王躍飛
(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司第五供熱分公司,山西 太原 030000)
伴隨著集中供熱事業(yè)的快速發(fā)展,用戶對(duì)于供熱服務(wù)的要求也越來(lái)越高。如何打通用戶服務(wù)的最后一公里成為目前供熱行業(yè)的探討焦點(diǎn),而做好二次網(wǎng)、樓棟單元、各戶之間的平衡調(diào)整,實(shí)現(xiàn)戶間平衡、降低投訴,在不增加能耗的情況下提升供熱能力成為有效的手段。本文針對(duì)不同的二次網(wǎng)形式,提出了部分實(shí)用的二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)方法,并通過(guò)調(diào)節(jié)實(shí)例證實(shí)了方法的有效[1]。
目前,太原市東山地區(qū)某熱力公司共有熱力站261座,供熱面積約1 788.27萬(wàn)m2,涉及450個(gè)用戶單位,服務(wù)用戶18.3萬(wàn)戶。該區(qū)域內(nèi)二次網(wǎng)可以按照二次網(wǎng)和樓棟(單元)立管的形式進(jìn)行分類,按照樓棟(單元)立管的形式,主要分為四類,分別為:
類型一:“三供一業(yè)”供熱分離移交維修改造后的系統(tǒng)。
類型二:采用分戶熱計(jì)量供熱系統(tǒng),有戶表和樓棟表計(jì)。
類型三:垂直雙立管分戶供熱系統(tǒng),但未實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量。
類型四:同程式或異程式的上供下回串聯(lián)老舊的供熱系統(tǒng)。
由于用戶二次網(wǎng)供熱系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間、技術(shù)要求和設(shè)計(jì)方式的不同,實(shí)際運(yùn)行情況較為復(fù)雜。目前,由于二次網(wǎng)老舊堵塞及閥門調(diào)節(jié)等原因,二次網(wǎng)流量分配與所需流量不符,二次網(wǎng)水力失調(diào)現(xiàn)象普遍存在,通常會(huì)出現(xiàn)距離熱源(熱力站)近的熱用戶室溫較高,遠(yuǎn)端熱用戶室溫不足。這種情況下,有些熱力站運(yùn)行人員為了保證遠(yuǎn)端住戶的供熱效果,盲目提高熱力站循環(huán)泵的運(yùn)行頻率或增大一次管網(wǎng)供熱量。這種運(yùn)行方式,遠(yuǎn)端住戶的供熱效果可能改善不大,近端住戶室內(nèi)過(guò)熱,同時(shí)會(huì)造成一次網(wǎng)熱耗及熱力站水耗、電耗的增加。
因此,通過(guò)對(duì)二次網(wǎng)、樓棟和單元、戶內(nèi)的平衡調(diào)節(jié),既能改善用戶體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)戶間平衡、降低投訴,也是提高效率,提升整體供熱能力的有效手段,同時(shí)可以達(dá)到節(jié)能降耗的效果。
該熱力公司“三供一業(yè)”供熱改造2019年全面開(kāi)工,截至目前,完成改造面積233.75萬(wàn)m2,涉及64個(gè)小區(qū),用戶2.84萬(wàn)戶。改造內(nèi)容涉及二次網(wǎng),單元立管和戶內(nèi)系統(tǒng),改造后單元公共樓梯間均為異程式垂直雙管系統(tǒng),平衡調(diào)節(jié)設(shè)備主要有單元水力平衡閥(安裝在回水管道,可測(cè)溫度)、戶用調(diào)節(jié)閥(安裝在供水管道,不可測(cè)溫度),根據(jù)用戶數(shù)量按照建筑空間位置“左中右,上中下”安裝有20%室溫采集面板,同時(shí)建設(shè)有二次網(wǎng)自控平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng),可遠(yuǎn)程操作水力平衡閥及戶用調(diào)節(jié)閥。
“三供一業(yè)”供熱改造小區(qū)平衡調(diào)節(jié)方法適用于類型一的二次網(wǎng)形式。
“三供一業(yè)”供熱改造小區(qū)平衡調(diào)節(jié)主要依靠二次網(wǎng)平衡系統(tǒng),采用單元回水溫度一致調(diào)節(jié)法進(jìn)行調(diào)整,平衡系統(tǒng)調(diào)節(jié)單元水力平衡閥控制每個(gè)單元立管回水溫度一致,戶閥調(diào)節(jié)采用預(yù)設(shè)比例法,從底層到頂層閥門開(kāi)度依次增大,同時(shí)參考入戶測(cè)試室溫?cái)?shù)據(jù),個(gè)別調(diào)整戶閥開(kāi)度。以6層建筑為例,戶閥開(kāi)度預(yù)設(shè)按照由高層到底層分別不同。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),1層~2層戶閥開(kāi)度在20%~35%左右,3層~4層戶閥開(kāi)度在40%~50%左右,5層~6層戶閥開(kāi)度一般在80%~100%。
