淺談供熱管網(wǎng)水力平衡的自動調(diào)節(jié)

【摘要】隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市化建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，在當(dāng)前的社會背景下人們物質(zhì)生活水平得到了明顯提升，與此同時，他們又對自身的生活品質(zhì)提出更高的要求。再加上國家各行業(yè)的發(fā)展，對于節(jié)能減排這一任務(wù)又出現(xiàn)了新的問題。城市當(dāng)中的供熱管網(wǎng)主要為人民提供熱能，滿足他們在供暖方面的具體需求。但為了質(zhì)量和安全以及經(jīng)濟(jì)等方面的考慮，當(dāng)前如何才能提高供熱管網(wǎng)的水利平衡并實(shí)現(xiàn)自動智能化調(diào)節(jié)這是需要相關(guān)人士重點(diǎn)考慮的。本篇文章主要分析了水力平衡調(diào)試的重要性和供熱管網(wǎng)水力平衡失調(diào)的形成原因這兩個方面，然后又對供熱管網(wǎng)水力平衡的自動調(diào)節(jié)優(yōu)化展開討論，并提出了個人的見解。

【關(guān)鍵詞】供熱管網(wǎng);水力平衡;自動調(diào)節(jié)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.023

引言：

從整體上分析現(xiàn)如今各地區(qū)城市建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了全新常態(tài)，供熱管網(wǎng)作為其中非常重要的市政工程建設(shè)它的特點(diǎn)就是有著復(fù)雜性，就像是一個流體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般，以熱能源為中心給各用戶擴(kuò)散熱量，以此來形成全面的熱源供應(yīng)。在供熱管網(wǎng)運(yùn)行的過程中，它所受到的影響因素有很多，包括城市的地下管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、自然地理?xiàng)l件、生態(tài)環(huán)境還有時間和施工工藝等等，只有這些做到了優(yōu)化和完善才能從不同程度上滿足用戶對于熱能的需求。以技術(shù)層面上分析，無論在城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)上多么科學(xué)和認(rèn)真，熱能在投入使用以后都很有可能收到影響出現(xiàn)不同程度的問題，一旦發(fā)生就會影響用戶正常使用。根據(jù)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)某些用戶家中需要的熱能流量偏大或偏小的情況時有發(fā)生，許多市內(nèi)都達(dá)不到供熱的具體標(biāo)準(zhǔn)，這是熱力失調(diào)的體現(xiàn)，無論是對當(dāng)?shù)卣?、供熱企業(yè)還是群眾生活都會產(chǎn)生相應(yīng)的影響。對此，如何才能對供熱管網(wǎng)水力平衡加以優(yōu)化，并盡最大可能實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，這是當(dāng)前有關(guān)企業(yè)和政府必須深入考慮和進(jìn)行全面研究的。

1、水力平衡調(diào)節(jié)的重要性分析

城市的建設(shè)是離不開供熱管網(wǎng)的，因?yàn)樗粌H可以滿足任何需求給人民生活帶來更好條件，還可以推進(jìn)城市的現(xiàn)代化建設(shè)。只有把城市供熱管網(wǎng)的建設(shè)和使用保證質(zhì)量與效率以及促進(jìn)水利平衡，這才能有效維護(hù)管網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，進(jìn)而來更好的服務(wù)于人民和社會。對于水力平衡這個問題主要就是管網(wǎng)當(dāng)中不同用戶之間供熱流量進(jìn)行轉(zhuǎn)變而本身的流量并不變化的能力，也就是說唯有確保管網(wǎng)供熱流量的平衡與穩(wěn)定性才能維護(hù)城市供熱。城市的地下不僅有供熱管網(wǎng)，還有水管和電纜線等管網(wǎng)設(shè)施，而供熱管網(wǎng)本身就非常復(fù)雜，他會分散到各家各戶提供熱能，在運(yùn)行的過程中經(jīng)常會受到很多條件限制，無論是設(shè)計(jì)還是運(yùn)行和后期維護(hù)，難免會出現(xiàn)問題。

