供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)方法的研究

楊猛　鄭振玉

摘 要：在設(shè)計(jì)管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，熱網(wǎng)系統(tǒng)水力穩(wěn)定性是重要指標(biāo)，它可以指導(dǎo)管網(wǎng)參數(shù)的合理選擇，幫助供熱企業(yè)確定合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，文章將重點(diǎn)介紹供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)方法的研究，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：供熱管網(wǎng)；水力平衡；調(diào)節(jié)方法

我國(guó)北方地區(qū)集中供熱普及率逐年提高，供熱管網(wǎng)普遍存在的最突出的問(wèn)題是高、低溫水管網(wǎng)系統(tǒng)水力失衡，能源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。對(duì)于一個(gè)運(yùn)行良好的供熱系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)或增減熱網(wǎng)系統(tǒng)熱負(fù)荷時(shí)，水力平衡及穩(wěn)定性基本不受干擾。通過(guò)對(duì)水力工況的調(diào)節(jié)，可以明確系統(tǒng)的控制效果，找到系統(tǒng)控制中的薄弱環(huán)節(jié)，確定相應(yīng)的調(diào)節(jié)手段和對(duì)應(yīng)策略。

1 熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式

以熱源廠作為主要熱源的城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)，熱力網(wǎng)的供回水溫度、調(diào)溫曲線和調(diào)節(jié)方式將關(guān)系到系統(tǒng)設(shè)備選型、熱力網(wǎng)的管徑、系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。為使熱用戶室溫達(dá)到設(shè)計(jì)要求，除在系統(tǒng)運(yùn)行前需要進(jìn)行初調(diào)節(jié)之外，還應(yīng)在整個(gè)供暖季節(jié)隨室外氣溫的變化，隨時(shí)或分階段對(duì)供水溫度、流量等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)

2.1 水力失調(diào)

當(dāng)前在集中供熱系統(tǒng)中無(wú)論直供管網(wǎng)還是間供管網(wǎng)，影響供熱質(zhì)量的最大問(wèn)題仍然是熱源或換熱站附近用戶室溫超標(biāo)，遠(yuǎn)處用戶室溫過(guò)低，用戶室溫不達(dá)標(biāo)便私自安裝小型循環(huán)泵、甚至采取大量放水等方法，這是熱網(wǎng)普遍存在的水力失調(diào)問(wèn)題。有些供熱企業(yè)為了解決這一問(wèn)題，采取加大供熱量，或是更換大功率的循環(huán)水泵。結(jié)果問(wèn)題不但沒(méi)有得到很好的解決，而且進(jìn)一步造成了能源浪費(fèi)。供熱效果好壞實(shí)際上是流量（熱量）合理分配的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題不可能在設(shè)計(jì)階段完全解決，即使設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行情況良好，水力不平衡的情況也會(huì)出現(xiàn)在每個(gè)輸配環(huán)節(jié)中。若要在整個(gè)供熱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)良好的水力工況，必須在運(yùn)行階段進(jìn)行認(rèn)真地、反復(fù)地、細(xì)致地調(diào)節(jié)。實(shí)踐證明，解決水力失調(diào)問(wèn)題的關(guān)鍵在于調(diào)控設(shè)備。以前曾經(jīng)用調(diào)節(jié)閥等，這樣不但都需要分層次調(diào)節(jié)，而且必須反復(fù)調(diào)節(jié)、經(jīng)常調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的工作量相當(dāng)大，而且只能在一定程度上改善熱網(wǎng)的水力工況，不能從根本上消除水力不平衡狀態(tài)。目前大多數(shù)供熱企業(yè)都不同程度地處在這種調(diào)控階段。

管網(wǎng)系統(tǒng)水力計(jì)算時(shí)，為使計(jì)算更接近實(shí)際管網(wǎng)運(yùn)行工況，尚需考慮如下幾種情況：

2.1.1 熱負(fù)荷的準(zhǔn)確性。熱負(fù)荷的準(zhǔn)確性與否直接涉及到各支路熱量配置的合理性、科學(xué)性。綜合熱指標(biāo)的確定常規(guī)是依據(jù)構(gòu)筑物的使用性質(zhì)及供熱面積與熱指標(biāo)采取加權(quán)平均得出綜合熱指標(biāo)值?？紤]國(guó)家對(duì)節(jié)能建筑的要求，在建、擬建節(jié)能建筑物綜合熱指標(biāo)按 較低選取的原則。在二次網(wǎng)水力計(jì)算中，需要增加一些內(nèi)容，如構(gòu)筑物位置、朝向、樓層高低、墻體保溫狀況等等。

熱指標(biāo)合理性是熱負(fù)荷確定準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。管道阻力計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集整理工作比較繁雜，此過(guò)程需細(xì)致準(zhǔn)確，否則會(huì)影響管網(wǎng)水力計(jì)算結(jié)果，導(dǎo)致管網(wǎng)水力失調(diào)。

2.1.2 管網(wǎng)剩余壓頭的消除。在進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員大多遵循著這樣的設(shè)計(jì)原則：先滿足最不利點(diǎn)的資用壓頭，這樣使得其他各個(gè)點(diǎn)的資用壓頭過(guò)大，而且越是距熱源或換熱站近剩余壓頭越大，解決的辦法只能是通過(guò)調(diào)節(jié)管徑或加裝調(diào)節(jié)手段的方式消耗掉資用壓頭的富裕量，而管道管徑可選擇種類并不多，閥門(mén)調(diào)節(jié)功能也是有限度的，這樣必然使流量分配偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，導(dǎo)致用戶冷熱不均。而在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中管道、水泵、散熱器等選型常常都會(huì)習(xí)慣地采用一定的保險(xiǎn)系數(shù)，這就造成了先天性的水力失調(diào)。