經(jīng)過(guò)平衡系統(tǒng)調(diào)節(jié)單元水力平衡閥可以消除二次網(wǎng)水平失衡,單元垂直平衡根據(jù)室溫反饋按照預(yù)設(shè)開(kāi)度的方式進(jìn)行調(diào)控,目前輔助人工室溫檢測(cè)進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整實(shí)現(xiàn)戶間平衡。未來(lái)逐漸補(bǔ)充室溫?cái)?shù)據(jù)后,考慮戶閥已經(jīng)關(guān)到最小狀態(tài),并將室溫?cái)?shù)據(jù)和閥門控制建立算法,可以利用間歇通斷法等實(shí)現(xiàn)精細(xì)化室溫控制,使各個(gè)室溫之間趨于一致[2]。
“三供一業(yè)”供熱改造小區(qū)主要節(jié)能空間在于中間戶仍然有很多過(guò)熱現(xiàn)象,并且缺乏室溫?cái)?shù)據(jù)指導(dǎo)調(diào)節(jié),尤其是中間層用戶,以便更好地確定用戶閥門開(kāi)度,避免能源浪費(fèi)。
該熱力公司已進(jìn)行熱計(jì)量的單位或小區(qū)共7個(gè),其中4個(gè)為公建,3個(gè)為住宅。住宅供熱面積13.58萬(wàn)m2,共計(jì)1 763戶,已全部上線。除此之外,已與熱力公司簽署熱計(jì)量合同或協(xié)議共38個(gè)單位或小區(qū),其中4個(gè)為公建,34個(gè)為住宅,住宅供熱面積411.24萬(wàn)m2。目前,該熱力公司分戶熱計(jì)量用戶熱網(wǎng)系統(tǒng)僅安裝熱計(jì)量表,并未安裝戶控閥,無(wú)法按戶進(jìn)行調(diào)節(jié)。已簽熱計(jì)量協(xié)議的小區(qū)共安裝33 212塊鎖閉閥,其中有23個(gè)小區(qū)安裝的是具有調(diào)節(jié)功能的鎖閉閥(共計(jì)13 488塊),其余小區(qū)安裝的鎖閉閥不具備調(diào)節(jié)功能,無(wú)法按戶進(jìn)行調(diào)節(jié)。所有用戶系統(tǒng)均安裝手動(dòng)樓棟和單元閥門,可以手動(dòng)調(diào)節(jié),使各單元水平平衡。
分戶熱計(jì)量小區(qū)平衡調(diào)節(jié)方法適用于類型二的二次網(wǎng)形式。
根據(jù)小區(qū)內(nèi)各單元用戶實(shí)際流量進(jìn)行二次網(wǎng)平衡調(diào)整,解決小區(qū)內(nèi)二次網(wǎng)的水平失調(diào),按需調(diào)整各單元流量,使各個(gè)單元回水溫度趨于一致。在各單元流量匹配的情況下,用戶可根據(jù)自身用熱需求,通過(guò)溫控閥合理調(diào)整室內(nèi)溫度,真正實(shí)現(xiàn)熱用戶計(jì)量供熱,使熱計(jì)量供熱得以順利進(jìn)行并推廣,降低整個(gè)熱網(wǎng)能耗。同時(shí),建議該熱力公司可以逐步完善樓棟自動(dòng)平衡閥,與三供一業(yè)平臺(tái)進(jìn)行整合。整合室溫?cái)?shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)精細(xì)化平衡。
對(duì)于安裝可調(diào)節(jié)鎖閉閥的小區(qū),可以進(jìn)一步調(diào)整入戶閥門,調(diào)節(jié)原理根據(jù)比例調(diào)節(jié)法,具體調(diào)節(jié)步驟如下:
1)根據(jù)熱力站面積或分區(qū)面積進(jìn)行計(jì)算該站或分區(qū)所需流量,調(diào)節(jié)該站或分區(qū)的循環(huán)泵出力,使其滿足所需流量。
2)通過(guò)觀察熱計(jì)量系統(tǒng)中各單元流量,選定最不利回路,對(duì)于小于計(jì)算流量的單元,通過(guò)關(guān)閉流量超標(biāo)單元的閥門,使各單元流量基本滿足其所需流量,最終各單元回水溫度趨于一致。
3)對(duì)于裝有可調(diào)節(jié)戶閥的分戶計(jì)量用戶,可以通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)戶閥進(jìn)行調(diào)節(jié),從底層到頂層閥門開(kāi)度依次增大。
