关于集中供热系统水力平衡的十个观点

关于集中供热系统水力平衡的十个观点张彬2008年11月15日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。近几年国内开发的动态调控设备发展迅速，用在稳态系统中克服稳态失调的成功范例很多，但其实用性、耐久性和可靠性有待提高。恒流量调节阀是全新的动态调控设备，已获得我国的实用新型专利，两年来已在很多供热系统中成功应用。“自力式流量控制阀行业标准”正在起草和编制，即将公布实施。恒流量调节阀最大特点是：不仅可以恒定流量，也可恒定压差，而且在恒定压差的同时仍具有调节和恒定最大流量的功能。它可以用于稳态系统，也可用于动态系统，还可用于动态和稳态混合的系统，还可以配套上阀门执行器，实现远程自动控制。它内部的感压元件采用不锈钢波纹管，在性能指标、耐久性、可靠性及外观质量等各个方面均有较大提高，可以根治水力失调弊病，保证集中供热室外管网实现水力平衡，在提高供热质量的同时，降低能耗，实现节能运行，为进一步实施其它的节能技术措施提供可靠的保障。