淺析集中供熱庭院管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)

李保健

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000)

集中供暖是我國(guó)冬季城市供熱的主要形式，通過遍布城市的供熱管道將大型燃煤、燃?xì)忮仩t或者熱電聯(lián)產(chǎn)的熱源，輸送至熱用戶周邊的換熱站，在熱力站內(nèi)進(jìn)行一二次熱網(wǎng)換熱，最終通過庭院網(wǎng)將熱量送入熱用戶家中。庭院網(wǎng)在集中供熱系統(tǒng)中也叫二次網(wǎng)，是整個(gè)供熱系統(tǒng)的最末端，是直接面向熱用戶的。庭院網(wǎng)的冷暖可以基本反映出熱用戶家中的冷暖。

現(xiàn)今國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)供熱企業(yè)都將熱源、熱網(wǎng)及熱力站都進(jìn)行了自動(dòng)化控制及全網(wǎng)平衡改造，可以基本解決同一熱網(wǎng)內(nèi)由于熱力站距離熱源的遠(yuǎn)近造成的供熱溫度近高遠(yuǎn)低的問題，實(shí)現(xiàn)同一熱網(wǎng)中各熱力站的熱源溫度平均分配。然而，庭院管網(wǎng)由于種種原因，造成供熱溫度不平衡，發(fā)生同一小區(qū)不同樓的供熱效果相差很大，甚至同一單元的不同住戶家中溫度相差甚遠(yuǎn)的情況。本文將對(duì)庭院管網(wǎng)分類、不熱原因及處理方法進(jìn)行詳細(xì)探討。

1 庭院管網(wǎng)及其分類

1.1 庭院管網(wǎng)概念

庭院管網(wǎng)又叫二次管網(wǎng)，一般指從小區(qū)與一次網(wǎng)接口處開始到各個(gè)樓房建筑間輸送熱水的管道，或者主街、路（市街）管網(wǎng)分支到小區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)，或者指各用熱單位內(nèi)部各個(gè)單體建筑物之間的管道。

1.2 庭院管網(wǎng)分類

目前，國(guó)內(nèi)庭院網(wǎng)分類方式大多依據(jù)管網(wǎng)敷設(shè)方式、管網(wǎng)供熱方式（如并聯(lián)串聯(lián)）進(jìn)行劃分。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)依據(jù)2007年太原市印發(fā)的《太原市民用建筑節(jié)能管理辦法》，本次將庭院網(wǎng)按照是熱用戶否為節(jié)能建筑進(jìn)行劃分為兩類：一是未進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)建造（改造）的老舊庭院管網(wǎng)，二是新型節(jié)能建筑庭院管網(wǎng)。

2 庭院管網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀

本文所研究的供熱系統(tǒng)位于山西省，集中供暖時(shí)長(zhǎng)為5個(gè)月。從2016年建成37.8 km的太古長(zhǎng)輸管網(wǎng)開始，太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司逐步對(duì)熱網(wǎng)輸送能力及平衡能力進(jìn)行突破性進(jìn)展，截至目前，總供熱面積達(dá)1.7億m以上，覆蓋全市333余萬人。同時(shí)，熱網(wǎng)已逐步形成了多熱源、大落差、長(zhǎng)距離的大型環(huán)狀管網(wǎng)，主要依靠13個(gè)熱源實(shí)施供熱，占全市城區(qū)供熱面積的72%。而且，經(jīng)過5年的運(yùn)行，一次管網(wǎng)以分公司為區(qū)域，均通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，自動(dòng)平衡。

然而，在通過各種技術(shù)手段不斷擴(kuò)大供熱面積的同時(shí)，在實(shí)際供熱運(yùn)行中，庭院管網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)水力失衡問題，尤其是供熱初期還是能接到許多的用戶投訴。這其中除去少部分是由于熱力站設(shè)備故障原因造成的不熱情況，絕大多數(shù)都是由于用戶的庭院管網(wǎng)調(diào)節(jié)不平衡或者用戶庭院網(wǎng)堵塞造成的不熱問題，其主要表現(xiàn)為，同一熱力站作業(yè)負(fù)荷范圍內(nèi)，某一座樓不熱或者同一座樓內(nèi)某一單元不熱，甚至整座小區(qū)都熱只有某座樓的某一層或者一側(cè)不熱，而解決上述問題的關(guān)鍵就在于對(duì)庭院網(wǎng)的供熱平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 庭院管網(wǎng)水力失調(diào)原因

