水力失调的成因及解决思路

　1．集中供热系统的形式虽有很多种，但都离不开三大过程，即：

 

　　1）能热转换过程——由热源系统完成

 

　　2）热量输配过程——由室外系统完成

 

　　3）热量散发过程——由室内系统完成

 

　　2．集中供热室外系统的水力平衡是热量输配过程的基本保障：

 

　　室外系统的水力平衡决定着整个系统运行效果，也是节能运行的前提条件。

 

　　但由于种种原因，水力平衡很难真正实现，尽管各种技术措施和调控设备已推广应用了很多年，水力失调仍然普遍存在。

 

　　其根源首先是人们对这个问题的认识不足，重视不够；其次是缺乏可靠有效的技术设备，而现有技术设备的实用性和可靠性有待提高。

 

　　希望以下的讨论能引起业内领导和同行对水力平衡问题的重视，同时也希望大家选用可靠简单有效的调控设备，根除水力失调问题，在提高供热质量的同时，降低能耗，实现节能运行。

 

　　3．水力失调的表现：

 

　　在集中供热系统的室外管网中，水力失调主要表现是：

 

　　各个环路的流量输配不均衡，致使各个用户的室温冷热不均，距循环泵较近的室温偏高，用户被迫开窗散热，大量热能流失；

 

　　距循环泵较远的用户却因室温偏低经常投诉，甚至拒交采暖费；

 

　　另外一些问题也和水力失调密切相关，例如系统在大流量小温差的工况下运行，锅炉或换热器等热源设备难以达到其额定出力，投入运行的设备超过实际负荷的需求，水泵的工作点偏离高效区，能量输配效率低，无法进行整体调控和节能运行，燃料和输热电能的消耗过高等等，水力失调已成为集中供热系统中普遍存在又难以治愈的顽疾。

 

　　4．水力失调是先天性的弊病：

 

　　室外管网一般都是异程系统，在异程管网中的循环水，从循环泵流经各个环路的路程不同，阻力就不同，所需的动力也不同。

 

　　而循环泵提供的动力呈现两极分化的趋势，最不利环路的路程最长，阻力最大，所需的动力最大，却处在管网中动力最小的位置，流量甚至不足额定值的30%。

 

　　而路程越短的环路其阻力也就越小，其中阻力最小的环路，反而处在离循环泵最近、动力最大的位置，流量超额数倍的很常见；

 

　　如果不采取有效的措施，准确地匹配各个环路的阻力差，水力失调是不可避免的。

 

　　因此，它是系统先天性的弊病。

 

　　5．仅靠设计计算难以保证水力平衡：

 

　　通过对室外管网系统进行整体设计计算，仍难以克服水力失调，这是因为设计者要加上保险系数，还要为系统扩容预留余量，无法准确地以最不利环路的阻力去匹配其它环路的阻力，只能尽量减少各个环路的阻力，而这样做的结果只能使有利环路更加有利，不利环路仍然不利。

 

　　此外，计算数据与实际状况的误差、施工的误差和变更也是造成水力失调的重要原因。

 

　　6．稳态系统具有动态失调的因素：

 

　　各环路的阻力固定不变的管网系统是稳态系统或静态系统，而稳态系统的逐年扩容改造，也是产生水力失调的重要原因，不仅失去原有的设计依据，也失去了原来调试过的稳态水力平衡，因此，逐年扩容的管网系统具有动态因素，必须采用动态调控设备才能有效根除水力失调弊病。

 

　　7．动态失调的成因：

 

　　各环路的阻力经常调节变化的系统是动态系统，动态失调是指动态系统中某些环路的阻力变化时，也就是这些环路中的调控设备动作时，对其它环路所产生影响造成的失调。

 

　　系统实行分户热计量安装温控和热计量设备后，原来的稳态系统就变为动态系统。

 

　　如果没有动态调控设备，当某些用户主动调节用热量或散热器恒温阀自动动作时，就会干扰其它环路的用热量，严重的还会产生振动和噪音。

 

