熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)在城市供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】城市供熱系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，合理高效的供熱系統(tǒng)能夠降低城市能源消耗，減少對(duì)環(huán)境的影響，是建設(shè)節(jié)能環(huán)保型城市的重要一環(huán)。然而，當(dāng)前城市供熱系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在諸多問題，如溫度不均勻、能源浪費(fèi)、設(shè)備老化等，這些問題不僅影響了供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，還加大了供熱成本。文中通過深入探討熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)技術(shù)在城市供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，希望可以為提升供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率和改善城市居民生活環(huán)境提供理論支持和參考經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】熱力管網(wǎng)；平衡調(diào)節(jié)；城市供熱系統(tǒng)；綠色低碳

【中圖分類號(hào)】TU995 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）07-0034-03

0 引言

熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)技術(shù)作為提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率的重要手段，近年來受到了廣泛關(guān)注。通過調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)中的水流量、溫度和壓力等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的平衡，解決溫度不均勻和能耗過高等問題。然而，目前對(duì)于熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)技術(shù)在城市供熱系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用還存在著一定的研究空白，需要進(jìn)一步深入研究和探討。

1 城市供熱系統(tǒng)的背景和重要性

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，人們對(duì)城市供熱系統(tǒng)的需求也日益增加[1]。城市供熱系統(tǒng)通常由供熱廠、熱源設(shè)備、熱力管網(wǎng)和用戶終端組成。供熱廠負(fù)責(zé)提供熱源，熱源設(shè)備將能源轉(zhuǎn)化為熱能，熱力管網(wǎng)將熱能輸送到各個(gè)用戶終端，為用戶提供供熱服務(wù)。

在寒冷的冬季，城市供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到居民的生活質(zhì)量，通過為居民提供穩(wěn)定、舒適的室內(nèi)溫度，城市供熱系統(tǒng)能夠確保居民的基本生活需求，提高居民的生活舒適度。穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)能夠提高城市的生產(chǎn)效率，減少因天氣寒冷而造成的停工停產(chǎn)現(xiàn)象，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。合理高效的城市供熱系統(tǒng)可以減少能源的消耗，降低燃煤等能源的使用量，減少二氧化碳等溫室氣體的排放，有利于保護(hù)環(huán)境和減緩氣候變化的進(jìn)程[2]。

2 城市供熱系統(tǒng)

2.1 城市供熱系統(tǒng)的運(yùn)行原理

城市供熱系統(tǒng)的運(yùn)行原理主要包括能源轉(zhuǎn)換、熱能輸送、熱能利用和循環(huán)回路四個(gè)步驟。

供熱廠利用各種能源如煤炭、天然氣等，通過熱源設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為熱能并產(chǎn)生熱水或蒸汽。

生產(chǎn)的熱水或蒸汽再通過熱力管網(wǎng)輸送到城市各用戶終端。用戶終端通過連接在熱力管網(wǎng)上的換熱設(shè)備如散熱器、暖氣片等，將熱水或蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化為室內(nèi)的供熱能量來滿足供熱需求[3]。用戶終端利用后的冷卻水或凝結(jié)后的蒸汽通過管網(wǎng)輸送回供熱廠進(jìn)行再次加熱，形成供熱系統(tǒng)的循環(huán)往復(fù)，這個(gè)過程確保了能源的循環(huán)利用，同時(shí)也保證了供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過循環(huán)過程，城市供熱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定地向居民、企業(yè)等用戶提供熱能滿足其供熱需求，并且在能源利用效率和環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。

2.2 供熱系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件和設(shè)備

城市供熱系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件和設(shè)備包括供熱廠、熱源設(shè)備、熱力管網(wǎng)、換熱設(shè)備和控制系統(tǒng)等。供熱廠是城市供熱系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)生產(chǎn)熱能，其通常位于城市的外圍地區(qū)或郊區(qū)，并與能源資源相對(duì)豐富的地區(qū)相連，供熱廠使用煤炭、天然氣、石油等能源，通過燃燒或其他方式將其轉(zhuǎn)化為熱能。熱源設(shè)備包括鍋爐、熱水鍋爐、蒸汽鍋爐等用于將能源轉(zhuǎn)化為熱能，這些設(shè)備將供熱廠生產(chǎn)的熱水或蒸汽加熱到一定溫度，以便輸送到熱力管網(wǎng)中。熱力管網(wǎng)是將熱能輸送到城市各用戶終端的載體，通常由鋼管、預(yù)制直埋管道或保溫管道等組成，通過地下或架空的方式布設(shè)于城市各處，熱力管網(wǎng)連接供熱廠和用戶終端，起到熱能輸送的重要作用。換熱設(shè)備位于用戶終端，用于將熱水或蒸汽中的熱能傳遞給室內(nèi)空氣，從而實(shí)現(xiàn)供熱，常見的換熱設(shè)備包括散熱器、暖氣片、地暖等，這些設(shè)備通過與室內(nèi)空氣的接觸，將熱能傳遞給室內(nèi)空氣，使室內(nèi)保持舒適的溫度[4]?？刂葡到y(tǒng)是城市供熱系統(tǒng)的智能化管理部分，負(fù)責(zé)監(jiān)測和調(diào)控供熱系統(tǒng)的運(yùn)行，控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求和環(huán)境變化，實(shí)時(shí)調(diào)整供熱廠、熱源設(shè)備和熱力管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，以保證供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

