供熱系統二次網平衡調節方法探究

王躍飛

(太原市熱力集團有限責任公司第五供熱分公司，山西 太原 030000)

0 引言

伴隨著集中供熱事業的快速發展，用戶對于供熱服務的要求也越來越高。如何打通用戶服務的最后一公里成為目前供熱行業的探討焦點，而做好二次網、樓棟單元、各戶之間的平衡調整，實現戶間平衡、降低投訴，在不增加能耗的情況下提升供熱能力成為有效的手段。本文針對不同的二次網形式，提出了部分實用的二次網平衡調節方法，并通過調節實例證實了方法的有效[1]。

1 二次網現狀及存在問題

1.1 太原市東山地區二次網現狀

目前，太原市東山地區某熱力公司共有熱力站261座，供熱面積約1 788.27萬m2，涉及450個用戶單位，服務用戶18.3萬戶。該區域內二次網可以按照二次網和樓棟(單元)立管的形式進行分類，按照樓棟(單元)立管的形式，主要分為四類，分別為：

類型一：“三供一業”供熱分離移交維修改造后的系統。

類型二：采用分戶熱計量供熱系統，有戶表和樓棟表計。

類型三：垂直雙立管分戶供熱系統，但未實現熱計量。

類型四：同程式或異程式的上供下回串聯老舊的供熱系統。

1.2 太原市東山地區二次網調節過程中存在的問題

由于用戶二次網供熱系統建設時間、技術要求和設計方式的不同，實際運行情況較為復雜。目前，由于二次網老舊堵塞及閥門調節等原因，二次網流量分配與所需流量不符，二次網水力失調現象普遍存在，通常會出現距離熱源(熱力站)近的熱用戶室溫較高，遠端熱用戶室溫不足。這種情況下，有些熱力站運行人員為了保證遠端住戶的供熱效果，盲目提高熱力站循環泵的運行頻率或增大一次管網供熱量。這種運行方式，遠端住戶的供熱效果可能改善不大，近端住戶室內過熱，同時會造成一次網熱耗及熱力站水耗、電耗的增加。

因此，通過對二次網、樓棟和單元、戶內的平衡調節，既能改善用戶體驗、實現戶間平衡、降低投訴，也是提高效率，提升整體供熱能力的有效手段，同時可以達到節能降耗的效果。

2 “三供一業”供熱分離移交維修改造后的二次網平衡調節

2.1 “三供一業”改造小區現狀

該熱力公司“三供一業”供熱改造2019年全面開工，截至目前，完成改造面積233.75萬m2，涉及64個小區，用戶2.84萬戶。改造內容涉及二次網，單元立管和戶內系統，改造后單元公共樓梯間均為異程式垂直雙管系統，平衡調節設備主要有單元水力平衡閥(安裝在回水管道，可測溫度)、戶用調節閥(安裝在供水管道，不可測溫度)，根據用戶數量按照建筑空間位置“左中右，上中下”安裝有20%室溫采集面板，同時建設有二次網自控平衡調節系統，可遠程操作水力平衡閥及戶用調節閥。

2.2 “三供一業”供熱改造小區平衡調節方法

“三供一業”供熱改造小區平衡調節方法適用于類型一的二次網形式。

“三供一業”供熱改造小區平衡調節主要依靠二次網平衡系統，采用單元回水溫度一致調節法進行調整，平衡系統調節單元水力平衡閥控制每個單元立管回水溫度一致，戶閥調節采用預設比例法，從底層到頂層閥門開度依次增大，同時參考入戶測試室溫數據，個別調整戶閥開度。以6層建筑為例，戶閥開度預設按照由高層到底層分別不同。根據經驗，1層～2層戶閥開度在20%～35%左右，3層～4層戶閥開度在40%～50%左右，5層～6層戶閥開度一般在80%～100%。

