供熱系統水力失調和水力平衡的分析

萬韡

【摘 要】在當前城市集中供熱水循環系統中，水力失調是最常見的問題。由于水力失調導致系統流量分配不合理，造成某些區域出現冷熱不均的現象，系統輸送熱量不合理，從而引起能量的浪費，或者為解決這個問題，提高水泵揚程，但仍會產生熱（冷）不均及更大的電能浪費。

【關鍵詞】供熱系統；水利失調；水力平衡；分析

1.導言

隨著社會的不斷發展，現代的建筑物之中，集中供熱系統開始成為了必不可少一個構成部分，尤其是在北方的城市，建筑物的供熱系統甚至成為了基本的配置。然而，從當前來看，熱網的水力失衡問題一直以來就是困擾集中供暖效果的一個最為重要的問題，由此導致的輸送熱量的不合理，容易引起能源的浪費。

2.集中供熱管網系統出現水力失調的原因

2.1 集中供熱管網系統循環水泵功率不足

集中供熱管網系統中使用較多的循環水泵，循環水泵存在流量或揚程不搭配問題，易造成工作點偏離，使管網水力工況不能處于有效工作區間，產生水力失調問題。

2.2 集中供熱管網系統用戶多樣化要求

集中供熱管網系統將熱力用戶定義為寬泛而均一狀態，隨著供熱管網的擴大，熱用戶數量增加的同時，出現了對熱量的使用和方式的不斷改變，造成熱用戶供熱管網同網不同溫的現象，必須準確調節集中供熱管網系統，才能使熱網分支流量科學合理。集中供熱管網系統的再次分配，會出現水力系統失衡，進而出現水力失調。

3.水力失調與水力平衡的具體分類

3.1靜態水力失調與水力平衡

在供熱系統的設計、施工、材料設備的選用等方向之中出現的問題所導致的用戶實際的管道特性阻力數比值與設計要求的管道特性阻力數比值之間存在的不一致，從而導致用戶的實際流量與設計流量存在的不一致，稱之為靜態水力失調。而通過在供熱系統的管道之中增設靜態水力平衡設備，對整個供熱系統的管道特性阻力數值進行調整，使其能夠與設計數值保持一致，如果這個時候能夠達到設計要求，在各個用戶的末端設備之中，流量能夠同時達到設計要求，則稱之為系統實現了靜態水力平衡。

3.2動態水力失衡以及動態水力平衡

在用戶的閥門開度發生變化的時候，其他的用戶流量也就必然會發生一定的變化，這種變化會使得用戶的實際流量與設計要求流量發生一定的偏離，從而導致出現水力失調的狀況，這種水力失調就是動態水力失調。出現動態水力失調之時，可以選擇在管道系統之中加裝動態水力平衡設備，該設備一般是流量調節器或者壓差調節器，通過這些設備的作用，使得各個用戶的實際流量與設計流量趨同，從而實現末端設備的流量互不干擾，保證系統的動態水力平衡。

3.3水力平衡的常用辦法

3.3.1 加節流孔板在熱力入口或空調靠近冷源環路的部分管段上增加節流孔板。采用這種辦法解決水力失調的前提是：水系統阻力計算準確、熱力或空調末端流量不能發生變化。因此在末端流量變化時仍會造成水力失調及能源上的浪費。

3.3.2 安裝手動調節閥。

對大型空調系統而言，采用手動調節閥調節過程復雜。手動調節前端閥門，后端流量會受影響；后端調整流量，前端流量又會變化，因此調節費時費力。對于復雜系統，要求調節閥門的工程師經驗豐富。如系統壓力或負荷發生變化仍需要重新調整水力系統。

3.3.3 安裝動態流量平衡閥a熱力入口或空調設備末端的設計流量確定后，根據流量及閥門處的壓力變化范圍選定動態平衡閥，安上設置好的閥門既可使用。只要閥門處的壓差變化在閥門的設計壓力范圍內，無需任何人為的調節。