4)對(duì)于個(gè)別住戶或整棟樓供熱效果較差,且多次調(diào)節(jié)無(wú)效果的,需協(xié)調(diào)產(chǎn)權(quán)單位對(duì)入戶或樓棟的濾網(wǎng)進(jìn)行清理。
對(duì)于無(wú)法按戶調(diào)節(jié)的小區(qū),該熱力公司計(jì)劃在今后逐步要求相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位或物業(yè)公司對(duì)其進(jìn)行改造,加裝戶控調(diào)節(jié)閥,通過(guò)調(diào)節(jié)閥合理調(diào)整室內(nèi)溫度,真正實(shí)現(xiàn)其用戶計(jì)量供熱的目的。對(duì)于已簽署熱計(jì)量協(xié)議的用戶單位,該熱力公司計(jì)劃將與未安裝可調(diào)節(jié)鎖閉閥的小區(qū)的產(chǎn)權(quán)單位進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通,建議其更換為可調(diào)節(jié)鎖閉閥。
該熱力公司垂直立管分戶的小區(qū)共141個(gè),供熱面積833.86萬(wàn)m2,用戶7.09萬(wàn)戶。有分戶閥門且可調(diào)節(jié)的小區(qū)共66個(gè)小區(qū),供熱面積320.67萬(wàn)m2,有分戶閥門但不可調(diào)節(jié)的小區(qū)共75個(gè)小區(qū),供熱面積513.20萬(wàn)m2。所有用戶系統(tǒng)均安裝手動(dòng)樓棟和單元控制閥,可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)單元的水平平衡。
垂直雙立管分戶小區(qū)平衡調(diào)節(jié)方法適用于類型三的二次網(wǎng)形式。
目前該熱力公司既有垂直雙立管已分戶供暖系統(tǒng)閥門分散,空間位置和閥門狀況差異較大,豎向水力失調(diào)問(wèn)題較多。這種系統(tǒng)調(diào)整需要通過(guò)測(cè)試回水溫度,按照回水溫度一致原則調(diào)整戶閥來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直平衡失調(diào)問(wèn)題。同時(shí),這類小區(qū)的二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)同樣可參照第3部分。
另外,建議未安裝分戶閥門的小區(qū)在保持原有雙管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加裝:1)分戶調(diào)節(jié)閥,室溫采集裝置,根據(jù)用戶室溫反饋,精細(xì)化調(diào)節(jié)單元平衡閥。2)遠(yuǎn)程單元自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡閥,通過(guò)測(cè)量單元回水溫度,控制單元平衡閥開(kāi)度。3)自控設(shè)施,耦合智能控制技術(shù),根據(jù)負(fù)荷變化要求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)[3]。
上供下回串聯(lián)供熱方式多見(jiàn)于老舊小區(qū),一般最高為6層樓。系統(tǒng)形式如圖1所示。
目前,該熱力公司管轄范圍內(nèi)涉及上供下回系統(tǒng)的小區(qū)共316個(gè),面積約585.63萬(wàn)m2,用戶4.76萬(wàn)戶。這種供熱方式無(wú)法通過(guò)有效的手段進(jìn)行垂直方向調(diào)節(jié),導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是上層用戶家里暖氣較熱,下層用戶家里暖氣溫度較低。此外,許多采用上供下回的小區(qū)因年代久遠(yuǎn),二次管網(wǎng)閥門老化,許多樓棟、單元閥門無(wú)法調(diào)節(jié),不能按需調(diào)整各單元流量,導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)二次網(wǎng)水平失調(diào)。
此方法適用于類型四的二次網(wǎng)形式。
首先,需要在單元的回水口加裝調(diào)節(jié)閥,通過(guò)測(cè)量每個(gè)單元的回水溫度,調(diào)節(jié)回水調(diào)節(jié)閥,確保每個(gè)單元調(diào)節(jié)平衡,最終使得所有單元的回水管溫度基本一致,此時(shí)可以認(rèn)為每個(gè)單元已經(jīng)調(diào)節(jié)平衡。
