淺析集中供熱庭院管網平衡調節

李保健

(太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030000)

集中供暖是我國冬季城市供熱的主要形式，通過遍布城市的供熱管道將大型燃煤、燃氣鍋爐或者熱電聯產的熱源，輸送至熱用戶周邊的換熱站，在熱力站內進行一二次熱網換熱，最終通過庭院網將熱量送入熱用戶家中。庭院網在集中供熱系統中也叫二次網，是整個供熱系統的最末端，是直接面向熱用戶的。庭院網的冷暖可以基本反映出熱用戶家中的冷暖。

現今國內絕大多數供熱企業都將熱源、熱網及熱力站都進行了自動化控制及全網平衡改造，可以基本解決同一熱網內由于熱力站距離熱源的遠近造成的供熱溫度近高遠低的問題，實現同一熱網中各熱力站的熱源溫度平均分配。然而，庭院管網由于種種原因，造成供熱溫度不平衡，發生同一小區不同樓的供熱效果相差很大，甚至同一單元的不同住戶家中溫度相差甚遠的情況。本文將對庭院管網分類、不熱原因及處理方法進行詳細探討。

1 庭院管網及其分類

1.1 庭院管網概念

庭院管網又叫二次管網，一般指從小區與一次網接口處開始到各個樓房建筑間輸送熱水的管道，或者主街、路（市街）管網分支到小區內的管網，或者指各用熱單位內部各個單體建筑物之間的管道。

1.2 庭院管網分類

目前，國內庭院網分類方式大多依據管網敷設方式、管網供熱方式（如并聯串聯）進行劃分。根據實際工作經驗，同時依據2007年太原市印發的《太原市民用建筑節能管理辦法》，本次將庭院網按照是熱用戶否為節能建筑進行劃分為兩類：一是未進行節能設計建造（改造）的老舊庭院管網，二是新型節能建筑庭院管網。

2 庭院管網運行現狀

本文所研究的供熱系統位于山西省，集中供暖時長為5個月。從2016年建成37.8 km的太古長輸管網開始，太原市熱力集團有限責任公司逐步對熱網輸送能力及平衡能力進行突破性進展，截至目前，總供熱面積達1.7億m以上，覆蓋全市333余萬人。同時，熱網已逐步形成了多熱源、大落差、長距離的大型環狀管網，主要依靠13個熱源實施供熱，占全市城區供熱面積的72%。而且，經過5年的運行，一次管網以分公司為區域，均通過電動調節閥，實現遠程監控，自動平衡。

然而，在通過各種技術手段不斷擴大供熱面積的同時，在實際供熱運行中，庭院管網經常出現水力失衡問題，尤其是供熱初期還是能接到許多的用戶投訴。這其中除去少部分是由于熱力站設備故障原因造成的不熱情況，絕大多數都是由于用戶的庭院管網調節不平衡或者用戶庭院網堵塞造成的不熱問題，其主要表現為，同一熱力站作業負荷范圍內，某一座樓不熱或者同一座樓內某一單元不熱，甚至整座小區都熱只有某座樓的某一層或者一側不熱，而解決上述問題的關鍵就在于對庭院網的供熱平衡進行調節。

3 庭院管網水力失調原因

根據大量調研和多年工作實踐發現，當前許多供熱系統在實際運行中供回水溫差為8～15℃，約為設計的50%，實際運行平方米流量5kg，約為設計的2倍，經常出現供熱系統熱源近端用戶熱，遠端用戶冷的現象。究其原因，主要因為設計、建設、運營等因素所致。如，設計根據理論計算，而實際管材的數值與標準是有差別的；建設期同樣會出現建設的實際條件與設計有偏差，而又未根據實際建設施工情況進行調試或調試效果差；運營期熱用戶室內隨意增減散熱器或開關閥門，供熱管網新接入熱用戶或停運部分熱用戶，隨意調整網路分支閥門或用戶入口閥門等，這些情況皆會在一定程度上導致水力失衡。

3.1 未進行節能設計建造(改造)的老舊庭院管網水力失調原因

2007年以前，太原市建筑絕大多數沒有按照節能建筑要求設計建造，這些建筑特點為樓體外部沒有進行保溫處理，樓內供熱管網絕大多數都是串聯式敷設，且缺少必要的供熱管網設計規劃。

3.2 新型節能建筑庭院管網水力失調原因

2007年后，根據相關文件要求，太原市新建建筑都是按照節能建筑要求設計施工。其建筑樓體外部都裝有保溫隔熱板，樓內供熱管道并聯敷設，同時每座樓供熱管網入口處、住房居民用戶每個單元、每戶都有單獨關斷閥或調節閥和熱計量表。

4 庭院管網平衡調節措施

4.1 庭院管網平衡調節原則

與城市集中供熱的一次側管網熱量平衡調節類似，二次側庭院網的調節也是一個系統工程。在庭院網的調節中，首先要明確庭院網內管線分支負荷情況，熱用戶樓體結構與保溫性能等熱用戶信息。在供熱初期首先要根據室外溫度，結合熱用戶建筑形式、散熱器種類進行目標回水溫度設置。一般新建小區由于樓體保溫性能好且采用地暖散熱，所以目標溫度要略低于老舊保溫性能差的小區。其次，在熱力站二次網回水溫度達到設定目標后進行分支細化調節。一般參照管線長度及供熱面積來調節流量：管線長度長的分支流量大，短的分支流量小；供熱面積大的分支流量大，小的分支流量小；同時結合分支回水溫度進行調節。

同時，根據經驗，在實際供熱中，即使熱力站所有運行參數已經完全達到標準，但由于用戶單元閥門未開、用戶管網頂端積氣等原因，還是有供熱不良的情況發生。這是就需要結合用戶實際使用情況，尤其是用戶反饋甚至是投訴進行更細化的調節。

