集中供熱系統的水力平衡調節與節能措施分析

黃熙

(太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030001)

隨著城市集中供熱系統規模的不斷擴展，對資源、能源的消耗亦在不斷增加，采取合理的節能措施，加強對水力平衡的調節不僅能夠有效提高集中供熱質量，同時能夠有效提高資源的利用率，降低城市集中供熱對資源、能源的消耗，將綠色節能發展理念全面落實到我國城市供熱體系發展當中。因此，我國城市集中供熱部門亦在逐漸提高對水力平衡調節的重視，結合城市供熱的實際需求，對行之有效的節能措施進行深入的研究，在保障供熱質量的前提下，爭取最大限度實現對資源能源配置的優化，全面提升其利用率，在降低供熱系統資源能源成本的同時，促進我國供熱領域能夠更好地順應時代的發展。

1 集中供熱水力失調概述

集中供熱系統是供熱部門向社會大眾提供熱量取暖的重要媒介，是保障城市大眾在冬季室內能夠達到舒適溫度的重要途徑。供熱水力失調不僅會影響社會大眾的用熱體驗，同時會嚴重造成的資源的浪費，增加企業的供熱成本，然而影響集中供熱系統供熱效果的因素相對較多，外界環境的溫度變化，用戶對溫度的需求都有可能導致其工作效果不佳。在集中供熱系統中，供熱用水通過循環泵被輸送至換熱站，由換熱站在根據各個支路的用熱需求，通過控制其流量來合理分配熱量，以此來保障各個支路上用戶的用熱需求，然而在供熱網絡中，由于各個支路的路程長短不一，水所承受的阻力亦不盡相同，路程越長，水受到的阻力越大，需要加大流量來保障供熱支路末梢的流量，水壓過小將對導致其流量較小，無法達到溫度需求，而水壓過大，則會導致流量超額，造成能源的浪費。水力失衡調節其主要是針對各個支路的實際供熱需求，通過對流量的科學控制，來實現水力平衡，既能夠實現對能源的節約，同時能夠有效滿足用戶的用熱體驗。供熱系統水力失調主要分為一下兩種。

1.1 靜態水力失調

靜態水力失調其主要是指各個支路的水流量分配不合理，進而導致一些水流量過大的支路存在流量超額現象，造成浪費，同時在總流量固定的情況下，該支路的流量存在超額，將占用其他支路的流量，進而導致其他供熱支路的流量過小，尤其是對于支路末梢，壓力大幅度減小，將會對用戶的用熱體驗造成一定的影響，供熱流量分給不均勻，導致不同支路用戶用熱體驗不同，影響供熱的整體質效。

1.2 動態水力失調

動態水力失調其主要是指在對某一支路的水流量進行調整的過程中，整個供熱系統的壓力分布都會隨之改變，進而導致其他支路的水流量發生相應的改變，最終造成供熱系統整體壓力的問紊亂。例如：當對某支路用戶加大水流量時，將會同步減少其他支路的水流量，進而導致水力失衡現象的發生。因此，對于該種由用戶用水量的改變所導致的水力失調，被稱之動態水力失調。

1.3 水力失調現象判定

在集中供熱系統中，出現一下現象將可以判定其水力分配不均衡。首先各個支路之間的水力失衡，在同一支路上的用戶，距離循環泵越近的用戶，其家中溫度越高，甚至部分居民家中溫度出現過高現象，需要采取開窗降溫來維持室內溫度的舒適，而在支路末梢的居民，由于距離循環泵相對較遠，其室內溫度過低，無法達到舒適溫度。其次是整個供熱系統一直都處于大流量小溫差的環境下運行，對于資源能源的消耗過大，其供熱效果收效甚微。出現上述情況，將可以判定存在水力失調問題。

