論集中供熱系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)與節(jié)能措施

侯俊杰

（石嘴山市皓泰熱力有限公司，寧夏石嘴山 753000）

0 引言

當(dāng)前在供熱系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，節(jié)能措施已經(jīng)成為了供熱管理部門工作環(huán)節(jié)的重中之重，在供熱工作領(lǐng)域具有極為重要的作用。不過(guò)，現(xiàn)在我國(guó)的供熱系統(tǒng)中能源消耗仍較為嚴(yán)重，這與國(guó)家提倡的綠色節(jié)能發(fā)展不相符合，也不能很好地適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展需求。因此，相關(guān)部門和工作者應(yīng)制定出可行性高且有效的節(jié)能措施，促使供熱系統(tǒng)的正常有序和穩(wěn)定運(yùn)行，從而有效實(shí)現(xiàn)資源能源的優(yōu)化配置，并最大限度發(fā)揮其利用率，更好地順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

1 供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的狀況及產(chǎn)生的原因

對(duì)供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的原因進(jìn)行分析，主要有以下5 個(gè)方面：①因富余壓頭所導(dǎo)致的流量分配不平衡，進(jìn)而產(chǎn)生了水力失調(diào)；②在選取循環(huán)水泵時(shí)，選型不當(dāng)而導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)偏離于設(shè)計(jì)值，進(jìn)而形成水力失調(diào)；③在運(yùn)行當(dāng)中的實(shí)際熱負(fù)荷跟原本所設(shè)計(jì)的熱負(fù)荷不相符，超出或是小于設(shè)計(jì)時(shí)的熱負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致了水力失調(diào)；④由于系統(tǒng)有高程差，或者是高層居民與低層居民間存在有高程差，構(gòu)成了垂直水力失調(diào)；⑤由于在運(yùn)行期間系統(tǒng)流量存在變化，如在某分支設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)施、對(duì)溫度實(shí)施調(diào)控，故而在室外溫偏低時(shí)閥門則會(huì)開大，當(dāng)室外溫過(guò)高時(shí)閥門則會(huì)關(guān)小，這就會(huì)對(duì)另一部分未裝置調(diào)節(jié)設(shè)施的用戶造成水力平衡，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)水力失調(diào)。另外，由于供電局、電廠小區(qū)居民室內(nèi)和室外供暖系統(tǒng)自建成起未做過(guò)改造，室內(nèi)采暖系統(tǒng)自建成時(shí)就未分戶系統(tǒng)，因此，室外供熱管網(wǎng)支、干路沒(méi)有設(shè)置必要的調(diào)節(jié)和控制裝置，部分管線腐蝕嚴(yán)重，閥門失靈、控制和銜接不完善等問(wèn)題已經(jīng)非常突出，每年的運(yùn)行維修費(fèi)用較高。而且由于管道敷設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，已運(yùn)行十多年，管道、管件閥門的腐蝕比較嚴(yán)重，時(shí)有漏點(diǎn)產(chǎn)生，管道保溫層和保護(hù)層損壞也比較嚴(yán)重。

總體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)、換熱站調(diào)節(jié)控制只是以換熱站二次網(wǎng)的供回水溫度為控制對(duì)象，一般情況下二次網(wǎng)供、回水溫度升高，用戶室內(nèi)溫度也升高，反之亦然，但由于受室外氣溫變化，熱源波動(dòng)、管網(wǎng)特性不同、用戶的用熱習(xí)慣及用戶建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能差別等因素的影響，特別是在分戶熱計(jì)量用戶逐漸增多、用戶用熱量變化較大時(shí)，人工調(diào)節(jié)的方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前用戶節(jié)能變化的需要。

2 消除水力失調(diào)，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的改進(jìn)方案

2.1 全面水力系統(tǒng)平衡的優(yōu)化方案

全面水力系統(tǒng)平衡是一項(xiàng)綜合性的優(yōu)化方案，其實(shí)施的主要依據(jù)在于，任何一項(xiàng)系統(tǒng)都會(huì)有靜態(tài)水力失調(diào)與動(dòng)態(tài)水力失調(diào)同時(shí)存在的狀況，而僅僅只解決其中一項(xiàng)并不能解決兩大方面問(wèn)題。所以，全面水力平衡這個(gè)優(yōu)化方案是通過(guò)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩類同步進(jìn)行調(diào)節(jié)的，進(jìn)而保證整個(gè)供熱系統(tǒng)的水力得到平衡。該方案可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜化的供熱系統(tǒng)中的水力平衡調(diào)節(jié)工作，同時(shí)還能從基礎(chǔ)和根本上來(lái)解決好靜態(tài)和動(dòng)態(tài)失調(diào)的兩大問(wèn)題，總體來(lái)說(shuō)，它能最大限度地節(jié)約能源資源的消耗。然而由于這種解決方案投入較大、施工難度偏高，所以適用范圍相對(duì)有限。除此之外，還可以通過(guò)附加阻力的方式來(lái)消除供熱用戶的富余壓頭，使得富余壓頭可以得到較好的調(diào)節(jié)，進(jìn)而更為有效地解決水力失調(diào)這一問(wèn)題。此技術(shù)也可以在一定程度上減少熱量浪費(fèi)，有一定的節(jié)能效果。