根據(jù)大量調(diào)研和多年工作實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前許多供熱系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中供回水溫差為8～15℃，約為設(shè)計(jì)的50%，實(shí)際運(yùn)行平方米流量5kg，約為設(shè)計(jì)的2倍，經(jīng)常出現(xiàn)供熱系統(tǒng)熱源近端用戶熱，遠(yuǎn)端用戶冷的現(xiàn)象。究其原因，主要因?yàn)樵O(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等因素所致。如，設(shè)計(jì)根據(jù)理論計(jì)算，而實(shí)際管材的數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)是有差別的；建設(shè)期同樣會(huì)出現(xiàn)建設(shè)的實(shí)際條件與設(shè)計(jì)有偏差，而又未根據(jù)實(shí)際建設(shè)施工情況進(jìn)行調(diào)試或調(diào)試效果差；運(yùn)營(yíng)期熱用戶室內(nèi)隨意增減散熱器或開關(guān)閥門，供熱管網(wǎng)新接入熱用戶或停運(yùn)部分熱用戶，隨意調(diào)整網(wǎng)路分支閥門或用戶入口閥門等，這些情況皆會(huì)在一定程度上導(dǎo)致水力失衡。

3.1 未進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)建造(改造)的老舊庭院管網(wǎng)水力失調(diào)原因

2007年以前，太原市建筑絕大多數(shù)沒有按照節(jié)能建筑要求設(shè)計(jì)建造，這些建筑特點(diǎn)為樓體外部沒有進(jìn)行保溫處理，樓內(nèi)供熱管網(wǎng)絕大多數(shù)都是串聯(lián)式敷設(shè)，且缺少必要的供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃。

3.2 新型節(jié)能建筑庭院管網(wǎng)水力失調(diào)原因

2007年后，根據(jù)相關(guān)文件要求，太原市新建建筑都是按照節(jié)能建筑要求設(shè)計(jì)施工。其建筑樓體外部都裝有保溫隔熱板，樓內(nèi)供熱管道并聯(lián)敷設(shè)，同時(shí)每座樓供熱管網(wǎng)入口處、住房居民用戶每個(gè)單元、每戶都有單獨(dú)關(guān)斷閥或調(diào)節(jié)閥和熱計(jì)量表。

4 庭院管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)措施

4.1 庭院管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)原則

與城市集中供熱的一次側(cè)管網(wǎng)熱量平衡調(diào)節(jié)類似，二次側(cè)庭院網(wǎng)的調(diào)節(jié)也是一個(gè)系統(tǒng)工程。在庭院網(wǎng)的調(diào)節(jié)中，首先要明確庭院網(wǎng)內(nèi)管線分支負(fù)荷情況，熱用戶樓體結(jié)構(gòu)與保溫性能等熱用戶信息。在供熱初期首先要根據(jù)室外溫度，結(jié)合熱用戶建筑形式、散熱器種類進(jìn)行目標(biāo)回水溫度設(shè)置。一般新建小區(qū)由于樓體保溫性能好且采用地暖散熱，所以目標(biāo)溫度要略低于老舊保溫性能差的小區(qū)。其次，在熱力站二次網(wǎng)回水溫度達(dá)到設(shè)定目標(biāo)后進(jìn)行分支細(xì)化調(diào)節(jié)。一般參照管線長(zhǎng)度及供熱面積來調(diào)節(jié)流量：管線長(zhǎng)度長(zhǎng)的分支流量大，短的分支流量??；供熱面積大的分支流量大，小的分支流量??；同時(shí)結(jié)合分支回水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

同時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際供熱中，即使熱力站所有運(yùn)行參數(shù)已經(jīng)完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但由于用戶單元閥門未開、用戶管網(wǎng)頂端積氣等原因，還是有供熱不良的情況發(fā)生。這是就需要結(jié)合用戶實(shí)際使用情況，尤其是用戶反饋甚至是投訴進(jìn)行更細(xì)化的調(diào)節(jié)。

