格的排放標準和監管機制，集中供熱系統能夠有效降低二氧化硫、氮氧化物等有害氣體的排放量，改善了城市空氣質量。

• 自動化程度高

城市集中供熱管網利用先進的傳感技術和自動控制系統，能夠實時監測和調節供熱設備的運行狀態。通過精確的數據采集和分析，系統可以自動調整供熱水溫、流量以及供熱設備的運轉。這種自動化程度使得供熱系統能夠根據室內外溫度變化、用戶需求等因素進行智能化調節，達到節能、環保的目標。

城市集中供熱管網的自動化程度使得供熱管理更加便捷。系統可以遠程監控和控制供熱設備的運行，減少了人工巡檢和維護的需求。同時，自動化的報警和故障檢測功能能夠及時發現和解決供熱系統的問題，提高了供熱的可靠性和安全性[2]。

城市集中供熱管網的自動化程度還能夠提供更多的服務和便利。例如：通過智能化的用戶管理系統，居民可以方便地查詢和調整自己的供熱需求，實現個性化的溫控。同時，自動化的計量系統也可以準確地記錄每戶用戶的供熱用量，實現公平計費和節能監測。

2??城市集中供熱管網設計問題

2.1??管網布局不合理

2.1.1?管網布局不合理導致熱能傳輸效率低下

在一些城市中，供熱管網的布置過于分散，管道長度增加，熱能傳輸距離加長，導致能量損失增大。這不僅浪費了大量的能源，也使用戶在使用過程中感受到熱力不均衡的問題。合理的管網布局應該考慮熱負荷集中的區域，減少管道長度，提高能源利用率，同時降低用戶的供熱成本。

2.1.2?管網布局不合理會造成運維困難

如果供熱管道的布局過于復雜，交叉糾纏，將增加管道的維護和管理難度；當發生管道事故或者維修時，人工定位和處理問題將變得非常困難，增加了維修的時間和成本。因此，在管網設計中應該注重優化布局，盡可能減少交叉和錯綜復雜的管道，便于運維管理人員的操作和維護工作。

2.2??凝結水問題

凝結水指的是在管道內部形成的水蒸氣冷凝后產生的液態水。由于管道中的熱傳遞，熱能會通過管壁傳導到周圍環境，導致管道表面溫度降低。當管道表面溫度低于空氣中的露點溫度時，水蒸氣就會在管道表面冷凝成水滴。這些水滴會不斷積聚，在管道內形成凝結水[3]。

2.2.1?凝結水問題面臨的挑戰或凝結水問題的影響

首先是污染問題。凝結水通常攜帶著一定量的雜質和腐蝕性物質，這些物質會對管道和設備造成損害。其次是能量損失。凝結水的形成意味著熱能的損失，這會導致供熱效率下降，增加了供熱系統的運行成本。此外，凝結水的積聚還會影響管道的流量和熱交換效果，進一步降低供熱系統的性能。

2.2.2?解決措施

為了解決凝結水問題，需要采取一系列措施。首先是加強管道的保溫設計，提高管道表面溫度，降低凝結水形成的可能性。其次是對供熱管網進行良好的水處理，去除水中的雜質和腐蝕性物質，減少污染對管道的損害。此外，還可以通過增加排放口、設置傾斜管段等方式，引導凝結水自然排出，減少積聚。同時，定期進行清洗和維護，及時清理管道內的凝結水，保持供熱系統的正常運行。

2.3??供熱管道保溫層問題

2.3.1?供熱管道保溫層的厚度不均勻

對于長距離輸送熱能的供熱管道來說，保溫層的厚度應當是按照設計要求進行施工，以保證整個管道的保溫性能。然而，在實際施工中，由于施工質量控制不到位或者其他因素，保溫層的厚度會出現差異，導致部分區域熱能損失過大，影響供熱效果[4]。

2.3.2?供熱管道保溫層的材料選擇

常見的保溫材料包括聚氨酯泡沫、硅酸鹽保溫板等，這些材料具有良好的保溫性能和耐候性。然而，在實際應用中，部分施工單位可能為了節約成本而選擇劣質的保溫材料，導致保溫層的性能不達標，無法滿足供熱管道的保溫需求，進而造成能量的損失。

2.3.3?供熱管道保溫層的維護

由于保溫層處在管道表面，容易受到外界環境的影響，如雨水、日曬等。長時間的自然暴曬和惡劣天氣條件可能導致保溫層的老化、脫落或破損，進而影響供熱管道的保溫效果。因此，定期對供熱管道的保溫層進行檢查和維護是至關重要的。

3??城市集中供熱管網設計優化措施

3.1??合理設計管網布局和管線走向

3.1.1?合理設計官網布局

在管網布局上，應根據城市的地形、用能需求和建筑密度等因素進行科學規劃。通常情況下，可以采用“環路+支線”方式，即在城市主干道周邊建設環形主干道，然后再延伸出各個支線管道連接到具體的用戶。這種布局有利于降低管網阻力、提高供熱效率，并且具有較好的容錯能力。

