供热二次网平衡调节与优化运行研究

供热二次网平衡调节与优化运行研究

摘要：目前，某地热公司天津某换热站内供热设施已实现调控策略及执行手

段的智能化。但由于现实原因，二次网的水力调节及节能降耗一直未能真正推行。用户室温是供热效果最直接的体现，供热的最终目标即保障居民室温处于合理范围，达到舒适供热的目的。单纯对用户庭院网进行水力调节，已不能满足热用户

对室温的舒适性要求，将舒适供热服务推送用户门前已势在必行。

关键词：供热二次网；平衡调节；优化运行

引言

随着国家“碳达峰”“碳中和”战略的提出，能源行业结构调整，清洁低碳、安全高效的能源体系成为构建目标。减少煤炭等化石能源在能源消费中的比重，

增加清洁能源占比成为重要手段。“双碳”目标下，二次网平衡调节对热力公司

节能减碳意义重大。本文探讨了不同二次网平衡调节的特点和适用性，并采用楼

栋电动平衡阀进行流量调节来实现二次网流量平衡和均匀分配，达到换热站节热、节电的目的，最后通过碳减排分析，预测了二次网平衡调节对供热公司碳减排潜

力的贡献。

1二次网水力失调原因分析

二次网水力失调分为静态水力失调和动态水力失调，其中静态水力失调主要

由实际管网与设计计算管网阻力特性存在偏差导致，与设计计算、施工质量、管

材管件特性都有关系，其主要表现就是各支线管路流量与设计流量有较大偏差，

这种水力失调自管网建设完成时就已经稳定地存在于管网之中。对于既有建筑来说，动态水力失调才是主要原因，管网环路中由于资用压差与环路沿程损失不匹配，剩余压头靠近换热站端压头较高，造成近端流量偏大、远端流量偏小。为了

满足远端用户需求，循环泵就要大流量运行，进而造成近端流量更大，加剧了管

网的水力失调度和能耗水平。这种水力失调是动态的，只要环路阻力变化，此环

路流量也会变化，且前段环路流量变化会影响下游各环路流量变化。

2目前存在的问题

由于用户二次网供热系统建设时间、技术标准的不同，实际运行中主要存在

如下问题：１）二次网水力不平衡，存在水平失调、垂直失调。导致近热远冷，

远端供热效果差。为改善远端用户供热效果，不得不采取大流量运行，造成能耗

浪费。２）用户产权的庭院管网及部分自管站站内设计不合理，个别用户私自加

泵导致的局部水力失调。３）庭院网内调节阀缺失或损坏问题严重，平衡调节难

度大。４）部分热用户位于未做建筑节能改造的老旧小区，庭院网老旧，围护结

构差，且用户处于边户、顶层等特殊位置。５）新建小区入住率低，报停率高，

户间传热导致室温不理想。６）用户采暖设备未达到设计标准。如散热器数量或

散热面积不足，地暖管敷设密度不够等。７）部分楼栋供热设施年久失修，结构

阻塞严重等致使系统阻力增大；用户私自改造采暖系统或恶意放水影响供热效果。８）室温采集设备或通讯等原因导致室温数据不准确。９）室温采集设备安装位

置不合理，或部分热用户私自移动，导致采集数据不能代表用户真实室温。

3供热二次网平衡调节与优化运行

3.1供热集中管控系统建设

建设供热统一调度调节平台是提高工业供汽的可靠性和经济性的前提。开发

搭建基于MODBUS通信方式的厂级控制网络的供热集中管控系统，在保障信息安

全的前提下实现供热集中管控系统与六台单元机组的供热单元的双向信息交互和

智能调节控制。管控系统主要功能分配：管控系统控制DPU负责采集各机组运行

参数、发送控制参数至各机组、采集供热寻优PLC分配供热流量目标值、发送各

机组主要运行参数至供热寻优PLC、供热需求量计算、供热调节过程安全边界约束。供热寻优PLC负责接收各机组及供热系统主要运行参数、发送优化分配后供

热流量目标值。各单元机组供热系统DPU负责机组供热调节阀管控模式与本地模

式切换、采集管控系统限速后的优化供热流量给定值。供热寻优PLC承担部分数

据处理和智能计算分配功能，采用粒子群优化(PSO)算法，将计算结果通过MODBUS通信方式送入管控系统直至各单元机组执行器，以此实施智能控制。

3.2二次网水力平衡调节方法

（１）比例调节法：其原理是两个用户之间的流量比仅与上游用户（按供水流动方向）之后管段的阻抗有关，而与上游用户和热源之间的阻抗无关。也就是说，对系统上游用户的调节，将会引起其与下游用户之间的流量成比例地变化。比例调节法需要知道各支线流量，计算水力失调度，找到最不利环路并以其为基准，依次从管网末端利用自力式压差控制阀进行调节，使调节环路水力失调度等于最不利环路失调度，直到管网最前端支线为止。此方法调整过程快速，相对准确，平衡调节用时较短，但实际操作中测量支线流量受测量条件限制。（２）补偿调节法：根据一致性等比失调原理，上游用户的调节会引起下游用户之间发生一致性等比失调。选择支线末端用户为基准阀，支线干线阀门为合作阀，通过基准阀和合作阀由远及近调节待调阀，最后将各支线流量调到设计值，完成平衡调节。补偿调节需要测定被调支线的压差和阀门的特性系数，调节准确度和管网测量设备要求较高，不适合一般既有管网的平衡调节。（３）回水温度控制调节：其原理是当供水温度一致时，热水在各支线设计热负荷作用下，回水温度将保持一致，所以，通过测量各支线回水温度并通过平衡阀将其保持一致，即可保持热网水力平衡。回水温度调节方式所需时间长，需要将一条支线调节平衡后才可调节下一支线，且调节准确度较低，需要投入大量时间，效果较一般。不同的调节方式适用于不同场合，要因地制宜使用，本文引入远程智能电动调节平衡阀，电动平衡阀可以监测供回水温度、压力和流量，控制方式为流量控制、回水温度控制、压差控制、温差控制、开度控制，可安装于各支线、各楼栋、各单户，精准控制用户流量和热量，达到节能、降耗、降碳的目的。

3.3阻力系数辨识

①确定粒子位置的求解空间,即阻力系数的最小值和最大值,定义为粒子位置约束Xmin和Xmax。②确定粒子速度的求解空间Vmin和Vmax,粒子速度为每次迭代过程中粒子的移动速度,根据位置求解空间选取合适的速度变化范围。速度变化太小,粒子更新太慢;速度变化太快,不容易找到精确的最优解。③粒子数目N:该值根据求解问题的复杂程度而定,如目标函数的复杂性和粒子维度的大小。一般的优化问题,N取20~40个,复杂的问题可取至100个。④停止条件,一般为迭代最大次数。