暖通工程师浅谈城市集中供热管网水力平衡问题

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热力管线工程运行是否正常直接关系到居民生活质量，在设计过程中应遵循技术先进、经济合理、安全适用的原则，作为一项系统工程，从管网的设计到管道的 制造、安装及管网的启动运行，每个环节都直接影响着工程的成败。而一项好的设计可以使产品的性能得以充分发挥，可以最大限度地减少施工中的困难，可以降低工程造价。因此，我们的设计一定要做到严谨合理，为工程的成功提供可靠的前提保证，如若不然，不仅增加工程造价，同时还由于设计不当而削弱了热力管线运行的安全性和可靠性。

由于水力失调，引起的冷热不均，至今仍然是困扰本行业的难题。

积极推广热计量收费，是实现水力平衡、消除冷热不均的关键技术措施。文中就节流式水力平衡、有源式水力平衡技术的关键环节，进行了具体分析，提出了二种解决方案。

一、完善节流式水力平衡

系统水力失调是由于系统各环路未实现阻力平衡而导致的。因此，要实现系统水力平衡必须着手于系统的阻力平衡。达到系统阻力平衡有两种方法：一是靠调节阀通过节流改变管网阻力而实现。称为节流式水力平衡;一种是通过分布式变频水泵的变速改变管网的流通率亦即改变官网阻力而完成，称为有源式水力平衡。

多年来，国内外就节流式水力平衡方法进行了许多研究，利用超声波流量计，即可快速一次性地完成系统水力平衡，多年在许多实际工程中应用效果良好。随着技术的进步，目前在利用调节阀进行节流调节的过程中，出现了二个比较突出的新问题，需要进一步解决。

其一是正确选用调节阀，目前存在的主要问题是调节效果不理想：系统近端的超流量没有减下来，系统末端亏缺的流量没有补起来，结果冷热不均的现象没有达到彻底解决。咎其原因，除了调节阀产品质量不过关外，大多数的情况是产品选用不当：我国产品样本，目前多数只给出口径和流量的控制范围，选用人员根据要求的调节流量就确定了调节阀型号和口径大小。这种粗糙的选用方法，存在明显的缺陷。

为了保证调节阀阀权度能在0.25-0.3以上的范围工作，调节阀的选用必须根据Kv值的大小确定，应该逐渐改变以前只按口径、流量大小选用调节阀的做法。调节阀的Kv值是指阀端压差为0.1MPa 时各种开度下的流量值。这是产品出厂前，预先在实验台上标定好并且列在样本上的数据。利用Kv值选用调节阀口径的好处是在选择的过程中，要进行流量、端压的计算，并做阀权度的校核。如果发现阀权度值小于允许值(这种情况常常发生在供热、空调系统的近端)，则要采取措施，提高调节阀的阀权度值。这些措施，对于恒温阀，要采取预设定值的设置;对于调节阀，则要串连适当的手动平衡阀或差压调节阀，目的是为了消除多余的资用压头，减少凋节阀的端差压力，进而提高阀权度.采用这种调节阀的选用方法，其调节功能一定能有明显改善。

其二是调节阀如何适应变流量调节，这里说得变流量调节不是指局部系统的变流量调节，而是指全系统总运行流量的变流量调节。前者是因局部用户负荷需求变动进行的局部凋节;后者是因室外气温变化引起负荷变化进行的全系统调节。特别是变频调速水泵的广泛应用以来，这种系统总流量的变流量调节将会越来越普遍。