對于供熱管網(wǎng)當(dāng)中的水力平衡調(diào)節(jié)，他是對不同的串并聯(lián)管路還有用戶所連接而成，因?yàn)樵谶M(jìn)行設(shè)計(jì)和施工運(yùn)行這些方面各種影響因素，經(jīng)常性的出現(xiàn)供熱管網(wǎng)水力平衡失調(diào)，一旦發(fā)生給用戶帶來的就是供熱不平衡，繳費(fèi)高低不等一系列現(xiàn)象?，F(xiàn)如今各個城市中或多或少都會出現(xiàn)供熱管網(wǎng)隨力失調(diào)的現(xiàn)象，通常位于近端的住戶在設(shè)計(jì)的供熱煤流量大概是2～3倍左右，因此近端用戶室內(nèi)溫度比較高。而對于遠(yuǎn)端的用戶因?yàn)楣釤崦降膶?shí)際流量比設(shè)計(jì)預(yù)期流量低，所以室內(nèi)溫度很有可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，有些用戶會自行放水，這不僅造成了水資源浪費(fèi)，還會給整個管網(wǎng)帶來不利影響。供熱企業(yè)為了使熱能供應(yīng)還有室內(nèi)溫度達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，通常會提升供熱的溫度參數(shù)還有增加供熱的媒介流量，通過這些方式可以在很大程度上滿足遠(yuǎn)端用戶的熱能需求，但是卻忽略了近端住戶室內(nèi)溫度過高的現(xiàn)象，整個系統(tǒng)的能源消耗也會提高，這些問題是不容忽視的。因此，根據(jù)上述問題描述，有必要在供熱管網(wǎng)的水力平衡方面做出分析，不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化，盡可能調(diào)試在合理的范圍內(nèi)。與此同時，考慮當(dāng)前科技水平的進(jìn)步，可以將人工智能融入到供熱管網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，促進(jìn)水力平衡調(diào)節(jié)的自動化形成。

2、供熱管網(wǎng)水力失調(diào)的主要原因

供熱管網(wǎng)關(guān)乎到人民的生活和社會穩(wěn)定，他的重要意義是不言而喻的，但是在很多城市當(dāng)中供熱管網(wǎng)的運(yùn)營居然收到了各種條件限制，從而導(dǎo)致水力失調(diào)情況發(fā)生，這會直接或者間接性的影響熱水和熱能供應(yīng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，實(shí)際應(yīng)用過程中出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，難以滿足城市的建設(shè)和用戶使用。城市中供熱管網(wǎng)水力失調(diào)的現(xiàn)象現(xiàn)如今已經(jīng)在各地區(qū)城市中非常普遍，它在運(yùn)行的過程中如果出現(xiàn)負(fù)面因素則會直接影響供熱質(zhì)量，所以只有采取更為科學(xué)合理的措施對水力進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)和維持穩(wěn)定才能促進(jìn)供熱管網(wǎng)的安全穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從實(shí)踐調(diào)查當(dāng)中能夠發(fā)現(xiàn)，供熱管網(wǎng)中出現(xiàn)水力失調(diào)的原因有很多，主要有以下幾個方面：第1個是供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理，有很多供熱管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)在最初的考慮當(dāng)中不夠周全，以工程設(shè)計(jì)的角度上分析雖然并不會出現(xiàn)水力失調(diào)的現(xiàn)象，但這些都是初期按照當(dāng)?shù)厮麑W(xué)理論計(jì)算得來，許多數(shù)據(jù)并沒有經(jīng)過時間驗(yàn)證，只是某些預(yù)測的計(jì)算。所以在后期的實(shí)際工程施工對于管網(wǎng)的管材直徑、質(zhì)量還有具體的標(biāo)準(zhǔn)明顯有著不符實(shí)際的情況，這在后期運(yùn)行會對水力流量造成諸多負(fù)面因素，是形成水力失調(diào)的主要原因之一。第2個是因?yàn)槭┕し矫娴馁|(zhì)量影響，有很多城市中對供熱管網(wǎng)進(jìn)行施工說到多方面條件限制，很難全面的展開。比方說供熱管網(wǎng)施工位置有其他管路線纏繞，或者是地理環(huán)境不符合管網(wǎng)安裝，這樣一來對于后期的施工就難以全面開展，如果條件不利而強(qiáng)行落實(shí)工程的話，會讓供熱管網(wǎng)建設(shè)不符合標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而影響到后期水利供應(yīng)，最終導(dǎo)致水力失調(diào)。第3個是新增用戶的影響，在城市中某些供熱管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候?qū)τ脩羰褂每偭繑?shù)據(jù)收集不標(biāo)準(zhǔn)，如果漏掉一些用戶或者設(shè)計(jì)的時候數(shù)值偏小，再加上增加一些用戶使用，那么水力失調(diào)的現(xiàn)象也會發(fā)生。第4個問題是供熱管網(wǎng)后期運(yùn)營維護(hù)不合理，往往畢竟屬于某種設(shè)施，他的使用壽命有限，如果忽視了后期的維護(hù)，那么經(jīng)過長期的使用和消耗難免會造成某些官網(wǎng)出現(xiàn)堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致水流量變緩，量能跟不上，因此造成水力不平衡的情況發(fā)生。