對(duì)于垂直方向每一戶的調(diào)節(jié),由于從樓頂?shù)揭粯钦遣捎玫膯喂艽?lián)方式,單獨(dú)調(diào)節(jié)某一層的單管流量勢(shì)必會(huì)影響下面樓層的供熱效果,目前比較有效的方式是加裝跨越三通管進(jìn)行調(diào)節(jié),具體實(shí)施如圖2所示。
跨越式三通管一般加裝在頂層以及次頂層位置,通過(guò)調(diào)節(jié)三通閥向下的旁通開(kāi)度,將整個(gè)管道內(nèi)的一部分流量不經(jīng)過(guò)頂層散熱器直接流向下層,這樣頂層的暖氣片熱水流量可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)節(jié),改變流經(jīng)暖氣片和流經(jīng)跨越管的流量比例來(lái)調(diào)節(jié)耗熱量,而底層的住戶由于流量增加室溫也會(huì)升高,這樣可以通過(guò)不斷調(diào)節(jié)跨越三通閥的開(kāi)度,使得整個(gè)垂直方向每一戶的室溫基本平衡[4]。
該小區(qū)屬于上述第4部分介紹的垂直雙立管分戶小區(qū),小區(qū)供熱系統(tǒng)設(shè)有分戶調(diào)節(jié)閥及熱量表(但不采用熱計(jì)量收費(fèi)),每棟樓設(shè)有流量計(jì)及平衡調(diào)節(jié)閥(但每個(gè)單元不設(shè)置平衡調(diào)節(jié)閥),未設(shè)置二次網(wǎng)自控設(shè)施。
該熱力站設(shè)計(jì)供熱面積9.04萬(wàn)m2,熱負(fù)荷為3 692 kW,共設(shè)2個(gè)分區(qū)。其中地暖低區(qū)設(shè)計(jì)供熱面積4.79萬(wàn)m2,供熱范圍為小區(qū)1號(hào)~5號(hào)住宅樓低區(qū);地暖高區(qū)設(shè)計(jì)供熱面積4.25萬(wàn)m2,供熱范圍為小區(qū)1號(hào)~4號(hào)住宅樓高區(qū)。熱力站低區(qū)、高區(qū)的循環(huán)泵型號(hào)均為:SLS150-315A,Q=200 t/h,H=32 m,P=30 kW,一用一備。
該小區(qū)二次網(wǎng)平面簡(jiǎn)圖如圖3所示。
6.2.1 該小區(qū)供熱情況
該小區(qū)于2021年建成,2021—2022采暖季開(kāi)始供熱。以小區(qū)地暖高區(qū)供熱運(yùn)行情況為例,供熱運(yùn)行初期,熱力站地暖高區(qū)循環(huán)泵運(yùn)行頻率為24 Hz,熱力站二次網(wǎng)供回水溫度為38.5 ℃/33 ℃,使用流量計(jì)測(cè)得二次網(wǎng)出口流量86 t/h。
供熱初期,小區(qū)地暖高區(qū)住戶反映的不熱問(wèn)題主要集中在以下幾方面:1)2號(hào)樓3單元供回水管道沒(méi)有溫度;2)4號(hào)樓整體室溫比1號(hào)樓整體室溫低2 ℃;3)2號(hào)樓住戶的室溫普遍低于其他樓棟。
6.2.2 該小區(qū)供熱存在問(wèn)題分析
地暖高區(qū)各單元供熱開(kāi)始時(shí)原始流量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 地暖高區(qū)各樓棟原始流量表
根據(jù)熱力站二次網(wǎng)出口流量和地暖高區(qū)面積,可計(jì)算得知地暖高區(qū)每萬(wàn)平方米折算流量為21 t/h~22 t/h。對(duì)表1分析可知:1)2號(hào)樓3單元流量明顯低于其他樓棟,可能存在閥門未開(kāi)或管網(wǎng)堵塞;2)整個(gè)地暖高區(qū)二次網(wǎng)存在水力失調(diào),二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)未到位。4號(hào)樓可能閥門開(kāi)度偏小,1號(hào)樓閥門關(guān)閉不夠[5]。
針對(duì)原始流量測(cè)量結(jié)果暴露出的問(wèn)題,首先,工作人員對(duì)2號(hào)樓3單元地暖高區(qū)的過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗,反沖洗結(jié)果顯示,有一異物堵塞管道;其次,工作人員對(duì)每棟樓及每個(gè)單元的閥門開(kāi)度重新調(diào)整至100%,為接下來(lái)的二次網(wǎng)精細(xì)化調(diào)節(jié)做好準(zhǔn)備。
仍以該小區(qū)地暖高區(qū)供熱系統(tǒng)為例,在排除管道堵塞等外在因素影響后,在各樓及各單元閥門開(kāi)度100%的情況下,對(duì)各單元流量進(jìn)行重新測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表2。另外,重新測(cè)定熱力站地暖高區(qū)二次網(wǎng)出口流量為93 t/h,每萬(wàn)平方米折算流量為23 t/h,見(jiàn)表2。