3 熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)技術(shù)

3.1 熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的基本原理

熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)確保供熱系統(tǒng)中熱量的均衡分配，通過調(diào)整管網(wǎng)中的流量、溫度、壓力等參數(shù)，確保供熱系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)支路、回路以及終端設(shè)備能夠獲得合適的熱量。無論是用戶終端還是管網(wǎng)中的各個(gè)部分，都能夠得到足夠的熱量滿足其需求，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)供熱系統(tǒng)的熱量均衡分配。這個(gè)過程需要綜合考慮供熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、管道布置、用戶需求等因素，通過調(diào)節(jié)措施來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效利用[5]。

3.2 熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的主要方法和技術(shù)手段

1）流量調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)在熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，其確保了供熱系統(tǒng)中熱水或蒸汽能夠按需流向各個(gè)用戶終端，實(shí)現(xiàn)熱量的均衡分配。調(diào)節(jié)閥門是常用的流量調(diào)節(jié)手段之一，在熱力管網(wǎng)的各個(gè)支路或回路上設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度來控制流量的大小。調(diào)節(jié)閥門的開度與管道中的流體阻力成正比，通過調(diào)節(jié)閥門的開合來控制流體的流量，從而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。流量計(jì)是對(duì)管道中的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的重要工具，通過安裝流量計(jì)，可以對(duì)管道中的熱水或蒸汽流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，獲取準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，可以及時(shí)調(diào)整閥門或泵的運(yùn)行狀態(tài)，保證各支路或回路的流量符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)流量的精確調(diào)節(jié)。流量控制裝置是一種自動(dòng)化的流量調(diào)節(jié)設(shè)備，能夠根據(jù)系統(tǒng)需求和實(shí)時(shí)監(jiān)測的流量數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門或泵的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)流量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，這些裝置通常與智能控制系統(tǒng)相結(jié)合，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)和算法，自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和流量均衡分配，從而保證供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效利用。

2）溫度調(diào)節(jié)。溫度調(diào)節(jié)在供熱系統(tǒng)中是確保用戶獲得適宜熱量的關(guān)鍵，其影響著用戶的舒適度和能源的有效利用。調(diào)節(jié)閥門是常見的溫度調(diào)節(jié)手段之一，通過設(shè)置在供熱管道上的溫度調(diào)節(jié)閥門，可以控制供熱水的流量和溫度。通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度，可以改變水流經(jīng)過加熱設(shè)備的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)水溫的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥門的開合程度通常由人工或自動(dòng)控制系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測供熱水的溫度，安裝在供熱管道上的溫度傳感器可以監(jiān)測到水的實(shí)時(shí)溫度變化。根據(jù)監(jiān)測到的溫度數(shù)據(jù)，可以對(duì)供熱系統(tǒng)中的加熱設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制水溫在設(shè)定范圍內(nèi)，這種方法可以保證供熱水的溫度始終在所需范圍內(nèi)，確保用戶獲得適宜的供熱。PID控制器是一種智能化的溫度調(diào)節(jié)裝置，其根據(jù)實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)和設(shè)定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)溫度的精確調(diào)節(jié)[6]。PID控制器通過比例、積分和微分三個(gè)部分來控制加熱設(shè)備的輸出，使系統(tǒng)能夠快速、穩(wěn)定地響應(yīng)溫度變化，確保供熱水的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

3）壓力調(diào)節(jié)。壓力調(diào)節(jié)在熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，它影響著熱水或蒸汽在管網(wǎng)中的流動(dòng)速度和方向。通過設(shè)置在管道上的壓力調(diào)節(jié)閥門，可以控制管道中的流體流動(dòng)阻力，從而調(diào)節(jié)管道中的壓力。通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度，可以改變流體流動(dòng)的通道面積，從而影響管道內(nèi)的壓力。壓力傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測管道中的壓力變化，安裝在管道上的壓力傳感器可以監(jiān)測到管道內(nèi)流體的實(shí)時(shí)壓力。根據(jù)監(jiān)測到的壓力數(shù)據(jù)，可以及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的泵或閥門，以保持管道內(nèi)的壓力穩(wěn)定，這種方法可以確保管道內(nèi)的壓力始終在合適的范圍內(nèi)，保證供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。智能控制系統(tǒng)是一種高級(jí)的壓力調(diào)節(jié)技術(shù)手段，通過對(duì)管道壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)定參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持管道壓力在合適的范圍內(nèi)。智能控制系統(tǒng)通常與壓力傳感器、調(diào)節(jié)閥門等設(shè)備相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)的智能化管理和精確控制[7]。

