探析城市集中供熱系統熱力失調問題

摘要：現如今，城市居民對集中供熱系統的要求越來越高，集中供熱系統熱力失調問題得到了人們的廣泛關注和重視。本文以某工程為實例，探討散熱器的熱特性，對供熱系統水力失調導致的熱力失調問題進行分析，提出有效的解決措施。

關鍵詞：城市;集中供熱系統;熱力失調

中圖分類號：TU995??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）08-0000-00

0 引言

現如今，隨著社會經濟的飛速發展，城市居民對于生活質量的要求也在不段提高，城市居民生活水平的顯著提升，因此加強集中供熱系統的建設具有重要意義。在這一背景下集中供熱系統熱力失調問題得到了人們的廣泛重視。通常情況下集中供熱系統熱力失調的主要問題為水利失調，主要包括熱源系統水力失調、庭院供熱管網失調以及一次網供熱失調等，對用戶的生產生活造成不良影響。因此對該問題進行深入研究并采取有效的解決措施具有重要意義。

1 城市集中供熱系統熱力失調概述

1.1 含義

城市集中供熱系統龐大且復雜，其主要組成部分包括熱源、熱網與用戶。其中熱源主要指供熱來源，需要將熱水或者熱的蒸汽作為傳導媒介，將具有全封閉特點的熱網管道作為運輸管道，對熱量進行有效運輸。熱源輸送至各用戶的熱量均勻，在實際應用階段，不同用戶的供暖熱量不均存在明顯差異，該現象較為普遍，也就是熱力失調問題。

1.2 表現

對城市集中供熱系統熱力失調問題進行分析，主要問題包括水利失調和溫度失調。其中前者主要指熱力中心在供暖階段中輸送至個用戶的實際水流量與預先設置的流量不符。因此導致一次熱網難以按照用戶的實際流量進行合理分配，因此引發冷熱不均的問題^[1]。后者主要因為換熱站的換熱器性能不佳、效率低下，導致換熱不足引發的一次水溫果茶或者一次熱網溫度不足，因此熱量無法充分傳輸至用戶。通常情況下熱力失調均為水力失調。如果系統存在失調問題，講話導致管網遠端用戶供暖熱量不足，近端供暖存在過熱情況。

2 工程概況

該項目為渭南市熱電聯產集中供熱的電廠一期供熱管網工程，主要供熱范圍包括渭南市中心區（臨渭區）和高新區北部區域。設計供暖建筑面積約為1289萬m，設計供暖熱負荷約696.36MW。該項目主要工程內容為熱電廠圍墻外1米至臨渭區和高新區的一級熱水管網的設計。供熱管道管槽總長約41.77km，管網最大管徑為DN1400，最小管徑DN250，并設置中繼泵站一座（回水加壓）。

3 熱力管網流量分配

3.1 流量分配基本規律

對供熱系統管網的形式進行劃分，可分為枝狀與環狀，其中前者在供熱系統中的應用頻率較高。相關工作人員需要合理設置管道阻力指數，保證供熱介質在全部管道及支路中流量分配的科學性。管段壓降、流量與阻數的關系可通過以下公式表示：

其中△P表示管段壓降;S表示管段阻力數;V表示熱媒體積流量。

熱網的阻力數可通過S表示，對其進行劃分，可分為供水干線阻力數、回水干線阻力數以及用戶阻力數，組成方式為串聯或并聯。當系統揚程處于穩定不變時，可導致系統某位置阻力數存在變化，因此其流量需要再次分配。

用戶流量與系統流量可通過下述公式進行表示：

該公式中用戶m的阻力數為Sm;用戶n的總阻力數指S1-n;一干線Ⅱ之后管路總阻力數為SⅡ-n;系統總熱用戶數為n。

通過上述公式可得出用戶與用戶間的流量比：

該公式中用戶m的阻力數為Sm;用戶d的阻力數為Sd;用戶（d+1）至用戶n的總阻力數為Sd+1-n;干線（D+1）后的管路總阻力數為Sd+1-n。

3.2 水力失調

水力失調是一種常見的現象，主要為用戶實際流程與需求流程之間存在較大的偏差。因為供熱系統的結構相對復雜，是一種管網系統，各環路的水力情況會彼此影響，因此當一個阻力值產生變化情況，可導致不同用戶和不同用戶之間的流量再次分配。

