水力失调对供热系统能耗的影响

郭树玉

[摘 要]对集中供热系统进行了概述，介绍了集中供热系统的组成和管网系统的型式，详细分析了供热系统水力失调的基本状况。

[关键词]供热系统； 水力失调

中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0312-01

1.集中供热系统概述

1.1 集中供热系统的组成

集中供热系统是以热水或蒸汽作为热媒，集中向一个具有多种热用户（供暖、通风、热水供应、生产工艺等热用户）的较大区域供应热能的系统。目前，集中供热系统已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要組成部分。

1.2 集中供热系统由热源、供热管网和热用户三部分组成

1、热源。在热能工程中，热源是指能从中汲取热量的任何物质、装置或者天然能源。供热系统中的热源是指供热热媒的来源。一般指在区域锅炉房或热电厂内，利用燃料燃烧所产生的热能，另外核能、地热、电能、工业余热也可作为集中供热系统的热源[[33]

2、供热管网。供热管网又称热网（热力网），是指将热源产生的热媒输送到热用户的管网系统及其输送设备。供热管网又分为一级管网和二级管网，一级管网是指连接于热源与换热站之间的管网；二级管网是指连接于换热站与热用户之间的管网。

3、热用户。供热系统利用热能的用户，如室内供暖、通风、热水供应、空气调节、热水供应以及生产工艺用热系统等。

2.供热管网系统型式

供热管网是集中供热系统的主要组成部分，担负着热能输送任务。供热管网系统型式取决于热媒（蒸汽或热水）、热源（热电厂或区域锅炉房等）与热用户的相互位置和供热地区热用户种类、热负荷大小和性质等。选择供热管网系统型式应遵循的基本原则是供热的安全性和经济性。供热系统管网型式可分为：枝状管网和环状管网两大类。

2.1 枝状管网

枝状管网布置简单，供热管道的直径随着距离热源越远而逐渐减小，金属耗量小，基础建设投资小，运行管理简便。虽然枝状管网不具后备供热的性能，当供热管网某处发生故障时，在故障点以后的热用户都停止供热。但是由于建筑物具有一定的蓄热能力，通常可采用迅速消除供热管网故障的办法，以使建筑物室温不致大幅度的降低。因而，枝状管网依然是目前最普遍采用的供热管网布置型式。

2.2 环状管网

环状管网是将供热管道布置成环状，从环状管网上逐步向远方扩展。环状管网可以提高供热管网运行的安全性和可靠性，可以减少供热管网对故障发生区的敏感性，改善管网供热质量。比如：当供热管网的某一处发生故障时，只需将故障区的相关管段隔离就可不影响其它处热网的正常运行，而不像枝状管网，只要一处管段发生故障，则其下游的管段都要停止供热。环状管网的不足在于增加了管网中热水的流量，从而引起能耗的增加。

一般情况下，小型系统多用枝状管网型式，其流动参数，如源点压力、各节点压力、终端压力、各管道流量等均可采用普通工程方法逐段计算；对于大型系统，为了充分发挥管道输送的潜力，应付各种可能出现的一路或多路管道堵塞或泄漏，多采用环状管网型式。环状管网水力计算问题较为复杂，需要求解高阶非线性方程组。

枝状管网也可看作是一个不封闭的环网，归并到环网系统之中

2.3 供热管网水力计算

供热管网水力失调研究的基础是水力计算，水力计算的主要目的是根据要求的流量分配，确定管网中各管段的管径和阻力，以求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备（循环水泵）准备好条件，进而确定动力设备的型号和动力消耗；或者根据已定的动力设备（循环水泵），确定保证流量分配的管道设置。

水力计算的基本理论依据是流体力学一元流动连续性方程和能量方程。动力设备（循环水泵）提供的压力等于管网总阻力，管段阻力是构成管网阻力的基本单元。

当流体沿管道流动时，由于流体分子之间及其与管壁间的摩擦，会有能量损失，称为沿程损失；当流体流过管道的一些附件，如阀门、弯头、三通等，由于流动方向或开度的改变产生局部漩涡和撞击，也要损失能量，称为局部损失。

3. 供热系统的水力失调

3.1 水力失调的定义

在热水供热系统的运行过程中，往往由于种种原因，使管网中某些管段的流量不符合热用户规定的流量，导致热用户供热量不符合要求，这种在热水供热系统中各热用户的实际流量与规定流量之间的不一致性，称为热用户的水力失调.

在供热系统运行中，存在的冷热不均现象，主要就是由于供热系统的水力失调造成的。因此，供热管网的水力平衡十分关键。

3.2 水力失调的种类

对于整个管网系统来说，各管段的水力失调状况可能不同。水力失调一般分为一致失调和不一致失调。

1、一致失调

当系统各用户（或管段）的水力失调度都大于或小于1时，称为一致失调。出现一致失调的情况是各用户流量都大于或者都小于规定流量；前者导致供热房间过热，浪费能源，后者导致供热房间达不到设计室温，影响用户的正常工作和生活。

一致失调又可分为等比失调和不等比失调。当系统各用户的水力失调度分别都相等时，称为等比失调；反之，则为不等比失调。出现等比失调的情况是各用户的流量大于或小于规定流量，其比值是相同的；其导致供热房间的过热或过冷程度是一样的。可以看出，凡等比失调一定是一致失调，而一致失调不一定是等比失调。

2、不一致失调

当系统各用户的水力失调度有的大于1，有的小于1时，称为不一致失调。出现不一致失调的情况是有的用户流量大于规定流量，有的小于规定流量；前者导致供热房间过热，后者导致房间过冷。

3.3 水力失调的原因

产生水力失调的原因一般比较复杂，总的来说根本原因是：在该运行状态下供热管网的阻力特性不能在用户所需要的流量下实现各用户管段的阻力相等，也就是阻力不平衡。

产生水力失调有如下几个方面原因

1、在设计过程中，压头阻力的准确计算比较困难，工作量大、过程复杂、管道阻力基本数据的研究落后、管道阻力部件的实际阻力数往往与设计阻力数有很大差别，这是根源上导致的水力失调。

2、系统在设计中会有不同程度的富裕量，只靠管径变化不足消除剩余量，截止阀及阀调节性能差，易导致水力失调。

3、管网中流体流动的动力源一循环水泵选择不当，提供的能量与设计不符，使工作点偏离设计状态，流量、扬程过大或过小，导致水力失调。

4、由于运行中某些阀门随意变动开度导致立管阻力变化而导致水力失调。

5、系统中用户的减少或增加，即供热管网中用户点发生变化，使得各管段流量重新分配，从而导致水力失调。

6、绝大多数的用户系统是单管顺流式供热系统，缺少调节设备，导致水力失调。

3.4 控制供热系统水力失调的技术措施

为减小水力失调度，提高水力稳定性的途径是：相对地减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。

具体可采用如下方法：

1、适当增大网路干管管径，即在进行网路水力计算时，选用较小的比摩阻R值。

2、为增大用户系统压降，可以在每个用户入口设节流装置，如水喷射器、调压板、高阻力小管径阀门等，消除每个用户剩余压头。

3、在初调节和运行调节时，尽可能开大干管上的所以阀门，把剩余压头消耗在各个用户系统上。

4.结语

本文通过对供热系统水力特性及水力失调的研究，达到改善水力失调、缓解用户冷热不均现象的目的，实现既能保证用户的取暖质量，又能降低政府的投入的目标。

参考文献

[1] 张苏，李巍.热水供暖系统水力失调的成因与解决方法[f].管道技术与设备，2010.

[2] 程乐平.集中供热的智能化系统研究[D].北京：北京工业大学，2013.