供熱系統水力平衡節能改造應用與研究

賀繼海　婁明坤

摘? 要：平朔生活區現有的二次供暖存在系統不平衡現象，居民普遍存在離小區換熱站“近熱遠冷”的現象，系統耗熱、耗電量大增，能量利用效能差。在該文中，合理運用改變二次管網敷設路由、根據熱負荷調整管徑、加裝數字鎖定平衡閥、合理選用保溫材料和管路補償方式、適當增加換熱面積等方法，整體改變系統水力不平衡現狀，提高采暖效果，降低熱、電、水、鹽等消耗，提高了系統安全營運能力，是一種高效、節能、可普遍提高采暖效果的技術。

關鍵詞：供熱系統;平衡;改造;熱負荷;節能

中圖分類號：TU833? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

在平朔生活區二次采暖外管網的運行中，由于設計、運行和管理等因素的影響，經常出現循環流量、系統壓差、系統阻力等系統不平衡問題，于是就造成了“近熱遠冷”的不平衡現象。為解決遠端住戶家中不熱的問題，供熱系統不得不加大供熱量和循環水量，采取大熱量、大流量，小溫差的運行方式。而這種運行方式的代價就是交換站循環水泵電耗的大幅增加和近端住戶因家中太熱而開窗，從而造成熱量和能源的大量浪費，而進行供熱系統水力平衡的調節和改造是一種有效的途徑。

1 系統水力平衡改造方案的設計

1.1 合理改變二次管網敷設路由

在該次節能改造路由設計時，首先，根據用熱負荷變化的合理預測，進行管網總體布局、全面規劃，管網路由盡可能地靠近用熱密集區，即熱源和主干線盡量位于“負荷中心”;其次，為降低投資，高效利用現有資產，改造時，盡量利用原有管線，或利用原有管溝進行微調、擴建。根據平朔生活區實際情況，該次改造仍然采用枝狀管網，其優點在于路徑簡單，管線較短，投資較低;雖然發生故障時，影響面較大，但也可以通過合理加裝分斷閥門的方式，減少事故影響。

1.2 嚴格根據用熱負荷調整管徑

嚴格根據用熱負荷調整管徑，是實現管網水力平衡的基礎。

采暖設計熱負荷公式：Qh=qh·A

式中：Qh —采暖設計熱負荷，W;qh—采暖熱指標，W/m2，平朔生活區選取qh =55.0 W/m2;A—采暖建筑物的建筑面積，m2。

根據計算出來的設計熱負荷，計算管網流量。管網流量公式：G=3.6[Q/c（Tg-Th）]×103

式中：G-設計流量t/h;Q—設計熱負荷，MW;C—水的比容，C=4.1868 kJ/kg℃;Tg—設計供水溫度，平朔生活區Tg=85℃;Th—設計回水溫度，平朔生活區Th=60℃。

根據各管段流量和管網推薦的經濟比摩阻，查《熱力管網水力計算表》，得到管徑和實際比摩阻。推薦比摩阻：主干線R取30 Pa/m～70 Pa/m;支線流速≤3.5m/s，R≤300 Pa/m。

另外，計算出管徑后，可根據設計管徑進行管線阻力復核，以檢查原有換熱站循環設備

是否能滿足需求。

管網阻力損失計算公式：△P=RL（1+α）×103

式中。

△P—阻力損失，kPa;R—管道平均比摩阻，Pa/m;L—管道長度，m;α—局部阻力占沿程阻力比例。

1.3 在熱交換站近端管路回水處加裝數字鎖定平衡閥

在熱交換站近端管路回水處加裝數字鎖定平衡閥，并進行閥門“開度—流量”調節。數字鎖定平衡閥是一種靜態水力工況平衡用閥，它具有等百分比的流量特性曲線，適用于集中量調節。該種調節閥同以往閘閥、蝶閥最大的不同是理論流量特性曲線為等百分比特性曲線，即線性調節曲線，流量可以按照閥門手柄打開的圈數核定通過閥門的流量，也就是將通過閥門的熱量定量。