通過上述公式可知，前一用戶m對某兩個用戶流量的比有決定性作用，與用戶m的管段阻力值并無較大關聯，因此可對流量分配的主要規律進行分析，包括下述幾個方面：（1）熱源出口的阻力值存在變化，引發水力失調問題。（2）熱網中間阻力值存在變化，導致該位置用戶之后等比失衡，之前的用戶未受到影響，整個系統存在不一致失衡情況。設置假設條件，系統中采暖用戶數量為5個，對流量的要求為100m/h，用戶1阻力數為50Pa/（m/h），用戶2為40Pa/（m/h），用戶3為30Pa/（m/h），用戶4為20Pa/（m/h），用戶5為10Pa/（m/h），對干管的阻力指數進行測量，用戶1為0.4，用戶2為0.625，用戶3為1.11，用戶4為2.5，用戶5為10Pa（m/h），總阻力數為2.4Pa（m/h）。

關閉用戶3可導致總阻力數發生改變，其阻力值為3.132Pa（m/h）。重新分配的相關數值如表1所示。

通過以上分析能夠發現，關閉用戶3可導致其他用戶流量提升;用戶3之后的水力失調度呈增加趨勢，之前并不增加，因此整個系統表現為不等比的失衡。

4 供熱系統熱力特性分析

4.1 散熱器

供熱系統的熱力情況不但和水力工況關系密切，同時與換熱器的特性以及周圍結構保溫、透氣情況關系密切。

對散熱器的熱力特性進行分析，傳熱特性較為關鍵，易受到其他諸多因素的干擾，主要為熱媒流量、供水問題以及其本身的散熱特性等。散熱器對室內的散熱量可通過下述公式表達：

該公式中散熱器相關的常數為a與b;散熱器的表面積為F;供水溫度與回水溫度為tg與th;室內溫度為tn。

其散熱量能夠通過下述公式表達：

其中c表示熱媒比熱容，G表示熱媒質量流量。

在室內溫度處于穩定不變的狀態下，相關因素均會對散熱量形成一定的影響。當熱媒流量保持穩定不變的情況，設備的散熱量與供水溫度呈正相關關系;當供水溫度保持穩定不變的情況下，設備的散熱量隨著流量的升高而逐漸趨于平衡。通過上述分析可知，散熱器受到流量和供水溫度的影響規律有所不同。流量處于穩定不變的狀態下，散熱量易受到溫度的影響;如果流量較小，流量變化對散熱量的影響較大;流量較大則相反。

4.2 供熱系統熱力

為了對采暖房間熱力失調規律進行深入分析，不降房間溫度作為定值，以下為房間向外界傳熱公式：

上述公式為熱力分析的基本方程組，通過該公式可知在室溫條件下，室內溫度與供水溫度的變化規律。

5 城市集中供熱系統熱力失調分析

對熱力失調的類型進行劃分，主要為水平方向與垂直方向的失衡，其中前者為用戶室溫之間冷熱的失衡性，后者為不同樓層用戶之間的冷熱失衡性。

5.1熱網局部阻力變化引發熱力失調

當集中供熱系統處于穩定的狀態下，如果其局部阻力指數存在變化，比如說某用戶的管段閥門開度改變，發生堵塞等問題，對處于穩定運行狀態下的集中供熱系統來說，如果局部阻力數存在變化情況，系統流量也會出現再分配的情況。因為實際流量的變化程度較大，所以設備與室內溫度也存在一定程度的變化。例如上述分析中將用戶3閥門關閉，導致其他用戶的室溫提升。局部阻力變化低總阻力數的影響程度對水力失調度有決定性作用，因此需要加大排查力度，避免用戶私自安裝供水泵、回水泵等情況。另外，如果系統中采取流量變化的熱調節，室外溫度存在明顯變化，通常情況需要需要對閥門的開度進行合理調整，保證系統阻力值的有效變化。通過上述分析能夠發現，用戶的流量表現為等比變化。根據設備特點可知，流量與散熱量的關系較為復雜，雖然用戶的流量變化呈現一致的狀態，但是散熱量的變化存在差異，因此引發熱力失調。因流量調節導致的熱力失調，可通過相關公式對其進行計算，水平失衡主要體現在近端熱與遠端冷兩方面。