經過平衡系統調節單元水力平衡閥可以消除二次網水平失衡，單元垂直平衡根據室溫反饋按照預設開度的方式進行調控，目前輔助人工室溫檢測進行精細化調整實現戶間平衡。未來逐漸補充室溫數據后，考慮戶閥已經關到最小狀態，并將室溫數據和閥門控制建立算法，可以利用間歇通斷法等實現精細化室溫控制，使各個室溫之間趨于一致[2]。

“三供一業”供熱改造小區主要節能空間在于中間戶仍然有很多過熱現象，并且缺乏室溫數據指導調節，尤其是中間層用戶，以便更好地確定用戶閥門開度，避免能源浪費。

3 分戶熱計量小區二次網平衡調節

3.1 分戶熱計量小區現狀

該熱力公司已進行熱計量的單位或小區共7個，其中4個為公建，3個為住宅。住宅供熱面積13.58萬m2，共計1 763戶，已全部上線。除此之外，已與熱力公司簽署熱計量合同或協議共38個單位或小區，其中4個為公建，34個為住宅，住宅供熱面積411.24萬m2。目前，該熱力公司分戶熱計量用戶熱網系統僅安裝熱計量表，并未安裝戶控閥，無法按戶進行調節。已簽熱計量協議的小區共安裝33 212塊鎖閉閥，其中有23個小區安裝的是具有調節功能的鎖閉閥(共計13 488塊)，其余小區安裝的鎖閉閥不具備調節功能，無法按戶進行調節。所有用戶系統均安裝手動樓棟和單元閥門，可以手動調節，使各單元水平平衡。

3.2 分戶熱計量小區平衡調節方法

分戶熱計量小區平衡調節方法適用于類型二的二次網形式。

根據小區內各單元用戶實際流量進行二次網平衡調整，解決小區內二次網的水平失調，按需調整各單元流量，使各個單元回水溫度趨于一致。在各單元流量匹配的情況下，用戶可根據自身用熱需求，通過溫控閥合理調整室內溫度，真正實現熱用戶計量供熱，使熱計量供熱得以順利進行并推廣，降低整個熱網能耗。同時，建議該熱力公司可以逐步完善樓棟自動平衡閥，與三供一業平臺進行整合。整合室溫數據，實現精細化平衡。

對于安裝可調節鎖閉閥的小區，可以進一步調整入戶閥門，調節原理根據比例調節法，具體調節步驟如下：

1)根據熱力站面積或分區面積進行計算該站或分區所需流量，調節該站或分區的循環泵出力，使其滿足所需流量。

2)通過觀察熱計量系統中各單元流量，選定最不利回路，對于小于計算流量的單元，通過關閉流量超標單元的閥門，使各單元流量基本滿足其所需流量，最終各單元回水溫度趨于一致。

3)對于裝有可調節戶閥的分戶計量用戶，可以通過調節系統對戶閥進行調節，從底層到頂層閥門開度依次增大。

4)對于個別住戶或整棟樓供熱效果較差，且多次調節無效果的，需協調產權單位對入戶或樓棟的濾網進行清理。

對于無法按戶調節的小區，該熱力公司計劃在今后逐步要求相關產權單位或物業公司對其進行改造，加裝戶控調節閥，通過調節閥合理調整室內溫度，真正實現其用戶計量供熱的目的。對于已簽署熱計量協議的用戶單位，該熱力公司計劃將與未安裝可調節鎖閉閥的小區的產權單位進行協調溝通，建議其更換為可調節鎖閉閥。

4 垂直雙立管分戶二次網平衡調節

4.1 垂直雙立管分戶小區現狀

該熱力公司垂直立管分戶的小區共141個，供熱面積833.86萬m2，用戶7.09萬戶。有分戶閥門且可調節的小區共66個小區，供熱面積320.67萬m2，有分戶閥門但不可調節的小區共75個小區，供熱面積513.20萬m2。所有用戶系統均安裝手動樓棟和單元控制閥，可以通過手動調節單元的水平平衡。