　　这种失调弊病不是先天性的，是在各环路的调节过程中产生的，必须采用动态调控设备加以控制和消除，否则系统将难以正常运行。

 

　　8．动态系统中也存在稳态失调的因素：

 

　　假设在短时间内系统中全部用户都需要较大的流量时——例如室外气温骤降时，或者供水温度不足时——所有恒温阀将开到最大，此时，若不对有利环路的最大流量加以限制，不利环路将得不到足够的流量，因此，动态系统也要注意防止稳态失调。

 

　　9．稳态调控设备难以满足使用要求：

 

　　稳态调控设备也可称为定阻力设备，包括节流孔板、普通阀门、调节阀、平衡阀等。

 

　　它们共同的特点是：

 

　　通过人工调节设定其开度，匹配各个环路的阻力，消除剩余压头，以实现水力平衡。

 

　　其中，节流孔板的阻力设定后无法调节，而普通阀门和调节阀的阻力虽然可以调节，却没有定量的手段，所以它们基本无法使用；

 

　　平衡阀可以借助其专用仪表，通过手动定量调试来匹配管网系统中各个环路的阻力，使系统实现水力平衡，但它的调试比较繁琐，管网系统越大，调试也越困难；

 

　　当管网系统扩容后，其阻力特性改变，又需重新进行调试；

 

　　而且平衡阀的调试效果因人而异，其系统稳定性也每每不同。

 

　　因此平衡阀难以满足使用要求。

 

　　10．动态调控设备必不可少：

 

　　动态调控设备也可称为自力式变阻力设备，这种设备的厂牌很多，其原理相同，结构多种多样，主要包括自力式流量控制阀、自力式压差控制阀等。

 

　　它们无须外力驱动，能够根据阀门前后（或系统）压差的变化自动调节阀门的阻力，保持流量或压差的恒定，流量或压差还可以随时设定调整。

 

　　变阻力设备适用于动态系统中克服动态失调，也可用于稳态系统克服稳态失调。

 

　　然而自立式变阻力设备应用于解决动态及稳态失调也还是有着自身的局限性。其一，其实用性、耐久性和可靠性有待提高；其二，阻力意味着能耗损失，运行的经济性问题依然没有得到解决。那么，有没有更有效的解决方式呢？

 

　　11．以泵代阀的解决方案

 

　　目前有部分换热站虽然安装了监控系统，但由于各换热站一次网安装的多是普通电动调节阀，在调节过程中会产生相互干扰，未能实现一次网的动态平衡，影响控制精度，节能效果大打折扣；二次网缺少平衡调控设备，热用户冷热不均，平衡问题仍然是供热企业最需要解决的，也是节能的潜力所在。

 

　　一次网解决方案：分布式变频在一次网应用的案例还是比较多的，在换热站运行中，换热站热量控制主要是实现室外温度补偿的供热量和需热量一致的调节。室外温度补偿即随室外温度变化，改变二次供水温度的设定值，并以该设定值作为调节目标控制一次网回水加压泵频率。在改善各换热站一次网的动态平衡的同时，分布式变频还可以极大的降低系统能耗，与传统供热方式相比，分布式变频可以节约30%～40%水泵能耗。

 

　　传统二次网解决方案：

 

　　1 、需要在普通民用建筑热力入口安装恒流量调节阀，实现功能：

 

　　（1）可根据用户要求在该规格的工作范围内任意设定所需要的流量；

 

　　（2）设定好的流量不会因为管网中压力的波动而发生变化；

 

　　（3）可自动消除热网中的剩余压头，局部管网可以起到减压阀的作用；

 

　　2 、在热计量建筑物热力入口安装压差流量调控阀，实现功能：

 

　　（1）限定热力入口最大供热量（循环流量）；

 

　　（2）满足用户自主调控，防止户间相互干扰；

 

　　（3）消除外网动态干扰；

 

　　（4）循环水泵转速与用户自主变流量联动。

 

　　3 、在公共建筑热力入口安装电动恒流量调节阀和分时供热控制系统，实现分时供热自动控制。