为适应局部负荷需求的变动，各种调节阀都应适应全系统变流量调节，一般都是通过阀门的调节来实现，这时差压调节阀、自力式平衡阀都能发挥其调节优势。但全系统变流量凋节中，随着室外气温的变化，系统要以设计总流量的50-100%的范围内进行调节。我们选用调节阀，都是按照设计流量进行的，而在整个运行期间，只有最冷时刻才满足设计流量，其他绝大多数时间里，运行流量都小于设计流量，这时差压调节阀、自力式平衡阀的端差都小于设定值，为维持设定压差，调节阀将逐渐增大开度，直至完全开启，不再发挥调节作用。因此，针对这一情况，提出简单、有效的可行方案，已成为一件相当急迫的事情。我们知道，无论自力式平衡阀还是差压调节阀，基本工作原理是一样的。核心理念是维持一个设定的压差恒定，借以实现调节功能，其中一个重要的技术环节，是设计一个通路，将末端压力反馈至调节阀芯。如果我们在这个通路上安装一个灵活的旋钮，随时都能很方便实现通路的开关。那么这个改装后的差压调节阀、自力式平衡阀就完全能够适应总流最的变流量调节了。具体的操作过程为：在系统初调节时，打开旋钮，让通路开通，发挥自力式平衡阀、差压平衡阀原有的自动调节功能，实现系统的初凋节;等初调节完成后，关闭旋钮，使通路关断，让自力式平衡阀、差压调节阀变成一个手动平衡阀，这样就可以放心地进行系统总流量的变流量调节了。施行这样简单的改装，使一个凋节阀，同时发挥手动调节和自动调节的功能.应该是最经济实用的办法。

二、推广有源式水力平衡

推广有源式水力平衡，减小管段阻力，提高管段的流通能力：利用变频调速改变水泵的扬程和流量，借以改变管段阻力，实现系统的水力平衡。这种有源式的水力平衡，和节流式水力平衡相比较，在原理上是完全相同的。都是通过合理的阻力配备实现流量的平衡。但从节能的意义上观察，则有很大的不同：靠节流增加管段阻力将造成电能无谓浪费;靠变速水泵减少管段阻力，将有明显的节电效果。因此，有源式水力平衡比起节流式水力平衡一定会有更大的发展潜力。有源式水力平衡依靠的技术平台就是水泵的变频调速技术的应用。

积极推广有源式水力平衡，必须建立在广泛应用变频调速技术的基础上。因此，推广有源式水力平衡.本身就是一项技术更新的重要举措、实现有源水力平衡，在技术上应该注意以下一些问题。

1、 优化分布式变频水泵设置。

分布式变频水泵设置有无穷多个方案，节电最多的方案是最优方案。在供热系统中，除热源循环泵外，其他循环泵设置在间接连接或混水连接的热力站(热用户)中的方案是最优方案，其装机电功率只是传统设计方法的1/3左右。对于间接连接系统，一次网热力站循环泵最好设置在换热器的回水一侧，以防水温过高。对于混水连接系统，最优方案是在一次网、二次网上分别设置水泵;一次网的循环泵最好设置在回水管上，二次网的混水、加压循环泵最好设置在供水管上，这样，不但装机电功率最省，而且水泵都置于低温下运行，既经济又安全。在有源式水力平衡中，所有分布式水泵都必须进行变频调速运行。依靠水泵的变速，调节热力站(热用户)的资用压头和循环流量，即可实现系统水力平衡。另外，自动控制的合理设计，监控仪表、设备的安全、可靠将是至关重要的。

2、 合理配置调节阀。

在有源式水力平衡系统中，根据具体情况，有必要设置一些配套的调节阀：

(1)首先是在混水连接系统里，应设置电动调节阀。为了减少节流损失，电动调节阀尽量安装在管径小、流量小的管道上。

(2)在混合式的系统中，适当加装一些调节阀。混合式系统是指分布式变频水泵和传统循环泵相结合的系统。在旧有系统的改造中。安装在热源处的传统循环泵负责供热系统近端热用户循巧流量的输送，末端热用户的循环流量依靠自身的分布式变频泵输送。

(3)系统二次网加装调节阀。目前许多热力站规模比较大，二次网的状况比较复杂，完全推广有源式水力平衡有相当困难，因此，在二次网中适当安装调节阀，依靠节流方式来实现水力平衡也是一种较为实际的方式。

(4)房间散热器上加装恒温阀。不论采用节流式水力平衡还是有源式水力平衡，在系统最末端处即房间散热器上都必须强制安装恒温阀，这是一道最后的节流水力平衡。一个供热、空调系统经过层层水力平衡，最终的室温要求是可以实现的。

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