集中供热系统水力失调的常见原因分析及解决方法

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　　摘    要：供热系统的水力失调会造成局部用户温度不达标、局部用户温度超标、能源浪费等诸多后果。水力失调现象是技术工作者必须面对且要解决的技术问题。本文系统性、全面性的提出水力失调的原因并给出解决方法。
　　关键词：水力失调 供热系统 平衡
　　1  引言
　　供热系统主要是由热用户、设备、热源及管网组成，通过管网把热能输送到末端用户。在保持水力平衡的状态下，末端用户就能够获得系统设计所需要的热水流量，从而保证用户使用的舒适性和系统运行的节能性要求。现实中，由于供热系统设计不合理、施工方法不正确、偷工减料、调节不到位等原因导致供热系统水力失调，造成局部用户供热不均衡现象的发生。针对存在的问题找出相应的解决方法，消除水力失调，达到整个供热系统的水力平衡，从而实现节能降耗的目的。
　　2  供热系统水力失调的概念及分类
　　（1）热水供热系统中，各热用户的实际流量与要求流量之间的不一致性称为热用户的水力失调。
　　（2）水力失调可分为静态失调和动态失调。静态失调是指当某一环路存在剩余压头、阻力过小时，就会造成环路实际流量超过设计流量，引起整个系统的水力失调，以致出现冷热不均的现象。静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的。动态失调是指在动态运行过程中，某一环路的水量发生变化时引起的压力和水量的变化，干扰其他环路的热量分布，影响其他用户的供热需求和使用质量。相对静态水力失调，动态水力失调则是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，而是在系统运行过程中产生的。
　　（3）按照建筑位置的不同，水力失调又可分为水平失调和垂直失调。水平失调指一个水平面上的用户流量偏离设计值，导致水平面用户远、近冷热不均的现象。垂直失调是指在一个建筑垂直面上，进入散热器的流量偏离设计值而导致楼层上、下冷热不均的现象。
　　（4）供热系统水力失调的程度可用水力失调度X表示，即供热系统实际流量和设计流量的比值，X=GS/GJ。根据各热用户水力失调的情况，供热系统的失调分为一致失调、不一致失调和等比失调。解决水力失调的目标就是使水力失调度X接近1。
　　3  水力失调的主要表现
　　（1）用户室温冷热不均。在一个小区内，每栋建筑物距离供热站距离不等，每栋建筑中的每个单元也各成一个系统，供热系统分布远近有别。系统中各环路的流量不均衡，造成用户室温冷热不均。
　　（2）设备运行电能消耗高。在出现水平或垂直水力失调的情况下，为了满足室温偏低的用户，供热系统会采取“大流量、小温差”的模式运行。在这种模式下，锅炉或换热器等热源设备难以达到其额定功率，其次循环水泵等主要设备能量输配效率低，消耗高。
　　（3）热力站能源消耗高。当出现水力失调时，为了满足室温偏低的用户，热力站往往提高供热温度，加大供热量，满足所有用户的室内温度需求，这就造成了能源的巨大浪费。
　　4  水力失调的原因分析
　　（1）用户采暖系统设计不合理。有的设计师没有进行详细的热负荷计算以及水力计算，只是凭经验进行估算，管径选择偏大或偏小，散热器片数或多或少。这些原因都会造成水力失调。
　　（2）工程完工后初调节和运行调节工作不到位导致水力失调。
　　（3）采暖循环水泵选择不当，流量、扬程过大或过小，都会是工作点偏离设计状态而导致水力失调。
　　（4）小区内建筑物高度不一。小区内的建筑物都会高低有别，错落有致，各自的供热系统存在不同的技术要求，很容易引起水力失调。
　　（5）小区增加了新建筑。小区建筑完成后，供热系统也随之配套完成，并形成了相对稳定的管网系统和总供热量。增加新用户的情况下，原有的供热系统平衡遭到破坏。新用户的增加，必然会引起原有供热环路或整个系统流量的变化，从而出现水力失调。
　　（6）用户末端系统为单管串联式采暖系统，缺少必要的调节设备，用户系统无法调节，也会导致水力失調。
　　（7）运维管理不到位。一是对具体用户管理控制不严，对原来的供热系统私自改造，任意发展。二是在管网系统管理上不到位。特别是设置在管网中的阀门，无法做到严格的管理和控制。如果随意改变阀门的开度，就会改变管网的阻力特性，使这条环路的流量发生变化，并影响其他环路甚至整个系统的供热流量，从而引起水力失调。
　　5  解决水力失调的主要方法
　　为保证供热系统工况的标准和流量的稳定，保证用户的供热需求，保持水力平衡，就必须解决好水力失调的问题。在分析水力失调现象和产生原因的基础上，提出针对性的改进措施。
　　（1）认真对待供暖热负荷以及水力平衡的计算工作。设计师在供热系统的设计阶段，应对每栋楼的热负荷进行详细计算，杜绝估算行为，统计整个小区供热负荷情况，同时认真做好水力平衡的计算工作。这是系统水力平衡最基本的保证环节。
　　（2）水力平衡计算必须做到严谨、认真、精确。在工程设计、施工及运行过程中，首先要做好水力平衡计算，以保证计算结果符合供热需要。