在接到用戶不熱反饋時(shí)，應(yīng)首先了解不熱范圍的大小，是一戶不熱還是某一單元或一座樓供熱整體不良，同時(shí)結(jié)合熱力站內(nèi)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，應(yīng)該根據(jù)庭院網(wǎng)的新舊程度采取不同的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)處理。

4.2 未進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)建造(改造)的老舊庭院管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)

2007年前的老舊管網(wǎng)，如前文所述2007年前的老舊管網(wǎng)，在實(shí)際運(yùn)行中大多存在管網(wǎng)敷設(shè)路徑不清、管網(wǎng)分支粗狂，同時(shí)管網(wǎng)老化嚴(yán)重的情況，用戶樓體保溫性能差，大多為串聯(lián)式管道布局。針對(duì)這種老舊庭院管網(wǎng)的調(diào)節(jié)一直都是行業(yè)內(nèi)的難點(diǎn)，尤其是在考慮到能效成本的情況下。因此，在為這類熱用戶提供供熱服務(wù)前，應(yīng)先同用戶產(chǎn)權(quán)單位進(jìn)行協(xié)調(diào)，在供熱前先提高管網(wǎng)質(zhì)量，同時(shí)在熱力站內(nèi)多設(shè)計(jì)分支出口。如，我公司有一座新建熱力站所帶五萬平米負(fù)荷，均為老舊小區(qū)，同時(shí)分為6家產(chǎn)權(quán)單位，故該熱力站設(shè)計(jì)時(shí)就針對(duì)每個(gè)產(chǎn)權(quán)單位設(shè)計(jì)一個(gè)分支出口，方便調(diào)節(jié)與管理等。同時(shí)，在庭院網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)充分考慮老舊管網(wǎng)的承壓能力和管網(wǎng)熱脹冷縮的承受力，在滿足供熱符合要求的前提下將庭院管網(wǎng)壓力與溫度值適當(dāng)調(diào)低，尤其是在運(yùn)行剛開始時(shí)管網(wǎng)升溫一定要慢。而且，調(diào)節(jié)也應(yīng)盡量遵循“近小遠(yuǎn)大、低小高大”進(jìn)行調(diào)節(jié)，并考慮到串聯(lián)式管網(wǎng)布局的庭院網(wǎng)散熱特性，尤其應(yīng)當(dāng)重視通過加大循環(huán)泵流量來提高換熱量的升溫方式。

4.3 新型節(jié)能建筑庭院管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)

2007年后的新建用戶，如前文所述2007年后的新建用戶在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)熱用戶樓內(nèi)管線都做了分支細(xì)化，所以在調(diào)節(jié)這類庭院管網(wǎng)時(shí)，首先應(yīng)摸清庭院網(wǎng)分支情況，在壓力、溫度、二次網(wǎng)循環(huán)泵滿足熱力站負(fù)荷要求的設(shè)定值的前提下，可依據(jù)各分支回水溫度判斷庭院網(wǎng)平衡情況，通過調(diào)整庭院網(wǎng)分支閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體的，應(yīng)總體按照“近小遠(yuǎn)大、低小高大”的原則對(duì)閥門開度進(jìn)行調(diào)整，使得遠(yuǎn)端分支回水溫度與近端分支回水溫度平衡，負(fù)荷面積大的分支回水溫度與負(fù)荷面積小的回水溫度平衡。

二網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)每個(gè)用戶的用熱流量由每個(gè)用戶閥門的開度大小決定，無需安裝單元調(diào)節(jié)閥或者管網(wǎng)分支調(diào)節(jié)閥。相比單元閥回水溫度調(diào)節(jié)，戶用二網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)方案有明顯的優(yōu)勢(shì)。二者對(duì)比情況如表1所示。

表1 戶用二網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)閥與單元閥調(diào)節(jié)閥對(duì)比

通過用戶二網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，直接做到最末端的精細(xì)化流量分配，既可以解決水平失調(diào)，還可以解決垂直失調(diào)。本公司某熱力站至用戶樓棟內(nèi)分戶裝置及用戶室內(nèi)采暖系統(tǒng)節(jié)能改造二網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，硬件系統(tǒng)及通訊示意圖如圖2所示。