3.1.2?管線走向遵循原則

（1）最短距離原則：盡量選擇最短的路徑連接供熱站和用戶，減少能源輸送過程中的能量損失。同時，應考慮管線與其他基礎設施（如水、電、通信等）的交叉干擾問題，避免不必要的管線沖突和重復建設。

（2）利用地下空間：優先考慮利用地下空間敷設管線，減少對地面的占用和對城市景觀的影響。地下敷設還能提高供熱系統的安全性和穩定性。

（3）考慮未來發展：在設計管網布局時，應預留一定的余地和擴展空間，以適應城市未來發展和能源需求的變化?？梢栽O置預留管道段或者采取分段建設的方式，確保供熱系統具備良好的可拓展性和升級能力。

（4）用戶需求優先：根據用戶集中度和供熱需求量，合理安排管網走向。一般而言，可優先考慮供熱需求較大的區域，避免管網過度集中或者過度分散造成供熱不均衡的問題。

3.2??供熱管道凝結水問題的解決

3.2.1?合理設計供熱管網結構

應充分考慮管道斜度和排放口設置，以便凝結水能夠順利排出。管道的斜度可以通過科學計算得出，保證凝結水能夠沿著管道自然流動，并集中排出。同時，在安裝供熱管網時，應設置足夠數量的排放口，方便凝結水的排放和清除。

3.2.2?加強管網維護管理

定期檢查和清理供熱管網是預防凝結水問題的有效手段。通過定期巡檢，及時發現管道內部的凝結水積聚情況，并采取相應的清理措施。清理凝結水可以采用物理、化學方法，如高壓水沖洗、化學除垢等，以保持管道的暢通。

3.2.3?熱力站的控制系統升級

通過引入先進的控制系統和自動化技術，可以更好地監測和調整供熱管網的運行狀態?？刂葡到y可以實時監測管道溫度、流量等參，并根據需要進行自動調節。通過合理的調節，可以減少凝結水的生成，從而降低凝結水問題的發生概率[5]。

3.3??供熱管網的管徑及平面布置

3.3.1??供熱管網的管徑選擇

管網管徑的選擇需考慮到供熱管網的輸熱性能和輸配熱負荷。一般來說，主干管采用較大的直徑以提高流量和減小水力損失；次干管和末端支管采用適當的徑以滿足局部熱負荷，并避免過大的網絡流通能力損失。此外，還應考慮管道的質和厚度，以確保安全使用和耐久性。

3.3.2?供熱管網的平面布置

在管網平面布置方面，應遵循一定的原則。首先，需要考慮管道敷設的路徑和周圍環境條件，如道路交叉口、建筑物布局、綠化帶等因素，避免對城市交通和景觀造成不必要的影響。其次，根據熱負荷的分布和供熱區域的特點，合理劃分供熱子區，每個子區內的管網布局要簡潔、緊湊，減少管道長度和冷卻損失。最后，要考慮供熱管網的可操作性和維護性，合理設置檢修孔、排氣閥、閥門等設施，方便工作人員進行日常巡查和維修。

4??結語

通過城市供熱管網的優化設計，能夠有效提高供熱系統的效率，確保能源資源得到最大程度的利用。合理的管網布局，能夠減少熱量傳輸過程中的損失，降低熱能消耗，從而減少能源浪費和環境負擔。同時優化設計能夠提升供熱服務的質量和可靠性。通過合理選擇管道材料、布設方式和參數配置，能夠減少故障和維修頻率，降低用戶用熱不足或過剩的風險，提升供熱的穩定性和舒適度。此外，優化設計還可以促進城市的可持續發展。通過推廣清潔能源利用和采用智能控制技術，可以降低碳排放和污染物的釋放，改善空氣質量，提升城市環境品質和居民生活質量。

參考文獻

[1]屠麗娟，周恩澤，丁雪峰，等.供熱管網系統控制方案及其模糊評價[J].現代電子技術，2021（19）：105-108.

[2]劉向東.濰坊市中心城區供熱現狀與發展研究[J].建設科技，2020（2）：66-69.

[3]張冬至.解決供熱管網末端用戶不熱問題的方法研究[J].中國住宅設施，2020（1）：98-99.

[4]王森.影響供熱管網工程質量因素及控制措施分析[J].山西建筑，2020（15）：108-109.

[5]王婷婷，蘇紅鄉.波紋補償器在城鎮供熱管網設計中的選型及計算分析[J].中國建筑金屬結構，2020（9）：66-67，71.

[6]劉煜，陳繼志，鄭霏，等.城鎮供熱管網波紋管腐蝕失效及預防措施研究現狀[J].材料開發與應用，2022，37（1）：84-91.