2.2 科學(xué)可行的調(diào)控手段

2.2.1 必要的調(diào)控手段。要實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)平衡，除了上述設(shè)計(jì)理念，還需必要的調(diào)控手段。但現(xiàn)實(shí)中往往由于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、閥門(mén)質(zhì)量等因素，造成管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，各用戶可調(diào)控級(jí)數(shù)不同，某些用戶甚至直接接于近端干管上，造成熱力系統(tǒng)難于平衡。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了能夠保證近端用戶可控級(jí)數(shù)達(dá)到數(shù)量上最多，對(duì)于支干線需要不斷地增加延展，并且保證末端不斷向后延展、分級(jí)，但是末端管網(wǎng)一定要保證分級(jí)數(shù)量減少，并根據(jù)供熱的具體需求適當(dāng)加大管徑，從而保證管網(wǎng)調(diào)節(jié)的平衡。

2.2.2 流量調(diào)節(jié)閥安裝。針對(duì)各個(gè)構(gòu)筑物的入口進(jìn)行增設(shè)自力式流量調(diào)節(jié)閥以及自力式流量平衡閥，將平衡閥設(shè)置在管網(wǎng)的分支處，這對(duì)于加強(qiáng)管網(wǎng)平衡的調(diào)節(jié)有著十分重要的意義。

2.2.3 相對(duì)增大用戶系統(tǒng)的壓降。提高熱網(wǎng)水力穩(wěn)定性必不可少的主要方法是相對(duì)增大用戶系統(tǒng)的壓降，然而這一必需的方法并未得到常規(guī)設(shè)計(jì)的高度重視，預(yù)留的剩余壓頭太小，無(wú)法滿足正常需要。這種做法雖然一定程度上能夠降低整個(gè)管網(wǎng)的資用壓頭、節(jié)省電能，但是確造成了熱網(wǎng)的水力穩(wěn)定性嚴(yán)重下降。提高管網(wǎng)的壓差，增加了耗電量，但帶來(lái)的卻是提高了熱網(wǎng)水力工況的穩(wěn)定性，改善了熱網(wǎng)的水力工況，使全網(wǎng)減少了無(wú)效熱能和電能的消耗。

2.3 實(shí)施分布式混水加適當(dāng)調(diào)控手段

常規(guī)供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)采用換熱站內(nèi)集中設(shè)置循環(huán)水泵的，若實(shí)施分布式混水循環(huán)方式可以消除近端壓差大遠(yuǎn)端壓差小的弊病，再適當(dāng)輔以調(diào)控手段，則可有效地解決水力失調(diào)問(wèn)題。該方式在解決水力失調(diào)的同時(shí)還節(jié)約了電耗。換熱站集中循環(huán)系統(tǒng)造成近端熱用戶壓差過(guò)大，以至于不得不加裝流量調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行限流，造成大量電能的無(wú)謂浪費(fèi)。采用分布式混水泵系統(tǒng)，會(huì)造成上述電能的浪費(fèi)，而且大力降低主循環(huán)泵配套電機(jī)功率，從而在最小的耗電功率的條件下達(dá)到合理供熱量的輸送，因此分布式混水技術(shù)備受青睞。

3 提高對(duì)管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)認(rèn)識(shí)

水力失調(diào)是供熱管網(wǎng)普遍存在的現(xiàn)象，它的出現(xiàn)造成近端過(guò)熱，遠(yuǎn)端過(guò)冷的狀況，雖然通過(guò)系統(tǒng)水力計(jì)算解決了部分管網(wǎng)阻力平衡問(wèn)題，但管網(wǎng)的運(yùn)行工況十分復(fù)雜，不可能在設(shè)計(jì)階段完全解決。

城市不斷發(fā)展伴隨著規(guī)劃調(diào)整、供熱面積增加、熱網(wǎng)增容、熱負(fù)荷變化等對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)影響巨大，系統(tǒng)阻力相應(yīng)隨之增加，各點(diǎn)作用點(diǎn)壓頭不斷變動(dòng)。管網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)由平衡到不平衡過(guò)程，形成對(duì)管網(wǎng)水力工況重新計(jì)算和再調(diào)整過(guò)程。如果認(rèn)識(shí)不到重新計(jì)算和再調(diào)整的重要性，必然會(huì)降低供熱系統(tǒng)的效率，惡化供熱質(zhì)量，同時(shí)能耗和運(yùn)行費(fèi)用也大幅度增加，特別是供熱面積大、管線距離長(zhǎng)、分支節(jié)點(diǎn)多，用戶結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型管網(wǎng)就顯得更為突出。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要保證良好效果，就需要各方面共同努力。供熱系統(tǒng)節(jié)能作為建筑節(jié)能的一個(gè)重要部分，應(yīng)引起人們的高度重視，而供熱管網(wǎng)的水力平衡調(diào)試是供熱系統(tǒng)節(jié)能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。供熱管網(wǎng)水力平衡實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶流量按需分配，達(dá)到各自的設(shè)計(jì)流量，決定著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效果，也是節(jié)能運(yùn)行的前提條件。但在實(shí)際中，供熱管網(wǎng)水力失調(diào)是長(zhǎng)期困擾供熱單位的一種比較普遍的現(xiàn)象，在部分熱用戶達(dá)不到供暖溫度的同時(shí)，部分熱用戶則發(fā)生了過(guò)量供熱，不得不開(kāi)窗放熱，造成了供熱質(zhì)量下降和能源的巨大浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)合理有效的調(diào)試，減小水力平衡度的波動(dòng)范圍，改善熱媒供熱品質(zhì)、提高熱用戶滿意率、降低供熱能耗，是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的有效途徑。

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