4 熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)在城市供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)在提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率方面的作用

熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)在提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率方面起著關(guān)鍵作用，通過調(diào)節(jié)熱力管網(wǎng)中的流量、溫度和壓力等參數(shù)，使熱量能夠均衡分配到各個(gè)用戶終端，避免部分區(qū)域的過熱或供熱不足的情況，最大限度地提高能源的利用效率，避免能源的浪費(fèi)。熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)能夠確保供熱系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，避免能源的過度消耗，通過精確控制供熱水溫度、流量和壓力等參數(shù)可以減少加熱設(shè)備的能耗，并降低供熱系統(tǒng)的運(yùn)行成本。平衡調(diào)節(jié)可以確保供熱系統(tǒng)內(nèi)各支路、回路和用戶終端得到合適的熱量供應(yīng)，避免系統(tǒng)中出現(xiàn)局部過熱或供熱不足的情況，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低供熱系統(tǒng)發(fā)生故障或停運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)，保證了供熱服務(wù)的連續(xù)性。通過平衡調(diào)節(jié)可以確保用戶終端獲得穩(wěn)定、舒適的供熱服務(wù)，滿足用戶的實(shí)際需求，這樣可以提高用戶對(duì)供熱系統(tǒng)的滿意度，增強(qiáng)用戶對(duì)供熱服務(wù)的信心，促進(jìn)城市供熱事業(yè)的發(fā)展[8]。優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率不僅可以節(jié)約能源，降低排放，還可以減少供熱過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染，降低對(duì)環(huán)境的不良影響。

4.2 熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)在解決溫度不均勻和能耗過高等問題中的應(yīng)用

供熱系統(tǒng)中會(huì)存在部分區(qū)域溫度偏高或偏低的情況，導(dǎo)致用戶感受到的供熱溫度不均勻。通過熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，可以調(diào)整供熱水流量、溫度和壓力等參數(shù)，使得熱量能夠均勻地分配到各個(gè)用戶終端，解決溫度不均勻的問題，提高供熱系統(tǒng)的舒適性和穩(wěn)定性。部分供熱系統(tǒng)存在能耗過高的問題，主要是由于管網(wǎng)中存在流量不均勻、流速過快等原因?qū)е碌哪茉蠢速M(fèi)。通過熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)可以優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，避免供熱過程中的能量損失，降低能耗過高的問題，提高能源利用效率。溫度不均勻和能耗過高往往會(huì)導(dǎo)致供熱系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行，容易出現(xiàn)故障和停運(yùn)等情況，通過熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，可以確保供熱系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)支路、回路和用戶終端得到合適的熱量供應(yīng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，降低系統(tǒng)的故障率，保證供熱服務(wù)的連續(xù)性。溫度不均勻和能耗過高往往是由于供熱系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定和能量分配不均衡導(dǎo)致的，通過熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，可以優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確保熱量能夠均衡分配到各個(gè)用戶終端，最大限度地提高能源的利用效率，降低能源的浪費(fèi)。

5 熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的發(fā)展方向和應(yīng)用前景

未來，熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)在城市供熱系統(tǒng)中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，并面臨著更多的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。它將向智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，通過引入人工智能、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)的智能監(jiān)測、智能預(yù)測和智能調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，未來熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)將更多地涉及多能源供熱系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)能源和新能源的整合利用，如太陽能、地?zé)崮艿?，這將促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和供熱系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[9]。熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)將采用更加智能的調(diào)節(jié)策略和算法實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和優(yōu)化，通過分析大數(shù)據(jù)和建立預(yù)測模型，根據(jù)用戶需求和環(huán)境變化實(shí)時(shí)調(diào)整供熱參數(shù)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和適應(yīng)性。熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)將與智能化供熱服務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶需求的個(gè)性化響應(yīng)和定制化服務(wù)，通過智能化監(jiān)測和控制系統(tǒng)，為用戶提供更加舒適、便捷和節(jié)能的供熱體驗(yàn)，提升用戶滿意度和供熱系統(tǒng)的競爭力。未來熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)將更加注重綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，通過優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、降低能源消耗、減少環(huán)境污染等措施，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的綠色化和低碳化，促進(jìn)城市環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)語

熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)在城市供熱系統(tǒng)中的重要性不言而喻，其不僅能夠提高供熱系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，還能降低能源消耗、改善環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)城市供熱事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。未來，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)智能化管理、多能源供熱和智能調(diào)節(jié)策略的研究和應(yīng)用，以推動(dòng)熱力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為城市供熱系統(tǒng)的現(xiàn)代化和智能化建設(shè)提供更好的支持和保障。

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[作者簡介]李志男（1985—），男，山東安丘人，本科，工程師，研究方向：暖通工程。