5.2 供水溫度變化對系統熱力失調的影響

通過以上分析可知，散熱器的散熱量和供水溫度表現為直線關系，但是并非絕對關系。如果垂直單管系統流量處于相對穩定的狀態下，立管之間的溫度存在一定的差異性，設備的熱量分配比也會有所不同，進而引發垂直熱力師生情況，所以僅通過集中調節無法有效解決問題，滿足用戶需求，需要采用個別差異化調節方法。

6 城市集中供熱系統熱力失調解決措施

為了能夠有效解決熱力失調等相關問題，做好系統規劃設計工作十分必要，提高運行調節水平及供熱管理水平，進而提高整體供熱水平，全面滿足用戶的供熱需求。

（1）提高熱網的水力穩定性。為了能夠有效降低系統的水力失調度，在設計工作展開過程中及初步調節的過程中，需要有效降低干線阻力，進而提高用戶阻力，通過該方式強化熱網的水力穩定性。（2）流量調節要求。為了有效降低系統中循環水泵的耗電量，需要采取分階段調整流量的調節方式。如果流量較低程度較小，熱力失調現象較為嚴重。因此在實際操作過程中，采用流量調節方式時需要對系統流量進行有效控制，確保其高于60%。除此之外，如果集中調節難以滿足用戶需求，需要聯合個體調節應用。（3）提高系統的自動化調控水平。隨著技術的發展，供熱系統愈發復雜，各熱力站流量調配的協調性、滿足全部用戶的需求成為工作的難點。所以需要引進先進的自動化控制技術，提高供熱系統的自動調控水平。（4）溫控裝置與熱計量儀表。目前熱量商品化為供熱用能的主要發展趨勢，結合當下我國的熱量收費方式，需要采用雙管采暖系統，其主要組成部分為溫控裝置與熱計量儀表，配備專門的溫控裝置，能夠根據實際需求用熱，配備專門的熱計量儀表，能夠根據熱量繳費。（5）合理使用調節閥。調節閥對于改善系統熱力失調具有重要的作用，是確保水力平衡的主要途徑之一。對目前熱力管網中采用的調節閥類型進行劃分，主要包括靜態調節閥、動態流量調節閥與動態壓差平衡閥。其中靜態調節閥對于水力平衡來說具有良好的調節作用，對其原理進行分析，主要為調節管道內部阻力進而實現對孔板的調節，同時對平衡管網中的阻力進行調節。所以該調節閥需要通過人工操作發揮作用。

7 結語

綜上所述，導致城市集中供熱系統熱力失調的主要表現為水力失調，需要結合實際情況采取科學合理的解決措施，有效解決熱力失調問題，為系統的安全穩定運行提供保障。

參考文獻

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[5] 盧冰冰.城市集中供熱系統節能技術及熱力站控制系統的分析[J].機械管理開發，2020（8）：264-265+291.

收稿日期：2021-07-06

作者簡介：喬錦晶（1982—），男，陜西西鄉人，本科，工程師，研究方向：城市供熱。

Analysis on the Thermal Imbalance of the Urban Central Heating System

QIAO Jinjing

（China Municipal Engineering North China design and Research Institute Co.， Ltd Xi'an Branch， Xi'an Shaanxi? 710018）

Abstract： Nowadays， urban residents have higher and higher requirements for central heating system， and the thermal imbalance of central heating system has been widely concerned and valued by people. This paper takes a project as an example， discuss the thermal characteristics of the radiator， analyze the thermal imbalance caused by hydraulic imbalance of heating system， put forward effective solutions.

Keywords： City; Central heating system; Thermal imbalance