3、自動調(diào)節(jié)裝置

供熱管網(wǎng)當(dāng)中的自動調(diào)節(jié)裝置使用比較常見的就是自立力式流量控制閥，他主要能夠?qū)崃鬟M(jìn)行科學(xué)的控制，也可以在不是流量流通中起到合理的限制效果。而這種控制閥從應(yīng)用的原理上分析可以明顯的控制工作官網(wǎng)當(dāng)中所通過的流量，并且都是根據(jù)工作方面的差壓所去界定的。結(jié)合這種控制閥能對供熱流量加以科學(xué)化限制，還可針對于供熱過程中壓差增加的現(xiàn)象科學(xué)化調(diào)節(jié)，如此一來就算是供熱管網(wǎng)當(dāng)中出現(xiàn)壓差增大或者降低，都不會影響到水力平衡。從某種角度上講要是壓差出現(xiàn)降低的話，那么自力式流量控制閥就會自動打開，讓整個熱能供應(yīng)流量始終處于合理狀態(tài)中。為了進(jìn)一步確保供熱管網(wǎng)保持良好的水利平衡，一般比較常用的是裝置孔板，結(jié)合平衡閥門還有上述設(shè)備，但要考慮到這兩種技術(shù)設(shè)備價格普遍較高，要求運(yùn)營人員在技術(shù)方面有所保障，所以當(dāng)前還未曾實(shí)現(xiàn)全面普及。針對孔板平衡雖然價格上較為合理，但是實(shí)際應(yīng)用過程中很有可能出現(xiàn)誤差偏大情況，使用起來較為困難。因此，對供熱管網(wǎng)水力平衡自動調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)施設(shè)備合理化選擇。

4、供熱管網(wǎng)水力平衡的自動調(diào)節(jié)方法

4.1溫差法

溫差法在目前的供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)是比較常用的方式，所起到的重要作用也是不言而喻的。他能對于用戶使用熱能的管網(wǎng)處安裝一個能夠顯示壓力還有溫度的計(jì)量表，其中設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)可自行調(diào)節(jié)，這樣就能確保系統(tǒng)的熱力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性。對于溫度的合理控制應(yīng)當(dāng)先設(shè)計(jì)好一個河里的溫度值，通常情況下供熱管網(wǎng)的水溫度需要維持在60℃以上，溫度計(jì)上顯示長期處于這個恒定標(biāo)準(zhǔn)而且差額不大就達(dá)到了理想的自動調(diào)節(jié)效果。同時系統(tǒng)會把供應(yīng)水和回水的數(shù)據(jù)記錄下來，就是根據(jù)用戶使用具體情況對溫差額度進(jìn)行調(diào)整，確定好其中的次序。在進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中需要對供熱的面積和用戶規(guī)模以及溫差偏離讓用戶全面考慮，盡可能保證在第1次調(diào)節(jié)的時候就滿足標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)再觀察情況，如果在幾個小時內(nèi)能夠保持安全和穩(wěn)定的狀態(tài)，就再次做好記錄，根據(jù)其中的數(shù)據(jù)參數(shù)展開二次調(diào)節(jié)，以次循環(huán)操作一直到達(dá)最合適的溫度停止。

4.2比例法

比例法在供熱管網(wǎng)的水力平衡調(diào)節(jié)上較為復(fù)雜，它的原理是兩個并聯(lián)管路的水流量比例達(dá)到1：2流動，觀察其中是否存在問題進(jìn)行計(jì)算，如果總流量是在30%上下范圍內(nèi)出現(xiàn)變動，但是各管路之間的流量比例仍然是1：2，這也就說明水力屬于平衡狀態(tài)。對于實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中需要使用兩臺工超聲波流量計(jì)，目的是檢測流量閥門的熱流量狀態(tài)，保持聯(lián)絡(luò)，確保水流量都能維持均衡，在合理的調(diào)節(jié)下保證水力平衡，只不過這種方式在實(shí)際供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)過程中的應(yīng)用并不是特別多，因?yàn)楸壤{(diào)節(jié)法對于工作人員基礎(chǔ)性要求還有素質(zhì)要求都比較高，而且還需要兩臺相同式樣的流量計(jì)落實(shí)任務(wù)，如果工作人員能力和技術(shù)上欠缺再加上設(shè)備缺乏先進(jìn)性就很難完成流量調(diào)節(jié)的測試。

