市政集中供熱水力平衡的失調及其解決方法探討

摘要：在進行市政集中供熱運行的過程中，解決市政集中供熱水力平衡問題，降低由于熱網水利失調所導致的供熱量分配不均勻的程度，對提升供熱公司的經濟、社會水平具有十分重大的意義。本文探討了市政集中供熱系統(tǒng)中存在的水力平衡失調問題及其解決方法。首先介紹了市政集中供熱系統(tǒng)的基本原理和組成結構，并分析了水力失調對供熱效果和能耗的影響。然后，從管網設計優(yōu)化、節(jié)能調控技術應用和系統(tǒng)監(jiān)測與維護三個方面，提出了解決市政集中供熱水力平衡問題的具體方法。通過實踐應用和效果評估，驗證了這些解決方法的有效性。本文對市政集中供熱水力平衡問題的解決具有一定的學術性和實踐價值。

關鍵詞：市政集中供熱；水力平衡失調；管網；原因；解決策略文章編號：2095-4085（2024）05-0227-03

0引言

在城市建設和發(fā)展過程中，市政集中供熱系統(tǒng)扮演著重要的角色。然而，隨著供熱網絡規(guī)模的擴大和復雜性的增加，市政集中供熱系統(tǒng)中存在著水力平衡失調問題。這會導致供熱管網中各支路回水溫度差距過大、局部供熱不足或過剩等問題，從而影響供熱質量和能源利用效率［1］。市政集中供熱系統(tǒng)是通過中央熱源將熱能輸送到各位用戶用于供熱的熱力輸配系統(tǒng)。它主要由熱源、熱力輸配管網、熱力站和用戶終端組成。熱源負責產生熱能，熱力輸配管網將熱能輸送到各個熱力站，熱力站通過換熱器將熱能傳遞給用戶終端，完成供熱過程。通過深入研究和解決市政集中供熱水力平衡問題，有助于提高供熱質量、降低能耗、優(yōu)化能源結構，從而推動城市的可持續(xù)發(fā)展和能源節(jié)約減排［2］。

1市政集中供熱水力平衡概述

市政集中供熱水力平衡是指在市區(qū)范圍內的集中供熱系統(tǒng)中，通過合理配置和調節(jié)供熱管網、泵站和換熱設備等組成部分，使得供熱系統(tǒng)中不同用戶的供熱水流量、壓力和溫度能夠達到平衡狀態(tài)，從而保證每位用戶都能夠獲得穩(wěn)定且滿足需求的供熱條件［3］。市政集中供熱系統(tǒng)是一種將中央供熱設施與用戶之間通過管道網絡進行連接，實現(xiàn)熱能傳遞的供熱方式。該系統(tǒng)通常由熱源、供熱管網、泵站和用戶熱交換設備等組成。在供熱過程中，熱源向供熱管網輸送熱能，然后通過泵站將熱能輸送到各位用戶，最后通過用戶熱交換設備將熱能釋放給用戶。然而，在實際運行中，市政集中供熱系統(tǒng)存在一定的水力平衡問題。這些問題可能導致部分用戶供熱不足或者過剩，從而影響供熱系統(tǒng)的正常運行和用戶的舒適感受。因此，實現(xiàn)市政集中供熱系統(tǒng)的水力平衡非常重要。

市政集中供熱水力平衡的概念包括以下幾個要點。

1.1流量均衡

市政集中供熱系統(tǒng)中的水流量需要合理分配和調節(jié)，使得從熱源到用戶之間的水流量保持均衡。這是因為供熱系統(tǒng)中，不同用戶的供熱需求各不相同，有些用戶可能位于系統(tǒng)的起始位置，而有些用戶則處于末端位置。為了滿足所有用戶的需求，需要調整各個節(jié)點的供熱水流量，使得每位用戶都能夠獲得穩(wěn)定的供熱效果。

1.2壓力平衡

市政集中供熱系統(tǒng)中的水流需要保持一定的壓力，以保證供熱能夠正常進行。過高或者過低的壓力都會導致供熱系統(tǒng)的故障和不穩(wěn)定。通過合理配置和控制泵站的運行，可以實現(xiàn)供熱系統(tǒng)中不同節(jié)點的壓力平衡，確保供熱系統(tǒng)正常運行。