2.2 技術(shù)改進(jìn)方案

從網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，為實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)聯(lián)合監(jiān)控，對(duì)各換熱站供回水溫度及時(shí)進(jìn)行均衡調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，進(jìn)一步做好節(jié)能減排工作奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。對(duì)技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化的方案主要有3 個(gè)：①室內(nèi)采暖管道將原垂直雙管并聯(lián)系統(tǒng)改為水平雙管并聯(lián)系統(tǒng)，已達(dá)到采暖分戶目的采暖管線采用耐高溫PP-R 塑鋁穩(wěn)態(tài)管，沿地面敷設(shè)，過(guò)門處設(shè)過(guò)門彎，管線設(shè)于找平層內(nèi)；②散熱器的供水支管上安裝性能可靠的低阻力自動(dòng)溫控閥，以達(dá)到分室控溫的目的；③居民單元門口設(shè)閥門井并安裝平衡閥和鎖閉閥、溫度計(jì)等入口調(diào)節(jié)裝置。

2.3 合理控制水力平衡

供熱主要宗旨是保障用戶可體驗(yàn)到舒適室溫，但在此還需保證節(jié)能減排與降低能耗。因此實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)中的熱量平衡成為了供熱的基礎(chǔ)保障條件，故而，務(wù)必要確保水力平衡，方可保障熱力平衡，乃至于達(dá)到熱量的平衡。然而在供熱當(dāng)中，為了可靠地控制水力平衡，僅僅運(yùn)用設(shè)計(jì)計(jì)算極難達(dá)到預(yù)期效果，再優(yōu)良的設(shè)計(jì)也無(wú)法杜絕水力失調(diào)狀況。究其原因，一是因施工實(shí)況及設(shè)備材料跟預(yù)期設(shè)計(jì)相比存有差異，二是熱網(wǎng)運(yùn)行期間實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)均會(huì)致使失調(diào)發(fā)生。為了達(dá)到水力平衡依然需要靠設(shè)備來(lái)實(shí)施控制，現(xiàn)階段主要是靠設(shè)備的調(diào)節(jié)控制形式來(lái)解決水力失調(diào)狀況的?？傮w來(lái)說(shuō)，如果未對(duì)熱網(wǎng)實(shí)施監(jiān)控，則會(huì)發(fā)生失調(diào)狀況。但是供熱是針對(duì)多個(gè)取暖用戶，為了讓所有供熱點(diǎn)統(tǒng)一性和同時(shí)性的得到滿足是困難的，冷熱不均現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，即便經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的調(diào)整達(dá)到了一個(gè)暫時(shí)的平衡。但是在熱源和室外氣溫變化時(shí)，整個(gè)熱網(wǎng)又需要一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)穩(wěn)過(guò)程，這樣用戶實(shí)際供熱量就會(huì)與需要的熱量偏離很多，用戶室溫也不能保持相對(duì)穩(wěn)定，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在部分用戶室溫高和部分用戶室溫低的失衡問(wèn)題，換熱站的調(diào)節(jié)始終處于被動(dòng)狀態(tài)。所以說(shuō)，熱網(wǎng)的水力平衡需要依靠強(qiáng)大的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，總體上平衡是控制出來(lái)的。

2.4 熱源與熱風(fēng)的調(diào)節(jié)

水力與熱力的平衡存在差異，一級(jí)網(wǎng)的水力平衡實(shí)現(xiàn)了以各熱力站供熱面積的大小來(lái)配置一級(jí)網(wǎng)的循環(huán)水量，此形式僅適于當(dāng)全部換熱器均合理又保證系數(shù)全然同等的狀況下，方能做到各熱力的平衡。而此前提存在不可能性，主要原因有：①在建設(shè)最初就需將擴(kuò)容這一問(wèn)題考慮在內(nèi)，通常換熱器的功率是偏大的，以免發(fā)生功率不相匹配的狀況；②當(dāng)換熱器運(yùn)行一段時(shí)期之后，大多數(shù)會(huì)發(fā)生結(jié)垢等情況，并出現(xiàn)換熱系統(tǒng)不相符狀況；③二級(jí)網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行期間也會(huì)發(fā)生堵塞或短路狀況。故此，在調(diào)節(jié)時(shí)需將熱源、熱網(wǎng)、換熱站以及供熱用戶設(shè)置成統(tǒng)一體系，并運(yùn)用多變量的復(fù)合方式來(lái)實(shí)施控制，將大大提高其穩(wěn)定性與效果，不僅會(huì)考慮到換熱站所存在的調(diào)節(jié)情況，還可以考慮到整個(gè)熱網(wǎng)與熱源方面總的變動(dòng)狀況，然后經(jīng)調(diào)度中心做到統(tǒng)一的調(diào)節(jié)，以此完成整網(wǎng)的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)，并最大限度保障運(yùn)行的節(jié)能。實(shí)際的調(diào)控狀況主要有如下兩點(diǎn)。