具體通過閥門流量Q、閥門流通能力Kv、壓降△P之間的關系可通過查閥門配套廠家的特性曲線得到，從而可以方便的選型。

1.4 合理選用管網補償方式

在該改造項目中，供熱管網補償采用套筒補償器和自然彎相結合的方式，優先選用自然彎補償，若有必要，加裝套筒補償器，此舉兼顧了管網的水力阻力小和可補償性能高的特性。

鋼管補償器補償量公式：A=0.012×△T×L

式中：A—管段補償量，mm;△T—管網運行溫度與安裝溫度之差，℃;該項目取70℃，即安裝溫度15℃，運行溫度85℃;L—固定管段長度，m。

該項目中選用的補償器為TTB-B-Crb—1.6型套筒補償器，補償量為100 mm，管路均采用單側補償。

1.5 合理選用管網保溫方式

供熱管道的保溫對供熱節能非常重要。一般情況下，對于熱水供熱管網，供熱管道的熱損失在8%～12%。按照節能新標準，要求熱水管網輸送效率不低于95%，即熱損失不大于5%，因此，選擇保溫效果好、使用壽命長、防水抗腐且具有一定抗破壞強度的保溫材料，對供熱工程而言非常重要。

該工程全部采用工廠預制直埋敷設聚氨酯保溫管，長期運行可節約大量能源，顯著降低能源成本。合理地選用保溫材料（硬質聚氨酯）和保溫方式（PE外護殼），既可大大減少無效熱量損失，提高利用率，又可在不同的敷設方式下適用性良好，還可以保護管道外部，有效提高管網耐腐蝕性能，減少后續維護工作量。

1.6采用合適的方法提高換熱器換熱面積

換熱器換熱面積計算公式為F=uQ/K△tm

式中：F—換熱器換熱面積，m2;u—裕度系數或污垢系數，1.05～1.18;Q—熱負荷W。

K—總傳熱系數，W/m2.℃，平朔生活區換熱設備均為水-水換熱設備，一般取3 000～5 000;△tm—換熱器對數溫差，℃。

常用計算方式為△tm=[（T1-t2）-（T2-t1）]/ln[（T1-t2）/（T2-t1）]，式中：T1—熱側進水，T2—熱側回水，t1—冷側進水，t2—冷側回水。在實際應用中可采用算數溫差替代對數溫差，以簡化計算。

采用合適的方法增加換熱面積后，可有效提高換熱效率，將一次管網的熱量“吃干榨凈”，顯著降低一次回水溫度，從而實現“大溫差，小流量”運行，提高管網、水泵的整體效能，實現節能。

2 節能改造效果分析

平朔生活區供熱系統水力平衡節能改造研究及應用，采用改變原有管網路由、管徑，增設管網調節措施，提高管路保溫措施，合理增加換熱面積等多種手段，改變平朔生活區各小區原有的“近熱遠冷”的不平衡現象，打破“增大循環流量，遠處有溫度，近處開窗戶”的采暖惡性循環，將供熱外管網的路由管徑改造、增設流量平衡閥、供熱建筑入口流量與建筑內供熱量的對應等技術相結合，為平朔生活區提供可靠熱源，使生活區供熱管網更加平衡，采暖效果大幅提高，并基本消除大面積不熱現象。

3 結語

平朔生活區現有的二次供暖存在系統不平衡現象，合理運用改變二次管網敷設路由、根據熱負荷調整管徑、加裝數字鎖定平衡閥、合理選用保溫材料和管路補償方式、適當增加換熱面積等方法，有效地改變了系統水力不平衡現狀，提高了采暖效果。從實踐結果來看，該改造方案是成功合理的。該方案也為同類老舊區域采暖節能提效改造，提供了一個成功的范例。

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