4.3 CCR法

CCR法屬于一種較為系統(tǒng)的方法，在操作的過程中要確保數(shù)據(jù)完整性，計(jì)算和調(diào)整無論是哪一個步驟都會影響到日后的調(diào)節(jié)，所以需要對各方面阻力進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算與分析，通過合理的調(diào)整把其中的數(shù)據(jù)參數(shù)維持到某個標(biāo)準(zhǔn)即可。供熱企業(yè)應(yīng)當(dāng)對官網(wǎng)中的阻力加以計(jì)算和分析，然后科學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，讓供熱流量維持平衡。全面分析CCR方法必須提前把管網(wǎng)當(dāng)中的阻力都給計(jì)算出來，然后結(jié)合數(shù)據(jù)去調(diào)節(jié)不同管網(wǎng)分支閥門的開度，根據(jù)這其中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保統(tǒng)一性和分配的合理化。這種方式加以水力調(diào)節(jié)能讓諸多參數(shù)維持合理范圍內(nèi)，在很大程度上接受了操作的時間和各方面投入費(fèi)用。

4.4綜合調(diào)節(jié)法

綜合調(diào)節(jié)法他所帶來的效果非常明顯，與其他的效果相比較而言綜合調(diào)節(jié)法則管路線系統(tǒng)投入不過而且操作簡便，能夠快速且全面的將供熱管網(wǎng)當(dāng)中存在的水力平衡問題有效解決，所以目前在各城市屬于大力推行的。從中國的供熱管網(wǎng)建設(shè)實(shí)際情況上看，綜合水力平衡調(diào)節(jié)法是最實(shí)用的，而這種調(diào)節(jié)方法中也包括著動態(tài)平衡閥調(diào)節(jié)還有溫度調(diào)節(jié)兩種方法。前者就是根據(jù)熱流量在某種程度上對其實(shí)現(xiàn)恒定，但需要提前設(shè)計(jì)好相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)在以此為中心落實(shí)控制閥開度，如此一來就能將供熱系統(tǒng)供熱量的循環(huán)實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)行，而對于那些未能展開分戶供熱的用戶也比較適合這種方法進(jìn)行水利調(diào)節(jié)，以此來保證流量系統(tǒng)穩(wěn)定化。自力式壓差控制閥的目標(biāo)是壓差控制，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行降壓方可發(fā)揮它的實(shí)際功能。

總體而言對于供熱管網(wǎng)的隨力調(diào)節(jié)必須遵循客觀規(guī)律，無論是哪一路阻力發(fā)生改變都很有可能對整個管網(wǎng)流量出現(xiàn)影響，這就需要重新進(jìn)行調(diào)配，如果支路閥門關(guān)閉的話那么其他支路就有可能出現(xiàn)流量增加的現(xiàn)象。因此，在第1輪進(jìn)行水力平衡調(diào)節(jié)的時候就要把各方面全部檢查，確保系統(tǒng)是處于全開的，這樣才能為后續(xù)的調(diào)節(jié)做好充分準(zhǔn)備。結(jié)合流量溫度處理閥門大小，可以說溫度調(diào)節(jié)法是比較合理的水力平衡處理方式，但是受到不同建筑物室內(nèi)溫度和回水平均溫度差的影響，就有必要對于水力展開科學(xué)的管控調(diào)整，確保其中的數(shù)據(jù)參數(shù)關(guān)系保持合理。回水調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)按照用戶使用的具體需求設(shè)置，他們對于回水溫度要求各不相同，需要把整個建筑內(nèi)官網(wǎng)包含用戶使用均值計(jì)算，這其中可根據(jù)供熱能源總體回水溫作為基礎(chǔ)溫度，在對不同分支的閥門加以調(diào)整，如果說某個分支的回水溫度比基礎(chǔ)溫度高，這就需要將小閥門關(guān)閉，確保其他管網(wǎng)供熱充足，以此來實(shí)現(xiàn)供熱標(biāo)準(zhǔn)，提高質(zhì)量與效率的同時維持水力平衡。