4.2 垂直雙立管分戶小區平衡調節方法

垂直雙立管分戶小區平衡調節方法適用于類型三的二次網形式。

目前該熱力公司既有垂直雙立管已分戶供暖系統閥門分散，空間位置和閥門狀況差異較大，豎向水力失調問題較多。這種系統調整需要通過測試回水溫度，按照回水溫度一致原則調整戶閥來實現垂直平衡失調問題。同時，這類小區的二次網平衡調節同樣可參照第3部分。

另外，建議未安裝分戶閥門的小區在保持原有雙管結構的基礎上加裝：1)分戶調節閥，室溫采集裝置，根據用戶室溫反饋，精細化調節單元平衡閥。2)遠程單元自動調節平衡閥，通過測量單元回水溫度，控制單元平衡閥開度。3)自控設施，耦合智能控制技術，根據負荷變化要求實現遠程實時調節[3]。

5 上供下回串聯老舊的二次網平衡調節

5.1 上供下回串聯老舊的二次網現狀

上供下回串聯供熱方式多見于老舊小區，一般最高為6層樓。系統形式如圖1所示。

目前，該熱力公司管轄范圍內涉及上供下回系統的小區共316個，面積約585.63萬m2，用戶4.76萬戶。這種供熱方式無法通過有效的手段進行垂直方向調節，導致經常出現的問題是上層用戶家里暖氣較熱，下層用戶家里暖氣溫度較低。此外，許多采用上供下回的小區因年代久遠，二次管網閥門老化，許多樓棟、單元閥門無法調節，不能按需調整各單元流量，導致小區內二次網水平失調。

5.2 上供下回串聯老舊的小區平衡調節方法

此方法適用于類型四的二次網形式。

首先，需要在單元的回水口加裝調節閥，通過測量每個單元的回水溫度，調節回水調節閥，確保每個單元調節平衡，最終使得所有單元的回水管溫度基本一致，此時可以認為每個單元已經調節平衡。

對于垂直方向每一戶的調節，由于從樓頂到一樓整是采用的單管串聯方式，單獨調節某一層的單管流量勢必會影響下面樓層的供熱效果，目前比較有效的方式是加裝跨越三通管進行調節，具體實施如圖2所示。

跨越式三通管一般加裝在頂層以及次頂層位置，通過調節三通閥向下的旁通開度，將整個管道內的一部分流量不經過頂層散熱器直接流向下層，這樣頂層的暖氣片熱水流量可以根據用戶需求進行調節，改變流經暖氣片和流經跨越管的流量比例來調節耗熱量，而底層的住戶由于流量增加室溫也會升高，這樣可以通過不斷調節跨越三通閥的開度，使得整個垂直方向每一戶的室溫基本平衡[4]。

6 二次網平衡調節實例

6.1 熱力站及小區基本情況

該小區屬于上述第4部分介紹的垂直雙立管分戶小區，小區供熱系統設有分戶調節閥及熱量表(但不采用熱計量收費)，每棟樓設有流量計及平衡調節閥(但每個單元不設置平衡調節閥)，未設置二次網自控設施。

該熱力站設計供熱面積9.04萬m2，熱負荷為3 692 kW，共設2個分區。其中地暖低區設計供熱面積4.79萬m2，供熱范圍為小區1號～5號住宅樓低區；地暖高區設計供熱面積4.25萬m2，供熱范圍為小區1號～4號住宅樓高區。熱力站低區、高區的循環泵型號均為：SLS150-315A，Q=200 t/h,H=32 m,P=30 kW，一用一備。

該小區二次網平面簡圖如圖3所示。

6.2 該小區供熱初期的情況及存在問題

6.2.1 該小區供熱情況

該小區于2021年建成，2021—2022采暖季開始供熱。以小區地暖高區供熱運行情況為例，供熱運行初期，熱力站地暖高區循環泵運行頻率為24 Hz，熱力站二次網供回水溫度為38.5 ℃/33 ℃，使用流量計測得二次網出口流量86 t/h。