1.3溫度平衡

市政集中供熱系統(tǒng)中的熱水溫度需要在系統(tǒng)中保持平衡分布，從熱源到不同用戶之間的溫度差應該合理控制。這是因為供熱系統(tǒng)中，熱水溫度過高或者過低都會導致供熱效果不理想。通過合理設置供水水溫和回水水溫，以及根據(jù)外界溫度和用戶需求進行動態(tài)調節(jié)，可以實現(xiàn)市政集中供熱系統(tǒng)中的溫度平衡［4］。

市政集中供熱水力平衡的實現(xiàn)需要結合合適的設計、調節(jié)和控制措施。這涉及到供熱管網的布局與設計、泵站的運行控制、閥門和調節(jié)裝置的應用、供熱水溫的控制等多個方面。通過科學有效的水力平衡技術應用，可以提高供熱系統(tǒng)的供熱效率、減少能源浪費，并確保每位用戶都能夠獲得穩(wěn)定、舒適的供熱服務。

2市政集中供熱水力平衡問題的分析

2.1市政集中供熱水力平衡問題的定義和影響因素

市政集中供熱水力平衡問題是指供熱系統(tǒng)中不同管段之間存在水力失調的情況。影響市政集中供熱系統(tǒng)水力平衡的主要因素包括管道長度、管道直徑、水流速度、管道摩阻、熱力站布置等［5］。當這些因素不合理或失衡時，會導致供熱管網中熱水的流量分布不均勻，造成供回水溫差過大，局部供熱不足或過剩等問題。

2.2市政集中供熱系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的水力失調問題

在市政集中供熱系統(tǒng)中，水力失調問題通常表現(xiàn)為以下情況：系統(tǒng)中某些管段存在過高的流量，導致能耗增加和設備損耗加??；熱力站之間的供回水溫差過大，影響供熱效果和用戶舒適度；系統(tǒng)中存在壓力不平衡、不匹配，導致某些用戶供熱不穩(wěn)定。

2.3市政集中供熱系統(tǒng)水力失調對供熱效果和能耗的影響

市政集中供熱系統(tǒng)的水力失調會對供熱效果和能耗產生重要影響。（1）水力失調導致供熱溫差不均勻，使部分用戶供熱不足，影響用戶的舒適度和滿意度。（2）水力失調導致一些管段流量過大，增加了摩阻損失和泵站輸送能耗，使系統(tǒng)整體能耗增加。（3）長期的水力失調會導致設備過載運行和頻繁啟停，加速設備的磨損和老化，縮短設備的使用壽命。解決市政集中供熱系統(tǒng)水力失調問題對于提高供熱效果、降低能耗和延長設備壽命具有重要意義。

3市政集中供熱水力平衡問題的解決方法

3.1管網設計優(yōu)化

3.1.1合理設計供熱管網結構和參數(shù)

在設計管網布局時，應考慮到供熱系統(tǒng)中各個節(jié)點的距離、高差和地形地貌等因素。合理規(guī)劃管道的走向和連接方式，避免管網過長或彎曲過多。通過最短路徑原則和合理的連通性，減少管道網絡的復雜性，以提高供熱效率。在設計階段要考慮管道長度、直徑等參數(shù)，合理規(guī)劃供熱管網的布局，減少管道長度和彎頭數(shù)量，從而避免過長的水平管段和過多的垂直管段。

3.1.2采用合適的管道材料和規(guī)格

根據(jù)供熱系統(tǒng)中不同用戶的供熱需求和距離，合理選擇管道的直徑。較長的管道需要更大的直徑來減小阻力和壓降，而較短的管道可以選擇較小的直徑。通過管徑的合理選擇，可以均衡供熱水流量，并減少能源損耗［6］。選擇低摩阻系數(shù)的管道材料，并根據(jù)實際情況合理選擇管道的規(guī)格，以降低摩阻損失。