2 熱力站供熱系統概述

該熱力站的一次側、二次側供熱系統主要是采用板式換熱器來實現熱交換。二次側一共分布三個支路，支路的回水通過相應的集水器進行混合之后，在借助循環泵將其輸送至板式換熱器中，對其進行再次加熱，從板式換熱器流出的熱水通過相應的分水器輸送至三個支路上，實現對分布在各個支路上的建筑提供熱量。供熱站供熱范圍建筑類型信息如表1。

表1 熱力站供熱系統范圍內建筑信息

3 水力平衡調節前供熱狀況

3.1 熱力站供熱狀況

在熱力站的二級供熱網中一共分布15條支路，本次研究主要選取其中6條支路為例，采用超聲波流量測量儀器對所選取的6條支路的流量進行精準測量，并采用相應的溫度采集儀器對六條支路上的建筑室溫進行檢測，在開展水力平衡調節之前的供熱狀況如表2。

表2 熱力站供熱狀況

3.2 衡量水力平衡失調因素分析

通過對熱力站的供熱狀況的分析，二級供熱網絡節能潛力與管網水力是失調程度具有密切的關系，為了能夠實現對當前管網水力失調的主要原因進行全面的分析，通過對平均水力失調度和水力離散度的計算，實現對其水力失調情況進行精準計算，分析導致水力失調的主要因素。水力失調值計算公式如公式(1)。

=(-)

(1)

在該公式中：表示建筑的平均水力失調度，單位為%；

表示建筑的各個支路的平均流量，單位為；

表示建筑的目標流量，單位為。

對水力離散度的計算公式如公式(2)。

(2)

在該公式中，表示該供熱系統中建筑的水力離散度；

表示任意一支路的實際流量，單位為；

表示全部支路的平均流量，單位為；

表示該供熱系統中的之路數量。

通過對與兩個參數的計算，能夠全面了解當前熱網系統中的水力失調情況，根據相關標準，保持在±0.1之間，保持在0.5一下，處于水力平衡狀態，超出其標準值則表示該熱網中存在水力失衡問題。因此，根據上述公式計算，該熱力站的=(117-085)085=038，=0531。由此可見，當前熱力站的平均水力失調度相對較高，可以采用降低熱管里的實際流量來實現對其水力的調節。

4 水力平衡調節過程

4.1 選擇調節參數

針對該熱力站二級網的水力平衡調節工作的開展，首先應當根據其實際情況合理選擇調節參數。其調節的主要目標是最大限度減少供熱范圍內建筑室內溫度的差異，然而由于影響建筑室內溫度的因素相對較多，單純的以室溫作為調節依據缺乏一定的不確定性。因此，在本次水力平衡調節中，所選擇的調節參數為方位內建筑單位面積流量為調節目標。

4.2 調節方法

針對該熱力站存在的水力平衡調節問題，主要選擇流量系數法對各支路的流量進行調節，在調節開展之前，首先各個支路應當根據其支路供熱范圍內的供熱末端類型，建筑的功能類型等各方面的信息進行明確，并計算相應的單位面積流量值，然后根據其相關標準，計算出所需調節的目標流量。通過當前流量與目標流量之間的差值，合理制定水力平衡調節方案，根據其方案對其流量進行針對性調整，最大限度保障調節后的流量值能夠達到目標流量值。

4.3 調節步驟

在其流量調節過程中，首先根據熱力站所給出的目標區域的平面圖，對目標網絡中各個支路的實際情況進行全面的了解，并形成相應的初期材料，根據材料中的數據信息，對每個支路當前流量值進行精準計算，確定其平均水力失調度以及水力離散度，然后根據其水力失衡情況合理制定相應的流量調試方案，并按照其方案，有序對各支路流量進行有序調節。在完成初次流量調節工作之后，需要再次對其平均水力失調度以及水力離散度進行精準計算，通過調節后的數據與表標準數據進行對比分析，確定其符合相關標準之后。方可完成水力平衡調節工作，反之如果誤差過大，將需要對其再次計算調整，直至其完成符合相關標準。