在接到用戶不熱反饋時，應首先了解不熱范圍的大小，是一戶不熱還是某一單元或一座樓供熱整體不良，同時結合熱力站內相關運行參數來進行調節。此外，應該根據庭院網的新舊程度采取不同的方法進行調節處理。

4.2 未進行節能設計建造(改造)的老舊庭院管網平衡調節

2007年前的老舊管網，如前文所述2007年前的老舊管網，在實際運行中大多存在管網敷設路徑不清、管網分支粗狂，同時管網老化嚴重的情況，用戶樓體保溫性能差，大多為串聯式管道布局。針對這種老舊庭院管網的調節一直都是行業內的難點，尤其是在考慮到能效成本的情況下。因此，在為這類熱用戶提供供熱服務前，應先同用戶產權單位進行協調，在供熱前先提高管網質量，同時在熱力站內多設計分支出口。如，我公司有一座新建熱力站所帶五萬平米負荷，均為老舊小區，同時分為6家產權單位，故該熱力站設計時就針對每個產權單位設計一個分支出口，方便調節與管理等。同時，在庭院網平衡調節時，應充分考慮老舊管網的承壓能力和管網熱脹冷縮的承受力，在滿足供熱符合要求的前提下將庭院管網壓力與溫度值適當調低，尤其是在運行剛開始時管網升溫一定要慢。而且，調節也應盡量遵循“近小遠大、低小高大”進行調節，并考慮到串聯式管網布局的庭院網散熱特性，尤其應當重視通過加大循環泵流量來提高換熱量的升溫方式。

4.3 新型節能建筑庭院管網平衡調節

2007年后的新建用戶，如前文所述2007年后的新建用戶在設計時對熱用戶樓內管線都做了分支細化，所以在調節這類庭院管網時，首先應摸清庭院網分支情況，在壓力、溫度、二次網循環泵滿足熱力站負荷要求的設定值的前提下，可依據各分支回水溫度判斷庭院網平衡情況，通過調整庭院網分支閥門開度進行調節。具體的，應總體按照“近小遠大、低小高大”的原則對閥門開度進行調整，使得遠端分支回水溫度與近端分支回水溫度平衡，負荷面積大的分支回水溫度與負荷面積小的回水溫度平衡。

二網平衡調節閥調節對應每個用戶的用熱流量由每個用戶閥門的開度大小決定，無需安裝單元調節閥或者管網分支調節閥。相比單元閥回水溫度調節，戶用二網平衡調節閥系統方案有明顯的優勢。二者對比情況如表1所示。

表1 戶用二網平衡調節閥與單元閥調節閥對比

通過用戶二網平衡調節閥調節，直接做到最末端的精細化流量分配，既可以解決水平失調，還可以解決垂直失調。本公司某熱力站至用戶樓棟內分戶裝置及用戶室內采暖系統節能改造二網系統架構如圖1所示，硬件系統及通訊示意圖如圖2所示。

4.4 庭院網的升級改造

在過去很長一段時間，由于種種原因的限制，我國供熱行業一直面臨著一次網年年擴網改造，庭院網卻很少升級改造的困境。如，太原市熱力集團有限責任公司很多接入供熱服務的老舊庭院網甚至超過三十年，這些管網長期得不到升級養護， “跑冒滴漏”是常見現象，在運行中出現管道破裂時哪壞修哪也是司空見慣。近幾年，隨著政府推行老舊小區的“穿衣戴帽”工程以及“一戶一表”工程，逐漸開始對這些老舊小區進行庭院網的改造。雖然庭院網的產權屬于熱用戶，但是供熱企業為了今后的服務質量，應該在用戶庭院網改造中發揮積極地作用提出合理的意見。如，合理細化分支加裝閥門，在管網高點加裝排氣裝置，在管網關鍵位置修建管道井等。

圖1 二網系統架構

圖2 二網硬件系統及通訊示意圖

5 庭院管網動態水力調節的必要性

集中供熱系統是我國北方城市建筑用能大戶，占總能耗的40～60%。目前，二次管網中，輸配系統節能優化調節大多采用量調節方法，建筑室內溫度一般采用單回路控制，然而供熱管網各支路間具有水力耦合特性，此種控制易導致系統發生震蕩，造成管網水力失衡、室內供熱溫度與需求溫度偏差較大，同時會引起運行能耗增加。

動態水力平衡是二次管網實現節能優化控制的前提和難點，也是減小我國集中供熱系統單位建筑面積能耗相比發達國家高3倍的重要途徑。在二次管網已完成靜態水力平衡初調節的前提下，以輸配系統運行能耗最小為目標，利用電網圖論建立二次管網復雜多元非線性水力工況模型等，建立基于遺傳算法的二次網輸配系統的節能優化調節模型，以實現基于動態水力平衡的二次管網輸配系統節能優化調節，是非常有必要進行下一步研究和實踐的。

6 結語

集中供熱企業是民生企業。隨著人們生活質量的提高，對冬季供熱質量的要求也越來越高。庭院網是整個集中供熱的最末端，也是最貼近用戶的一端，庭院網的調節關乎供熱服務質量的優劣。因此，在調節時一定要精準分類，系統化、精細化的調節，如可以根據熱用戶是否為節能保溫建筑進行分類，對熱用戶建筑供熱耗能分別預判，以此為依據對庭院網溫度進行控制，同時在沒有庭院網供熱管道敷設詳圖等信息時，還可根據是否為節能保溫建筑對供熱管網的老舊程度進行估判，方便運行期間的精細化調節，從而可以讓用戶、企業、政府都滿意放心。