3.1.3進行管道阻力計算和壓損控制

通過管道阻力計算確定管道的摩阻損失，采取合理的措施控制管道的壓損，如減小管道長度、增加管道直徑、改善管道的通暢性等。

3.1.4正確設置調節(jié)閥

在供熱系統(tǒng)的不同節(jié)點設置調節(jié)閥門，可以根據(jù)供熱負荷的變化實時控制流量。根據(jù)實際情況，設置調節(jié)閥門來平衡不同用戶之間的供熱水流量，并確保每個用戶都能夠獲得穩(wěn)定的供熱。在運行階段可以通過調整閥門，建立環(huán)狀供熱管網，進一步降低水利失調，提高管網運行效率。

3.1.5泵站布置與控制

合理布置和配置泵站設備，根據(jù)管道長度和壓力變化，選用合適的泵站容量和數(shù)量，以保證供熱系統(tǒng)中的水流能夠達到均衡狀態(tài)。通過泵站的自動調節(jié)和智能控制，實時監(jiān)測和調整流量和壓力，優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運行效率。

3.1.6增加補水裝置

在供熱管網中加裝補水裝置，可以及時補充系統(tǒng)中的水分，防止由于漏水或其他原因導致的水位下降和水力不平衡。補水裝置應設置在關鍵節(jié)點，以便快速響應和調整供熱系統(tǒng)的運行壓力和流量。

3.2節(jié)能調控技術應用

對泵站和換熱設備等關鍵設備采用變頻調速控制。根據(jù)實際需求靈活調整流量和供熱量，減少能耗并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。具體的應用包括以下幾個方面。

3.2.1調節(jié)閥和流量計安裝

在供熱系統(tǒng)的關鍵位置，如熱力站進出口管道和熱網主干管道上安裝調節(jié)閥和流量計。調節(jié)閥可以根據(jù)實際需求調節(jié)水流量和溫度，有效控制供熱溫差和供回水溫差，從而減少供熱不足和過剩的情況。流量計用于監(jiān)測和記錄流量，提供供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的依據(jù)。

3.2.2變頻控制器應用

對泵站、換熱設備等關鍵設備采用變頻控制器進行變頻調速控制。通過根據(jù)實時需求調整設備的轉速和功率，避免設備長時間運行在高負荷狀態(tài)，以降低能耗。變頻控制器可以根據(jù)供需情況自動調整設備的運行頻率和電壓，以達到節(jié)能的效果。

3.2.3溫度差控制策略

采用溫度差控制策略來動態(tài)調整供熱水溫和回水水溫之間的差值。根據(jù)實際需求和外界溫度變化情況，合理控制溫差大小，以提高供熱系統(tǒng)的運行效率。這可以通過智能化控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，根據(jù)供熱曲線和預測模型進行溫差的優(yōu)化調控。

3.2.4熱力站能效優(yōu)化

對熱力站的運行進行優(yōu)化，包括熱網泵的運行狀態(tài)、閥門的調節(jié)、換熱器的清洗和維護等。通過定期的檢查和維修，保證設備的正常運行，此外，采用先進的清洗技術來降低管道內的沉積物和污垢，減少摩阻損失，提高熱力站的能效。

3.3系統(tǒng)監(jiān)測與維護

（1）建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測供熱系統(tǒng)工況。安裝壓力傳感器、流量計、溫度計等設備，建立供熱系統(tǒng)的實時監(jiān)測系統(tǒng)，及時獲取供熱溫差、流量、壓力等數(shù)據(jù)，并進行分析和調整。

（2）定期對供熱設備如泵站、換熱器等進行檢修和維護，確保設備的正常運行和高效工作。

（3）制定供熱系統(tǒng)的管理規(guī)范和操作規(guī)程，明確責任分工，加強日常維護和管理，確保供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過以上方法，可以有效解決市政集中供熱水力平衡問題，提高供熱效果，降低能耗，并延長設備的使用壽命。同時，需要科學規(guī)劃、合理設計和有效管理供熱系統(tǒng)，不斷進行監(jiān)測和維護，以保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

4解決方法的實踐應用與效果評估

4.1項目概述

某市政集中供熱系統(tǒng)存在水力平衡問題。導致部分用戶供熱不足、部分用戶供熱過剩的原因主要是管網設計不合理、管道摩阻損失較大、供回水溫差過大以及調控措施不到位。例如管道長度過長、管徑不匹配、布局不合理等。這些問題會導致供熱管網中的水流速度和壓力分布不均，部分用戶所在位置的供熱管道受到阻力較大，供熱不足；而其他位置的管道則可能出現(xiàn)供熱過剩的情況。針對這些問題，需要采取適當?shù)慕鉀Q方案來改善供熱系統(tǒng)的水力平衡。

