供热系统水力失调和水力平衡的分析

万 韡/安阳益和热力有限责任公司

供热系统水力失调和水力平衡的分析

万 韡/安阳益和热力有限责任公司

在当前城市集中供热水循环系统中，水力失调是最常见的问题。由于水力失调导致系统流量分配不合理，造成某些区域出现冷热不均的现象，系统输送热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，提高水泵扬程，但仍会产生热（冷）不均及更大的电能浪费。

供热系统；水利失调；水力平衡；分析

1.导言

随着社会的不断发展，现代的建筑物之中，集中供热系统开始成为了必不可少一个构成部分，尤其是在北方的城市，建筑物的供热系统甚至成为了基本的配置。然而，从当前来看，热网的水力失衡问题一直以来就是困扰集中供暖效果的一个最为重要的问题，由此导致的输送热量的不合理，容易引起能源的浪费。

2.集中供热管网系统出现水力失调的原因

2.1 集中供热管网系统循环水泵功率不足

集中供热管网系统中使用较多的循环水泵，循环水泵存在流量或扬程不搭配问题，易造成工作点偏离，使管网水力工况不能处于有效工作区间，产生水力失调问题。

2.2 集中供热管网系统用户多样化要求

集中供热管网系统将热力用户定义为宽泛而均一状态，随着供热管网的扩大，热用户数量增加的同时，出现了对热量的使用和方式的不断改变，造成热用户供热管网同网不同温的现象，必须准确调节集中供热管网系统，才能使热网分支流量科学合理。集中供热管网系统的再次分配，会出现水力系统失衡，进而出现水力失调。

3.水力失调与水力平衡的具体分类

3.1 静态水力失调与水力平衡

在供热系统的设计、施工、材料设备的选用等方向之中出现的问题所导致的用户实际的管道特性阻力数比值与设计要求的管道特性阻力数比值之间存在的不一致，从而导致用户的实际流量与设计流量存在的不一致，称之为静态水力失调。而通过在供热系统的管道之中增设静态水力平衡设备，对整个供热系统的管道特性阻力数值进行调整，使其能够与设计数值保持一致，如果这个时候能够达到设计要求，在各个用户的末端设备之中，流量能够同时达到设计要求，则称之为系统实现了静态水力平衡。

3.2 动态水力失衡以及动态水力平衡

在用户的阀门开度发生变化的时候，其他的用户流量也就必然会发生一定的变化，这种变化会使得用户的实际流量与设计要求流量发生一定的偏离，从而导致出现水力失调的状况，这种水力失调就是动态水力失调。出现动态水力失调之时，可以选择在管道系统之中加装动态水力平衡设备，该设备一般是流量调节器或者压差调节器，通过这些设备的作用，使得各个用户的实际流量与设计流量趋同，从而实现末端设备的流量互不干扰，保证系统的动态水力平衡。

3.3 水力平衡的常用办法

3.3.1 加节流孔板在热力入口或空调靠近冷源环路的部分管段上增加节流孔板。采用这种办法解决水力失调的前提是：水系统阻力计算准确、热力或空调末端流量不能发生变化。因此在末端流量变化时仍会造成水力失调及能源上的浪费。

3.3.2 安装手动调节阀。

对大型空调系统而言，采用手动调节阀调节过程复杂。手动调节前端阀门，后端流量会受影响；后端调整流量，前端流量又会变化，因此调节费时费力。对于复杂系统，要求调节阀门的工程师经验丰富。如系统压力或负荷发生变化仍需要重新调整水力系统。

3.3.3 安装动态流量平衡阀a热力入口或空调设备末端的设计流量确定后，根据流量及阀门处的压力变化范围选定动态平衡阀，安上设置好的阀门既可使用。只要阀门处的压差变化在阀门的设计压力范围内，无需任何人为的调节。

4.解决供热系统水力失调的两种途径

4.1 用附加阻力消除用户剩余的资用压头

在系统设计时，热网各个用户环路的阻力实现平衡（相等）实际上是做不到的。循环水泵压头是按照最不利（阻力最大的）环路所消耗的阻力来确定。因而在设计无误时，其它各个环路都存在着或多或少的剩余压头。一般情况下，通过人工调节阀门实现系统阻力平衡是困难的，其原因是：调节过程互相影响，需反复调节且不说，多耗费人力和时间，真正调节得好是很难的。当系统用户或用户负荷变化时，必须重新调节。在用户系统安装完善的自动调节（如温控阀、平衡阀等，实质上是自动改变附加阻力）设备是解决这个问题的一种有效方法，这种方法可以称为“附加阻力平衡”技术。它的特点是循环水泵具有足够的流量和扬程，可以减少过热部分用户的热量浪费，获得节能效果。

4.2 用附加压头提高用户不足的资用压头

当系统循环水泵实际扬程不够时，应采取在用户系统入口安装不同规格的小水泵来补足资用压头的欠缺部分，使各个环路实现阻力平衡的措施，这称为“附加压头平衡”技术。它的特点是除了具有“附加阻力平衡”技术所能获得的节能效果外，水泵电耗将降低（下面将论述），节能效果更显著。

5.集中供热管网系统改进水力失调的措施和方法

5.1 做好集中供热管网系统的设计

设计集中供热管网系统过程中，进行集中供热管网系统改造，要强化设计环节，将集中供热管网系统出现水力失调现象列为设计的前提之一。在设计集中供热管网系统的实际操作中，避免忽略传统集中供热管网系统设计中对水力的计算问题，掌握集中供热管网系统的关键信息和全面数据，通过水力计算找出水力失调的原因，积极预防集中供热管网系统的水力失调。在设计集中供热管网系统的具体工作中要优化系统水泵的设置，在集中供热管网系统中添加必要的功能水泵，全面提高集中供热管网系统的经济性，有效预防集中供热管网系统出现的水力失调问题。

5.2 增加集中供热管网系统自用压头的数量

针对集中供热管网系统循环能力不足，水泵功率不足产生水力失调，应该从集中供热管网系统的压力改造和水泵增加方面考虑解决方法。要结合集中供热管网系统的特点，根据用热用户的需要增加集中供热管网系统中循环能力，选用大功率、大扬程水泵提高集中供热管网系统的循环效果，提高集中供热管网系统的调节效果，有效提升集中供热管网系统对水力失调问题的预防。要从集中供热管网系统和用户需要出发，改进自用压头数量和功率不足问题，要在集中供热管网系统关键部位和供热薄弱部位增加自用压头的数量和扬程，通过对集中供热管网系统出入口的控制，不同功率自用压头的安装，使集中供热管网系统达到内部阻力和热量平衡，提高集中供热管网系统的节能效果，控制集中供热管网系统和自用压头的功率消耗，缓解水力不足、不平衡造成的集中供热管网系统水力失调问题。

6.结论

通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，供热管网的水力平衡是保证供热质量的前提，是系统节能运行与实行供热计量的基础条件，同时通过水力平衡的调试可以发现问题、完善系统。因此供热管网设计与安装时,必须在关心节省造价同时,对于提高系统的水力平衡给予充分的重视。“附加压头平衡”的方法对有效地解决供热系统中的水力失调具有重要意义，它具有工程改动量小，投资小，节约系统能耗，提高系统的稳定性和舒适性等优点，具有广阔的应用推广空间和应用前景。

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