供热系统的水力平衡探究
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摘要：供热系统主要是由用户、设备、热源及其环境因素组成，由水力管网把热能输送到用户家中。在保持水力平衡的状态下，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。在不断完善系统设施的基础上，进一步满足用户需要，节约系统能源。
关键词：供热系统；水力平衡技术分析与探究
一、水力平衡及特点
水力平衡与水力失调是相对的。因为在系统供热过程中会存在水力失调的现象。那么，就要针对存在的问题找出相应的调节方法，其目的在于消除水力失调，实现节能降耗，最终达到整个系统的水力平衡。
在现实应用中，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。
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。
不管是动态还是静态因素的失调，也不管是水平失调还是垂直失调，其最终的结果都是引起整个系统流量的变化和不均衡。因此，需就要找出水力失调的原因，及时解决，保持水力平衡，满足用户的供热需求。
二、水力失调的主要现象
水力失调的表现主要有：
1、系统中各环路的流量不均衡，用户室温冷热不均。在一个建筑区，每栋建筑物之间有一定的距离，每个单元也各成一体，造成供热系统分布远近有别。距循环泵较近的用户室温偏高，而距循环泵较远的用户室温偏低。
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，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，循环水泵等主要设备能量输配效率低，消耗高。
三、水力失调的主要原因分析
一般来说，供热系统都是集中供热。而在集中供热系统运行中，由于静态或动态等各种因素的影响，都会引起水力失衡现象的发生。这些现象主要有：
1、用户采暖系统设计和施工不合理，造成水力失调。一是设计不科学，没有全面考虑和计算整个区域的供热需求，系统设计存在缺陷。二是施工不合理。施工过程中，往往出现偷工减料、凭经验施工的现象，工程质量得不到保证。
2、区域内建筑物高度不一，用途有别，会引起水力失调。一方面，区域内的建筑物都会高低有别，错落有致，在热源供应上存在不同的技术要求。另一方面，区域内建筑物用途不一样，有的家居，有的商用，因使用频率、使用大小、使用时段的不同而存在着不一样的热源需求。
3、增加新用户，会引起水力失调。区域建筑完成后，供热系统也随之配套完成，并基本形成了相对稳定的管网系统和供热量。但在增加新用户的情况下，原有的系统平衡会遭到破坏。而一般来说，整个管网系统都是由多条循环环路并联而成的。一条环路出现用量增加，就会影响另一条环路的使用量和使用效果。在环路之间的水力工况相互影响的情况下，必然会引起其他环路或整个系统流量的变化，出现水力失调。
4、系统管理不到位，也会引起水力失调。一是对用户管理控制不严，任意发展。当有新用户需要供热时，没有考虑到整个系统的使用情况，而是简单地将其连接到就近的网中，打破了原有的平衡，从而影响了整个管网的水力工况。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。
四、解决水力失调的主要措施
要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，力求保证供热系统工况的标准和流量的稳定，为用户提供优质服务。
1、相对水力失调现象和形式的不同，采取对应的措施进行解决。在解决水平失调问题时，就应该在每个引入口安装调节阀，并在正式投入运行之前进行初调节。初调节可通过计算机计算和现场测量相结合的方式进行。同时，对系统流量进行计算，办求详细、精准。根据情况，还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进行初调节。比如，在一个区域内建筑物的高度有很大差别的情况下，如果不顾建筑物的高低而采用统一的标准对用户进行供热，就会因为位置的差别而产生上热、下冷的问题。这时，就应该遵照“垂直失调”的处理方式，考虑按建筑物的高度进行分别供热，根据供热用户位置的高低和不同的要求，以不同的标准或流量来保证供热质量。
2、加强系统管网管理，及时调节供热流量。在投入运行后，对区域内供热系统设备、管线等必须做到心中有数，并重视抓好日常管理，加强巡检。如发现故障，应及时处理。如在巡检过程中发现有个别立管的散热器运行不正常，不产生热源，就可以调节位置稍底并发生过热的立管，达到调节流量的目的，使用户的供热能够达到基本平衡。当然，如果发现大部分立管存在相同或相似的问题，就应该对室外的供热管网进行调节。
3、配备必要的仪器和设备并发挥作用。在进行流量设计及相关的安装、调试等过程中，都需要系统内的相关数据进行测量、计算和统计。在具体操作中，如果仅凭以往的经验或统计加估计，就很难保证数据的准确性。特别是涉及到水力平衡的调节上，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。
4、组织好水力平衡计算。在系统投入运行时，认真组织好水力平衡计算，有利于对各环路流量进行合理分配和科学调节。在进行水力平衡计算时应注意以下几点：
1）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，而且要认真，不能马虎，以保证计算结果符合供热需要。
2) 当区域系统较大时，应采用同程式。因为，在同程式系统中，各并联环路的管路基本相等，管路阻力也大致相同，流量分配比较均衡，而且能够减少初次调整的困难。虽然同程式的初期投资较大，但因其流量的相对均衡，能够保证较高的供热效果，而且也便于运行过程中的调节和控制。
3) 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国家规定，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，要通过水力平衡阀对流量进行调节，使系统中的水力尽可能达到平衡。
影响供热系统水力平衡的因素很多，因此，在实际应用中，应根据区域、系统、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，要求在设计、规划、施工到运行管理的各个环节上严格把关，充分应用各种调节技术，保证流量稳定，提高供热质量。
参考文献：
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[2]潘亚长.浅谈暖通空调水系统水力平衡调节[J].中国新技术新产品.2009（04）.
[3]董珂.在供热系统中解决水力平衡节能的探讨[J].硅谷.2008（17）.
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