　　（3）当区域系统较大时，建议采用同程式系统。在同程式系统中，各并联环路的管路基本相同，管路阻力也大致相等，流量分配比较均衡，而且能够减少初次调节的困难。虽然同程式的初期投资较大，但因其流量的相对均衡，能够保证较好的供热效果，而且也便于运行过程中的调节和控制。
　　（4）系统中各并联环路之间的压力损失差值应符合规定。在设计过程中，应保证系统各并联环路之间的压力损失差值不超过相关标准规定，而且压力损失差值越小越好。特别是在施工完成后，往往存在着实际流量与设计流量不完全相符的情况。因此，要通过平衡阀对流量进行调节，使各系统尽可能达到水力平衡。
　　5.1  做好供热系统的初调节和运行调节工作 　　（1）供热系统安装完毕且水压试验合格以及管道清洗完毕后，需对供热系统进行调节。供热系统调节包括初调节和运行调节两部分。初调节一般在供热系统运行前进行，目的是将各热用户的运行流量调配至理想流量。初调节可通过计算机计算和现场操作相结合的方式进行。对系统流量进行计算，数据应详细、精准。接近供热站的供热环路，根据情况，可在引入口管段上安装节流孔板，以消除剩余压头。在解决垂直失调问题时，可在系统立管处安装平衡阀，在散热器入口支管上安装温控阀，并在系统投入运行时做好初调节工作。
　　5.2  做好系统的运行调节工作。
　　供热系统的运行调节分集中调节、局部调节。集中调节在热源处集中运行;局部调节在热力站或用户引入口进行。集中或局部调节方式又有如下几种：
　　（1）质调节：保持流量不变，用改变网路供水温度来调节的方法。此方式用于二次系统的运行。
　　（2）分阶段改变流量的质调节：按室外温度高低把供热期分成几阶段，在不同阶段保持一定流量情况下进行质调节的方法。
　　（3）间歇调节：通过改变每天供热时数来调节的方法。
　　一次（高温水）系统的运行调节。由于一次系统的水利工况较易调节，系统压力可调范围大，因此其运行调节采用质调节与量调节并用，在保证最不利点压差足够的情况下，尽量采用量调节的方法，特别是供热初期和后期以量调节为主，供热中期以质调节为主，量调节为辅。
　　二次（低温水）系统的运行调节。间接式供热系统中的每一个独立的二次系统实际上是一个小型直接式供热系统，也是以质调节为主。一个间接式供热系统有几十个或数百个二次系统，这些系统运行调节要求同步进行才能达到预期效果，因采用人工调节方法无法实现，故需采用自动控制方法。自控系统根据室外温度自动调节二次供水温度，按室外温度变化对一次系统供水量进行自动调节，来控制二次系统的供水温度，达到对二次系统质调节的目的。
　　（1）出现冷热不均的水力失调现象时，增大循环水泵，采用“大流量、小温差”运行，实践已证明，这是一种不可取的技术措施。这样做的结果，过冷用户循环水量会有些增加，效果会得到一定的改善，但过热用户依然过热，而且水泵运行不节能。这一运行方式正在被淘汰或减少。在供热系统设计时，必须进行详细的水力计算，科学合理的选择循环水泵的流量和扬程。（2）用户系统入口安装自力式平衡阀（流量调节器）或压差控制阀（量调节时采用），消除进入用户系统的剩余压头。这种方法是行之有效的，是可以推行的可靠的技术措施。（3）小区有新增用户时的解决办法。小区建设初期，供热站的供热量以及供热主管路管径需考虑预留一定容量的富余量，后期增加新用户时，可通过计算确定新增用户的热负荷以及分支管路的管径，就近从供热主管路接入，并入供热管网后打乱了原有系统的水力平衡，故仍需对整个供热系统进行调节，彻底消除水力失调现象，使整个系统平稳运行。（4）采用单管跨越式采暖系统、增加三通阀或采用双管制采暖系统方式，可有效解决单管串联不能调节造成的垂直失调问题。（5）加强运维管理，做好运行后期的调试工作。在供热系统运行期间，建筑物的采暖热负荷随室外气温而变化，生產工艺热负荷也常因生产过程中用热情况和工作班制的变更而增减。为保证供热质量，就必须经常进行系统的调节。为了做好运行调节，现代供热系统已采用遥测、遥控等自动调节设备，以控制供热介质的流量、压力和温度。对小区内供热系统设备、管线、阀部件等必须做到心中有数，并重视抓好日常管理，加强巡检，做好运行数据的记录工作。如发现故障，应及时处理。（6）系统调节过程中需配备必要的测量仪器和设备。在进行流量设计及相关的安装、调试等过程中，都需要对系统中的相关数据进行测量、统计和计算。在实际操作中，仅凭以往的经验或估计很难保证数据的准确性。特别是涉及到水力平衡的调节上，不借助仪器仪表的手动调节难以达到理想状态。在这种情况下，就必须借助专用的仪器和仪表进行测量、计算和调节。
　　造成水力失调的因素很多，在实际应用中，应根据区域、供热系统形式、供热设备、环境等具体情况的不同，认真分析造成水力失调的各种原因，并找到有针对性的解决方法。同时，要求在项目建设前期的设计阶段、施工过程以及供热系统运维管理的各个环节上严格把关，充分应用各种调节技术，确保系统水力平衡，提高供热质量，降低运行费用。
　　参考文献：
　　[1] 罗伯特·珀蒂琼.杨国荣，译.全面水力平衡暖通空调水力系统设计与应用手册[M].北京：建筑书店，2007.
　　[2] 全国勘察设计注册公用设备工程师--供热，2013.
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