4.解決供熱系統水力失調的兩種途徑

4.1用附加阻力消除用戶剩余的資用壓頭

在系統設計時，熱網各個用戶環路的阻力實現平衡（相等）實際上是做不到的。循環水泵壓頭是按照最不利（阻力最大的）環路所消耗的阻力來確定。因而在設計無誤時，其它各個環路都存在著或多或少的剩余壓頭。一般情況下，通過人工調節閥門實現系統阻力平衡是困難的，其原因是：調節過程互相影響，需反復調節且不說，多耗費人力和時間，真正調節得好是很難的。當系統用戶或用戶負荷變化時，必須重新調節。在用戶系統安裝完善的自動調節（如溫控閥、平衡閥等，實質上是自動改變附加阻力）設備是解決這個問題的一種有效方法，這種方法可以稱為“附加阻力平衡”技術。它的特點是循環水泵具有足夠的流量和揚程，可以減少過熱部分用戶的熱量浪費，獲得節能效果。

4.2用附加壓頭提高用戶不足的資用壓頭

當系統循環水泵實際揚程不夠時，應采取在用戶系統入口安裝不同規格的小水泵來補足資用壓頭的欠缺部分，使各個環路實現阻力平衡的措施，這稱為“附加壓頭平衡”技術。它的特點是除了具有“附加阻力平衡”技術所能獲得的節能效果外，水泵電耗將降低（下面將論述），節能效果更顯著。

5.集中供熱管網系統改進水力失調的措施和方法

5.1 做好集中供熱管網系統的設計

設計集中供熱管網系統過程中，進行集中供熱管網系統改造，要強化設計環節，將集中供熱管網系統出現水力失調現象列為設計的前提之一。在設計集中供熱管網系統的實際操作中，避免忽略傳統集中供熱管網系統設計中對水力的計算問題，掌握集中供熱管網系統的關鍵信息和全面數據，通過水力計算找出水力失調的原因，積極預防集中供熱管網系統的水力失調。在設計集中供熱管網系統的具體工作中要優化系統水泵的設置，在集中供熱管網系統中添加必要的功能水泵，全面提高集中供熱管網系統的經濟性，有效預防集中供熱管網系統出現的水力失調問題。

5.2 增加集中供熱管網系統自用壓頭的數量

針對集中供熱管網系統循環能力不足，水泵功率不足產生水力失調，應該從集中供熱管網系統的壓力改造和水泵增加方面考慮解決方法。要結合集中供熱管網系統的特點，根據用熱用戶的需要增加集中供熱管網系統中循環能力，選用大功率、大揚程水泵提高集中供熱管網系統的循環效果，提高集中供熱管網系統的調節效果，有效提升集中供熱管網系統對水力失調問題的預防。要從集中供熱管網系統和用戶需要出發，改進自用壓頭數量和功率不足問題，要在集中供熱管網系統關鍵部位和供熱薄弱部位增加自用壓頭的數量和揚程，通過對集中供熱管網系統出入口的控制，不同功率自用壓頭的安裝，使集中供熱管網系統達到內部阻力和熱量平衡，提高集中供熱管網系統的節能效果，控制集中供熱管網系統和自用壓頭的功率消耗，緩解水力不足、不平衡造成的集中供熱管網系統水力失調問題。

6.結論

通過對上述的內容進行分析研究之后可以得出，供熱管網的水力平衡是保證供熱質量的前提，是系統節能運行與實行供熱計量的基礎條件，同時通過水力平衡的調試可以發現問題、完善系統。因此供熱管網設計與安裝時，必須在關心節省造價同時，對于提高系統的水力平衡給予充分的重視。“附加壓頭平衡”的方法對有效地解決供熱系統中的水力失調具有重要意義，它具有工程改動量小，投資小，節約系統能耗，提高系統的穩定性和舒適性等優點，具有廣闊的應用推廣空間和應用前景。

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