4.4 庭院網(wǎng)的升級(jí)改造

在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間，由于種種原因的限制，我國(guó)供熱行業(yè)一直面臨著一次網(wǎng)年年擴(kuò)網(wǎng)改造，庭院網(wǎng)卻很少升級(jí)改造的困境。如，太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司很多接入供熱服務(wù)的老舊庭院網(wǎng)甚至超過三十年，這些管網(wǎng)長(zhǎng)期得不到升級(jí)養(yǎng)護(hù)， “跑冒滴漏”是常見現(xiàn)象，在運(yùn)行中出現(xiàn)管道破裂時(shí)哪壞修哪也是司空見慣。近幾年，隨著政府推行老舊小區(qū)的“穿衣戴帽”工程以及“一戶一表”工程，逐漸開始對(duì)這些老舊小區(qū)進(jìn)行庭院網(wǎng)的改造。雖然庭院網(wǎng)的產(chǎn)權(quán)屬于熱用戶，但是供熱企業(yè)為了今后的服務(wù)質(zhì)量，應(yīng)該在用戶庭院網(wǎng)改造中發(fā)揮積極地作用提出合理的意見。如，合理細(xì)化分支加裝閥門，在管網(wǎng)高點(diǎn)加裝排氣裝置，在管網(wǎng)關(guān)鍵位置修建管道井等。

圖1 二網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 二網(wǎng)硬件系統(tǒng)及通訊示意圖

5 庭院管網(wǎng)動(dòng)態(tài)水力調(diào)節(jié)的必要性

集中供熱系統(tǒng)是我國(guó)北方城市建筑用能大戶，占總能耗的40～60%。目前，二次管網(wǎng)中，輸配系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化調(diào)節(jié)大多采用量調(diào)節(jié)方法，建筑室內(nèi)溫度一般采用單回路控制，然而供熱管網(wǎng)各支路間具有水力耦合特性，此種控制易導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生震蕩，造成管網(wǎng)水力失衡、室內(nèi)供熱溫度與需求溫度偏差較大，同時(shí)會(huì)引起運(yùn)行能耗增加。

動(dòng)態(tài)水力平衡是二次管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化控制的前提和難點(diǎn)，也是減小我國(guó)集中供熱系統(tǒng)單位建筑面積能耗相比發(fā)達(dá)國(guó)家高3倍的重要途徑。在二次管網(wǎng)已完成靜態(tài)水力平衡初調(diào)節(jié)的前提下，以輸配系統(tǒng)運(yùn)行能耗最小為目標(biāo)，利用電網(wǎng)圖論建立二次管網(wǎng)復(fù)雜多元非線性水力工況模型等，建立基于遺傳算法的二次網(wǎng)輸配系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化調(diào)節(jié)模型，以實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)水力平衡的二次管網(wǎng)輸配系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化調(diào)節(jié)，是非常有必要進(jìn)行下一步研究和實(shí)踐的。

6 結(jié)語

集中供熱企業(yè)是民生企業(yè)。隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)冬季供熱質(zhì)量的要求也越來越高。庭院網(wǎng)是整個(gè)集中供熱的最末端，也是最貼近用戶的一端，庭院網(wǎng)的調(diào)節(jié)關(guān)乎供熱服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，在調(diào)節(jié)時(shí)一定要精準(zhǔn)分類，系統(tǒng)化、精細(xì)化的調(diào)節(jié)，如可以根據(jù)熱用戶是否為節(jié)能保溫建筑進(jìn)行分類，對(duì)熱用戶建筑供熱耗能分別預(yù)判，以此為依據(jù)對(duì)庭院網(wǎng)溫度進(jìn)行控制，同時(shí)在沒有庭院網(wǎng)供熱管道敷設(shè)詳圖等信息時(shí)，還可根據(jù)是否為節(jié)能保溫建筑對(duì)供熱管網(wǎng)的老舊程度進(jìn)行估判，方便運(yùn)行期間的精細(xì)化調(diào)節(jié)，從而可以讓用戶、企業(yè)、政府都滿意放心。