4.2解決方法的實踐應用

4.2.1管網設計優(yōu)化

對供熱管網進行重新設計，減少管道長度和彎頭數(shù)量，合理規(guī)劃管網布局。采用低摩阻系數(shù)的管道材料，并根據(jù)實際情況選擇合適的管道規(guī)格。通過管道阻力計算和壓損控制，降低管網的摩阻損失。

4.2.2節(jié)能調控技術應用

安裝調節(jié)閥和流量計，實現(xiàn)供熱溫差的動態(tài)調節(jié)，減少供回水溫差。采用變頻控制器對泵站和換熱設備等關鍵設備進行變頻調速控制，優(yōu)化能效。

4.3實施解決方法后的效果評估

經過以上解決方法的實施，供熱系統(tǒng)的水力平衡得到有效改善。用戶之間的供熱差異減小，部分用戶供熱不足和過剩的問題得到糾正，用戶對供熱效果的滿意度提高。解決方法的實施降低了管網的摩阻損失，并通過流量控制和變頻調速技術降低了能耗。與之前相比，供熱系統(tǒng)的能耗有所下降，達到了節(jié)能的目的。節(jié)能減排和能源利用效率的提升，不僅降低了市政集中供熱系統(tǒng)的運營成本，還減少了能源消耗，具備較好的經濟效益。同時，改善供熱效果提高了居民的生活品質，增強了供熱系統(tǒng)的社會效益。

5市政集中供熱水力平衡問題的未來發(fā)展趨勢

未來將繼續(xù)引入更高效的供熱設備和技術，如高效換熱器、余熱利用、熱泵等，以進一步提高供熱系統(tǒng)的效率和節(jié)能水平。隨著物聯(lián)網和人工智能技術的不斷發(fā)展，市政集中供熱系統(tǒng)將逐漸實現(xiàn)智能化管理。通過數(shù)據(jù)采集、分析和預測，實現(xiàn)對供熱設備的智能控制和運行優(yōu)化，提升整體精細化管理水平。未來可再生能源在供熱系統(tǒng)中的應用將逐漸增加，如太陽能熱水供暖、生物質能源供熱等，以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低環(huán)境影響，推動可持續(xù)發(fā)展。

6結語

管網設計優(yōu)化和節(jié)能調控技術應用可以顯著改善供熱系統(tǒng)的水力平衡，提高供熱效果，并降低供熱系統(tǒng)的能耗。這些解決方法具有較好的實際應用價值，不僅能夠提升市政集中供熱系統(tǒng)的經濟效益，還能改善用戶的生活品質，提高供熱系統(tǒng)的社會效益。未來市政集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展將聚焦于高效節(jié)能和智能化管理。同時，隨著物聯(lián)網和人工智能技術的不斷發(fā)展，市政集中供熱系統(tǒng)將逐漸實現(xiàn)智能化管理，通過數(shù)據(jù)采集、分析和預測，實現(xiàn)對供熱設備的智能控制和運行優(yōu)化，進一步提升整體水平。此外，可再生能源在供熱系統(tǒng)中的應用也將逐漸增加，以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低環(huán)境影響，推動可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

［1］高洪波，陳軻.基于天津市某小區(qū)供熱管網水力平衡調試技術應用分析［J］.建設科技，2014（21）：73-74.

［2］李兵，楊正華，譚軍.供熱管網水力平衡的調節(jié)措施探討［J］.科技創(chuàng)新與應用，2019（11）：126-127.

［3］宋揚.淺談二次網水力平衡調節(jié)［J］.中國新技術新產品，2013（11）：153-153.

［4］曾應賢，文潔.淺析中央空調水力平衡技術特點及應用技術［J］.低碳世界，2016（19）：163-164.

［5］劉建偉.供熱管網水力平衡調節(jié)的研究［J］.區(qū)域供熱，2022（3）：100-104，114.

［6］劉喆，謝杏苑，蔡力.供熱管網水力平衡調節(jié)的應用分析［J］.科學技術創(chuàng)新，2019（28）：110-111.