供热系统平衡调节分析

供热系统平衡调节分析

河北理工大学智能仪器厂高向升张子君宋立轩

【摘要】供热系统平衡调节是所有供热企业必须面对的重要工作，传统的调节方式存在诸多先天不足的问题，作者做了详细的归纳整理，同时根据实际经验，提出了先进的供热平衡调节的工艺、策略和方法，从根本上扭转了传统平衡调节的被动局面，是本领域的一项重大技术进步成果。

【关键词】热量平衡调节法三级解耦周期热量平衡分析

1、水力、热力、热量平衡的关系

供热的目的：是为了获得舒适的室内温度，同时满足节能、降耗、减排的要求。所以区分不同供热对象的热量平衡是实现供热目的的保证。热量平衡的前提是热力平衡，热力平衡的前提又是水力平衡。

1.1水力平衡是控制出来的

一个热网，无论我们的设计多么仔细和完善，都不能彻底解决水力平衡的问题，一方面是施工和材料设备会与设计存在偏差，另外热网的动态调节都会造成热网的水力失调，热网调整过程中管网是互相耦合的，管网中的实际阻力大小和分布是难以判断的。真正的水力平衡只能靠设备控制来实现，无论是节流式水力平衡通过调节阀门改变管网阻力来实现，还是有源式水力平衡通过分布式变频水泵的变速调节借以改变管网的阻力来实现。换言之，不加监控的热网，会存在先天的近端流量大远端流量小的问题，如果只给一间房子供热，确定一个合适的流量就很简单，然而我们供热的对象是千家万户，每个房间很难同时满足所需的流量，也就出现了冷热不均的问题。所以说热网的水力平衡要靠强大的监控系统来实现，平衡是控制出来的，不是设计出来的。

1.2水力平衡不等于热力平衡

问题是水力平衡就等于热力平衡吗？一次网水力平衡，做到了按各热力站供热面积大小分配一次网的循环水量。该方式只有在所有热力站换热器选型合理且换热系数相等的前提下才能实现各热力站热力平衡。但是前提是不可能成立的。原因有三：①、建设初期，考虑扩容需要，一般选择较大功率的换热器，各换热站的供热面积与换热器功率不匹配；②、换热器工作一定时间后，均存在结垢现象，且结垢情况不等，造成换热系数不同；③二次网的设备配置和运行工况也不一定“配合”一次网换热，如堵塞、旁通、近端短路等问题。

1.3热力平衡不等于热量平衡

热力平衡也不等于热量平衡。例如热源的不可控（热电联产）或热源能力不足造成的供暖对象普遍过热或过冷的现象，以及不同的房屋维护结构、不同的末端散热方式（普暖或地暖），即使是热力平衡了，但仍然达不到供热的目的——舒适的室内温度和节能降耗的要求。

以往基于温度管理的热网平衡调节，充其量做到了水力平衡、热力平衡或热量静态按需跟随，很难实现热量平衡。温度管理是一种粗线条的管理模式，已经不适应当今供热对供热成本和供热质量的较高要求。图1有助于对以上叙述的理解。

图1 水力、热力、热量平衡关系图

2、传统平衡调节的现状

2.1传统平衡调节的方法分类

从运行调节的角度而言，集中供热有两种基本的系统，一为恒流量系统，通常叫质调节系统，即在整个运行期间系统的循环水量保持不变，通过改变系统的供回水温度来实现对热负荷的调节；二为变流量系统，通常叫量调节系统，即在整个运行期间系统的供水温度或供回水温差保持不变，通过改变系统的循环水量来实现对热负荷的调节。其它类型的系统，如分阶段变流量的质调节系统、间歇调节系统都是这两种基本系统的结合或变异。第5种热量调节方法是区别于传统平衡调节方法的先进的调节方法。

表一：平衡调节方法分类表

2.1传统平衡调节的理论基础

分阶段变流量的质调节系统是以往比较常用的供热调节系统，但对于该系统的运行调节，目前大部分企业的操作方法是：依据设计参数，给出理论计算的一次网水温水量调节曲线、二次网水温水量调节曲线和采暖热负荷曲线图，先不说这些图的准确性与否（肯定是不准确，因为建成的热网已经不是设计图纸上的热网，运行参数也不是设计参数），即使是囫囵吞枣的按这些图操作了，充其量也只能做到非常粗放的“热量按需跟随”。以上理论更多的是对热源的规划和管理，对热力站和二次网的平衡调节几乎无能为力。

2.2.1供温曲线的绘制方法

以内蒙古某地区的供热系统为例，说明分阶段变流量质调节系统的一次网水温水量调节曲线、二次网水温水量调节曲线和采暖热负荷曲线图的给出方法。该地区的供暖室外计算温度为-19℃，供热介质为热水，采用质量-流量调节方式。一级管网的设计供、回水温度为130、70℃，二级管网的设计供、回水温度为90、65℃，供暖室内计算温度为18℃。采用BR 型板式水-水换热器，供暖面积185万m 2，热指标取50W/m 2，采暖天数150天，采暖期室外平均温度-4.7℃。

在实际运行中，一般先确定相对质量流量比的最小值。为了避免因相对质量

流量比过小引起水力失调， s m q

,取值应大于等于0.7，在本例中最小值设为0.75，然后按照温度梯度(温度梯度一般取1℃)线性设置相对质量流量比，取实

际供暖室外温度的初始温度为5℃，s t

、r t 、p s t ,、p r t ,、Q 的计算结果见表1，由

表中数据绘制：二级管网和一级管网的水温调节曲线、一级管网的流量调节曲线。

d

o d i o

d i t t t t ,,,--=

Φ (1)

s

d m s

m s

m t q q ,,,,=

(2) p

d m p m p m t q q ,,,,=

(3)

26.0,,)(=s m p m q q K (4)

)-(2+)2-+(21+=,,+11

,,,,d r d s m b d i d r d s d

i s t t q t t t t t ΦΦ (5) )-(2-)2-+(21+=,,+11,,,,d

r d s m b d i d r d s d i r t t q t t t t t ΦΦ (6)

1-+-=,L Lt t nL t r

s p s （7）

1

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,r L Lt t n t r

s p

（8） )-(=p d,r,,,,t t q n p d s p m Φ （9）

)+-exp(=m

t t n L r

s （10）

d ex t K

m ,=∆Φ

（11）

d

r p d r d s p d s d r p d r d s p d s d ex t t t t t t t t t ,,,,..,,,,,,,--ln

)

-(-)-(=

∆ （12）

式中Φ——相对供暖热负荷比 d

i t ,——供暖室内计算温度，℃

o

t ——实际供暖室外温度，℃

d

o t ,——供暖室外计算温度，℃

m q ——相对质量流量比