5 調節前后對比分析

通過采用上述調節方法對該熱力站的二級網的6條支路進行調節之后，各支路在經過流量調節之后，其單位面積流量、室溫等各方面都得到了明顯的改善，其具體信息如表3。

表3 調節后熱力站供熱狀況

借助公式(1)和公式(2)對平均水力失調度以及水力離散度進行再次計算，其計算結果為=(077-085)085=-01、=0434。根據計算結果顯示，經過對水量的調節之后，平均水力失調度從調節前的0.38降低至-0.1，滿足±0.1的標準值，水力離散度從調節前的0.531降低至0.434，滿足低于0.5的標準值。各個支路建筑的平均室溫保持不變，滿足供熱需求。在保障建筑室溫不變的情況下，通過對不同區域流量的合理分配，在滿足區域建筑供熱需求的同時，有效實現節能目標，提高資源、能源利用率。由此可見，通過對目標熱力站的水力平衡調節，能夠有效實現在不改變用戶室溫的情況下，通過調節流量來實現節能目標。

6 集中供熱系統化水力平衡調節和節能措施分析

6.1 加強對水力平衡控制

集中供熱重要是以熱力站為核心，在其供熱范圍內布置一定的數量的換熱站構建相應的供熱網，由換熱站來負責其所供熱區域的建筑取暖需求。水力失調情況，會導致實際的設計流量和供熱流量都存在一定的偏差，為后期供熱系統帶來諸多不利影響。因此，為了能夠最大限度規避水力失衡問題的出現，首先作為熱力站應當根據不同范圍換熱站所負責區域用熱需求，合理進行熱量分配，同時應當充分利用當前先進的實時監測技術、智能調節技術等，實現水力平衡調節的智能化發展，對其供熱管網的流量數據進行實時監測，并根據其具體用熱需求，對其流量進行科學調節，在保障供熱區域用戶用熱需求的前提下，最大限度實現流量分配的合理性，進而實現節能目標，避免水力失調問題的出現。

6.2 加強水力平衡調節自動化建設

隨著我國當前現代化科學技術水平的整體提升，想要切實實現通過水力平衡調節來達到節能目標，不僅需要采用科學的調節方案對其進行調節，同時還需要加強熱力站以及換熱站的基礎設施建設，確保各個換熱站以及熱力站的基礎設施能夠滿足現代水力平衡調節的精度需求，以此來實現對水力平衡的有效調節，達到節能的目的。因此，熱力站應當積極引進自動化處理技術以及智能化調節設備，借助現代化信息技術手段，構建信息化水力平衡調節管理平臺，通過設備終端的感應系統所反饋的流量實時信息，借助信息技術手段強大的計算功能，實現對各個換熱站以及各個支路流量的實時監測與合理控制，最大限度保障水力平衡，提升自身的水力平衡調節能力水平，為社會大眾提供良好的供熱服務。

6.3 加強對供熱系統各個單元的有效調控

在整個供熱系統運行過程中，加強對各個級別的供熱管網以及各個主路、支路、供暖末端的有效調節，是確保供熱系統水力平衡的重要保障。并且其調節頻率主要取決于與熱源的距離，離熱源越近其調節頻率越低，反之則調節頻率越高。然而在其供熱網絡系統建設過程中，由于其管路連接的不合理、調節人員的誤操作調節力度不當等多種因素都有可能導致水力平衡失調的現象出現，進而造成資源與能源的損耗。

7 結語

總而言之，集中供熱是當前我國北方城市居民的制主要供熱方式，集中供熱系統水力失衡，將會導致大量的熱量被損耗，不僅會在一定程度上造成資源與能源的過度消耗，同時嚴重影響城市的供暖服務質效。因此，在集中供熱網絡建設過程中，首先作為相關供熱部門應當提高對水力平衡調節的重視，充分認識到水力平衡調節的在節能方面的積極作用，加強供熱網絡各個終端節點的基礎設施建設，全面推進水力平衡智能化調節技術的落實，對供熱網絡系統各個節點進行科學調節，不僅能夠充分保障供熱質量，同時能夠實現節能目標，為供熱網絡的穩定運行提供保障。