供熱初期，小區地暖高區住戶反映的不熱問題主要集中在以下幾方面：1)2號樓3單元供回水管道沒有溫度；2)4號樓整體室溫比1號樓整體室溫低2 ℃；3)2號樓住戶的室溫普遍低于其他樓棟。

6.2.2 該小區供熱存在問題分析

地暖高區各單元供熱開始時原始流量的測定結果見表1。

表1 地暖高區各樓棟原始流量表

根據熱力站二次網出口流量和地暖高區面積，可計算得知地暖高區每萬平方米折算流量為21 t/h～22 t/h。對表1分析可知：1)2號樓3單元流量明顯低于其他樓棟，可能存在閥門未開或管網堵塞；2)整個地暖高區二次網存在水力失調，二次網平衡調節未到位。4號樓可能閥門開度偏小，1號樓閥門關閉不夠[5]。

針對原始流量測量結果暴露出的問題，首先，工作人員對2號樓3單元地暖高區的過濾器進行反沖洗，反沖洗結果顯示，有一異物堵塞管道；其次，工作人員對每棟樓及每個單元的閥門開度重新調整至100%，為接下來的二次網精細化調節做好準備。

6.3 該小區二次網精細化調節方案及結果

仍以該小區地暖高區供熱系統為例，在排除管道堵塞等外在因素影響后，在各樓及各單元閥門開度100%的情況下，對各單元流量進行重新測定，結果見表2。另外，重新測定熱力站地暖高區二次網出口流量為93 t/h，每萬平方米折算流量為23 t/h，見表2。

表2 排除堵塞因素地暖高區各樓棟流量表

6.3.1 該小區二次網調節方案

仍以該小區地暖高區供熱系統為例，調節方法采用比例調節法，根據表2的數據，轉換成柱狀圖，可更直觀表現出地暖高區二次網水力失調情況，如圖4所示。

1)根據比例調節法的要求，從圖標中可以得知，2號樓3單元為該供熱系統的最不利環路，將該單元的流量面積比作為調節基準，調節過程中，不操作該單元的閥門。

2)根據圖3所示的地暖高區二次網簡圖，由遠及近調節2號樓的其他單元、3號樓各單元、4號樓各單元、1號樓各單元。

3)調節過程中，隨時對比調節單元的面積流量比及最不利環路(2號樓3單元)的面積流量比，當兩者的面積流量比相同時，則該單元調節完成。

6.3.2 二次網平衡調節后的結果

地暖高區經過二次網平衡調節后，熱力站二次網地暖高區供回水溫度變為了39 ℃/31 ℃，地暖高區二次網流量測定為92 t/h，地暖高區各單元調節后每萬平方米折算流量為22 t/h～23 t/h。調節后的結果見表3，圖5。

表3 調節后地暖高區各單元流量表

通過對比調節前后的圖表，可明顯看出，調節后的地暖高區各單元的每萬平方米折算流量趨于某一定值，表明該供熱系統各單元間的阻力系數趨于一致，二次網達到了平衡，該小區地暖高區供熱效果得到提升。在今后的供熱運行中，只需統一調整一次網供熱量或二次網循環泵的參數，各單元間的供熱效果基本可達到同步的提升或下降。

7 結語

本文介紹的集中二次管網類型，對應的各種二次網平衡調節方案在具有較強的操作實用性，其中，比例調節法適用較為廣泛，但操作步驟較復雜、調節時間較長；回水溫度調節法操作簡單，但同樣時間較長。此外，在實際運行過程，在熱網冷態試運行時，對供熱系統的水平方向和垂直方向由近及遠進行閥門開度預設，可以減少供熱運行后二次網精細化調節的時間。

總而言之，二次網精細化調節是一項細致且復雜的工作，在實施前，一定要保證管網沒有受到堵塞等外在因素的限制，在實施過程中，根據二次網的實際情況，選擇合適的方法進行調節。通過二次網平衡調節，可以有效地提升住戶的體感，并降低投訴率，同時達到節能降耗的作用。