4.5實(shí)際案例應(yīng)用

我們拿上海某小區(qū)作為案例，換熱站在小區(qū)建設(shè)，二次元的設(shè)計(jì)采暖供回溫度為85℃和60℃，系統(tǒng)中運(yùn)用了補(bǔ)水泵定壓方式，在熱力管道入口設(shè)置了一個室內(nèi)的地下房，且入口處安裝溫度計(jì)和壓力表以及過濾器。這個換熱站的供熱范圍是10棟建筑，且都是高層建筑最高達(dá)33層。在項(xiàng)目建設(shè)的過程中對于二次管網(wǎng)的設(shè)計(jì)還有水力平衡的調(diào)解方案都和實(shí)際情況貼近，以前使用的方式經(jīng)過合理思考與選擇。水力平衡調(diào)節(jié)測試之前，不同熱力入口都存在著一定的水力4條情況，還有6個熱力的入口無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而且占到了接近一半的用戶數(shù)量。但是經(jīng)過對二次管網(wǎng)水力平衡的調(diào)試以后，這個項(xiàng)目的熱力入口和水力平衡都達(dá)到了規(guī)范化，水力逐漸平衡。根據(jù)具體水力平衡項(xiàng)目測試，熱力入口的流量波動比較大，某個樓層處于觀望的前端，但是實(shí)際流量的調(diào)試顯示為流量高出接近二倍，經(jīng)過水力平衡調(diào)試以后，這些入口流量出現(xiàn)了明顯的變化，雖然前端的流量趨于穩(wěn)定，但是末端范圍的用戶實(shí)際流量波動減小，而且已經(jīng)出現(xiàn)了供熱不足的情況。再進(jìn)行熱力入口水力平衡調(diào)試以后，循環(huán)水泵的運(yùn)行功率明顯低于調(diào)試之前，經(jīng)過計(jì)算以后證明能夠起到很好的節(jié)能作用。我們從這一案例就能看出，對于供熱管網(wǎng)的水力調(diào)節(jié)能夠明顯提升供熱管網(wǎng)工作效率，并且改善水力不平衡的問題，這就在某種程度上降低資金和資源浪費(fèi)，也可有效降低供暖上的消耗，讓集中供熱實(shí)現(xiàn)良好發(fā)展。經(jīng)過本次案例證明，科學(xué)的水力調(diào)節(jié)能讓小區(qū)內(nèi)供熱實(shí)際流量接近標(biāo)準(zhǔn)，確保所有的用戶都能在供熱量上達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)上下。使用更加先進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)，可以提前或者及時發(fā)現(xiàn)問題，然后由后續(xù)的維修工作人員去解決，這也為用戶長期實(shí)現(xiàn)熱能供應(yīng)打下良好鋪墊。再加上水力平衡調(diào)試，對于循環(huán)水泵的技術(shù)性提升，也達(dá)到了供熱系統(tǒng)的節(jié)能化。

結(jié)語：

綜上所述，很明顯目前中國的城市化建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了全新時代，而各城市對于供熱管網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)大大提高了重視度，為了能從根本上促進(jìn)我國供熱管網(wǎng)建設(shè)水平，相關(guān)政府部門和供熱企業(yè)他們需要在供熱管網(wǎng)的水力平衡調(diào)節(jié)上加以全面重視，以此來維持供熱穩(wěn)定化。由于供熱管網(wǎng)屬于比較系統(tǒng)和復(fù)雜的工程，無論是對前期的施工還是后期的維護(hù)保養(yǎng)，都會受到很多因素產(chǎn)生的負(fù)面影響，所以在進(jìn)行供熱管網(wǎng)的運(yùn)營維護(hù)方面，有必要加強(qiáng)在水力調(diào)節(jié)上的重視，同時提高對人才的引進(jìn)與培養(yǎng)、資金能源的節(jié)約、技術(shù)的全面提升等方面，全面推進(jìn)中國供熱管網(wǎng)水力平衡實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量飛升。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐志炳，陸王琳，王次成，陸啟亮.供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)綜述[J].上海節(jié)能，2021（10）：1128-1133.

[2]潘蘇林.城市低溫循環(huán)水供熱管網(wǎng)的水力平衡問題分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021，41（11）：116-117.

[3]張子琛.基于蝶閥的供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)整研究[D].河北：河北建筑工程學(xué)院，2021.

[4]張子琛，郝哲宇，孫敬一，等.供熱二次管網(wǎng)水力平衡調(diào)整方法的研究與實(shí)驗(yàn)[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2020，38（04）：101-105.

[5]劉文英，于明曉，李萍.基于Android的供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2020，48（07）：1638-1641+1721.

作者簡介：

曲琪（1985.01-），女，漢族，山東蓬萊人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海分校），中級工程師，研究方向：供熱通風(fēng)與空調(diào)。