表2 排除堵塞因素地暖高區(qū)各樓棟流量表
6.3.1 該小區(qū)二次網(wǎng)調(diào)節(jié)方案
仍以該小區(qū)地暖高區(qū)供熱系統(tǒng)為例,調(diào)節(jié)方法采用比例調(diào)節(jié)法,根據(jù)表2的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換成柱狀圖,可更直觀表現(xiàn)出地暖高區(qū)二次網(wǎng)水力失調(diào)情況,如圖4所示。
1)根據(jù)比例調(diào)節(jié)法的要求,從圖標(biāo)中可以得知,2號(hào)樓3單元為該供熱系統(tǒng)的最不利環(huán)路,將該單元的流量面積比作為調(diào)節(jié)基準(zhǔn),調(diào)節(jié)過(guò)程中,不操作該單元的閥門。
2)根據(jù)圖3所示的地暖高區(qū)二次網(wǎng)簡(jiǎn)圖,由遠(yuǎn)及近調(diào)節(jié)2號(hào)樓的其他單元、3號(hào)樓各單元、4號(hào)樓各單元、1號(hào)樓各單元。
3)調(diào)節(jié)過(guò)程中,隨時(shí)對(duì)比調(diào)節(jié)單元的面積流量比及最不利環(huán)路(2號(hào)樓3單元)的面積流量比,當(dāng)兩者的面積流量比相同時(shí),則該單元調(diào)節(jié)完成。
6.3.2 二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)后的結(jié)果
地暖高區(qū)經(jīng)過(guò)二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)后,熱力站二次網(wǎng)地暖高區(qū)供回水溫度變?yōu)榱?9 ℃/31 ℃,地暖高區(qū)二次網(wǎng)流量測(cè)定為92 t/h,地暖高區(qū)各單元調(diào)節(jié)后每萬(wàn)平方米折算流量為22 t/h~23 t/h。調(diào)節(jié)后的結(jié)果見(jiàn)表3,圖5。
表3 調(diào)節(jié)后地暖高區(qū)各單元流量表
通過(guò)對(duì)比調(diào)節(jié)前后的圖表,可明顯看出,調(diào)節(jié)后的地暖高區(qū)各單元的每萬(wàn)平方米折算流量趨于某一定值,表明該供熱系統(tǒng)各單元間的阻力系數(shù)趨于一致,二次網(wǎng)達(dá)到了平衡,該小區(qū)地暖高區(qū)供熱效果得到提升。在今后的供熱運(yùn)行中,只需統(tǒng)一調(diào)整一次網(wǎng)供熱量或二次網(wǎng)循環(huán)泵的參數(shù),各單元間的供熱效果基本可達(dá)到同步的提升或下降。
本文介紹的集中二次管網(wǎng)類型,對(duì)應(yīng)的各種二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)方案在具有較強(qiáng)的操作實(shí)用性,其中,比例調(diào)節(jié)法適用較為廣泛,但操作步驟較復(fù)雜、調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng);回水溫度調(diào)節(jié)法操作簡(jiǎn)單,但同樣時(shí)間較長(zhǎng)。此外,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程,在熱網(wǎng)冷態(tài)試運(yùn)行時(shí),對(duì)供熱系統(tǒng)的水平方向和垂直方向由近及遠(yuǎn)進(jìn)行閥門開(kāi)度預(yù)設(shè),可以減少供熱運(yùn)行后二次網(wǎng)精細(xì)化調(diào)節(jié)的時(shí)間。
總而言之,二次網(wǎng)精細(xì)化調(diào)節(jié)是一項(xiàng)細(xì)致且復(fù)雜的工作,在實(shí)施前,一定要保證管網(wǎng)沒(méi)有受到堵塞等外在因素的限制,在實(shí)施過(guò)程中,根據(jù)二次網(wǎng)的實(shí)際情況,選擇合適的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié),可以有效地提升住戶的體感,并降低投訴率,同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的作用。