随着我国城镇化进程不断推进,建筑能耗呈逐年上升趋势,而集中供热是目前建筑耗能里最具节能潜力的部分。通常在集中供热管网设计过程中,仅凭经验设计会使得管网前期投资增加,进而导致运行阶段存在水力失调的问题,难以满足管网安全性与经济性要求。另外,运行调节过程中供热量和热负荷不匹配问题,使得水泵能耗过高,能源浪费严重。对集中供热管网进行管路设计优化可以最大限度降低建设和运行成本;而管网的运行调节优化可以提高安全可靠性,提升供热品质,降低供热成本。因此,集中供热管网的设计运行调节优化对满足我国节能减排的要求具有重要意义。本文以长春第三热电厂某集中供热管网为研究对象,对其设计与运行优化展开了相关研究。首先,对管网的工程信息汇总分析,并应用EPANET软件建立管网拓扑模型,对现有管网管路设计进行验证。以管网的年折算费用为目标函数,应用遗传算法构建了管网设计优化模型,对管网进行管路设计优化。对比分析采用不同变异概率、交叉概率、电价以及负荷率时对管径优化的影响规律及对整个优化数学模型求解结果的影响。对比结果显示:变异概率为0.1,交叉概率为0.4时,管网投资年折算费用最低为901.15万元,且优化了管路中存在问题的管段。通过电力价格的变化和管网负荷率的变化对管径优化的影响分析,验证了管网管路设计优化方案具有通用性。其次,结合网络图论和回路矩阵计算模型,建立了管网水力工况数学模型,采用MKP法对回路矩阵进行求解,并利用Hac Net软件校核该算法的准确性,由此对管网水力失调和其产生的原因进行了详细分析,并提出相应的提高管网水力稳定性的措施。本文采用python编程语言编写水力初调节模拟分析软件,该软件可实现智能寻优水力平衡,应用该软件对管网初调节分析优化,在水力初调节前,该供热管网的35个换热站,高达20个存在水力失调现象,经工程现场水力调节后,全部用户均达到水力平衡。再次,基于管网2019-2020采暖季的运行工况统计分析,结合水泵并联变频运行的综合效率和变负荷水泵节能运行策略,对管网采用质调节、量调节以及两阶段和三阶段的变流量质调节进行分析,绘制了管网流量、供回水温度及温差变化曲线;并以循环泵耗电量最小为目标,优化出四种不同运行调节方式下管网最佳调节方式。结果显示:管网采用三阶段变流量质调节的能耗最低,与质调节方式相比电耗节约46.9%。最后,在管网运行调节过程中,水泵采用不同变频运行调节方式时,水泵的效率、功率和能耗都有所不同。本文结合试验系统,分析水泵在不同变频模式下以及不同管网负荷率下,随着频率的变化,水泵装置的功率及效率的变化情况,分析得出同步变频运行模式优于异步变频与定变结合模式。