2.4.1 二級(jí)網(wǎng)供回水平均溫度控制

各換熱站運(yùn)用的是相對(duì)變化量的復(fù)合控制手段，將二級(jí)網(wǎng)供回水平溫度的控制方式實(shí)施控制，對(duì)一級(jí)網(wǎng)供水流量實(shí)施調(diào)節(jié)。其優(yōu)勢(shì)是有效運(yùn)用了實(shí)際用量跟供熱總量間存在的相對(duì)變化予以調(diào)控，將其引入并給予確定性的用量目標(biāo)，在實(shí)施對(duì)用量的控制之后，可以做到及時(shí)且更為高效地呈現(xiàn)出平衡調(diào)節(jié)，在相應(yīng)地縮減或增加供熱量時(shí)，也將溫控閥隨之轉(zhuǎn)變大小，其參數(shù)的變動(dòng)也就相應(yīng)地調(diào)控在適宜周期之內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，30～60 min 可以作為一個(gè)調(diào)節(jié)周期，也可以根據(jù)管網(wǎng)特性選擇不同的調(diào)節(jié)周期。電廠作為主熱源在不變的情況下，調(diào)整時(shí)根據(jù)室外溫度變化跟蹤調(diào)節(jié)，用戶室溫的平均值變化作為熱源調(diào)節(jié)的參考量，將被動(dòng)形式的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變成整網(wǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，并實(shí)現(xiàn)分配，二級(jí)網(wǎng)溫度呈階梯的形式轉(zhuǎn)變，或增或減，相應(yīng)縮減了溫度比與時(shí)間差。

2.4.2 熱量分配法

在系統(tǒng)實(shí)施供熱期間，可以依據(jù)用戶需要取暖的面積量來(lái)計(jì)算，也可以采用平均熱量這一形式實(shí)施調(diào)控，再將供回水或回水平均溫度間轉(zhuǎn)變的量來(lái)完成復(fù)合方式的調(diào)控手段。在熱量分配方面，主要是隨著熱站的熱源在供熱環(huán)節(jié)的供熱量轉(zhuǎn)變情況來(lái)變化，當(dāng)取暖用戶進(jìn)行自主用熱時(shí)，熱站的供回水原先所呈現(xiàn)的平均溫度也就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變或變化，相應(yīng)地供熱量期間的實(shí)況也將會(huì)有所改變，按照管網(wǎng)實(shí)況的設(shè)置狀況來(lái)進(jìn)行采樣，并得出相應(yīng)的調(diào)控周期。為了將溫度轉(zhuǎn)變狀況加大而調(diào)節(jié)相應(yīng)的轉(zhuǎn)變量，可將其進(jìn)行設(shè)置：全網(wǎng)供回水所呈現(xiàn)出的平均溫值與各熱站在供回水時(shí)所呈現(xiàn)的溫度都同時(shí)減去取暖住戶的室溫值。運(yùn)用了熱源和熱站一級(jí)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的平衡性調(diào)控以及取暖住戶所需求的均衡供熱，以此縮減供熱中的過(guò)熱浪費(fèi)與資源浪費(fèi)，更完善地呈現(xiàn)了供熱期間節(jié)能效用。不過(guò)此方面的節(jié)能仍需同行專業(yè)人士共同探索與不斷研究，以探尋更為有利和高效的調(diào)控方式。

3 結(jié)束語(yǔ)

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)和快速發(fā)展的新時(shí)代，人們生活水平質(zhì)量大幅提高，對(duì)于生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。作為城市化發(fā)展中重要內(nèi)容之一的供熱系統(tǒng)也要隨之得到提升，才能滿足于社會(huì)發(fā)展與人們需求。現(xiàn)階段，當(dāng)代城市化的供熱系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)逐步成為一個(gè)復(fù)雜綜合性的工程，在運(yùn)行中使用多元化的手段可以獲得最優(yōu)結(jié)果，而且對(duì)其進(jìn)行全面細(xì)致的考慮則是一種有力保障，其中節(jié)能降耗技術(shù)是極為關(guān)鍵的。因此，在實(shí)際運(yùn)行期間要落實(shí)節(jié)能政策的引入，將節(jié)能真正落到實(shí)處，最大限度使供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平衡節(jié)能運(yùn)行，增強(qiáng)效益。