摘要: 近10年來，我國的建筑事業(yè)蓬勃發(fā)展，集中供暖事業(yè)也在迅猛發(fā)展。而管網(wǎng)的水力平衡問題人們尤為關(guān)注?？紤]到城市遠(yuǎn)景設(shè)計，也根據(jù)節(jié)能及控制污染的原則，住宅建設(shè)現(xiàn)在多采用小區(qū)規(guī)劃，相應(yīng)的供暖方式采用熱電廠或區(qū)域鍋爐房集中供熱方式，而供熱管網(wǎng)的水力失調(diào)現(xiàn)象是目前亟待解決的一個重要問題，它會給人們的生活、工作和學(xué)習(xí)帶來極大的不便。所以保證供熱管網(wǎng)的水力平衡是供暖設(shè)計工作中的一項重要環(huán)節(jié)。本文僅從熱網(wǎng)平衡控制方面對供熱節(jié)能做簡單的分析。

關(guān)鍵詞: 熱網(wǎng);平衡;技術(shù);產(chǎn)品

據(jù)相關(guān)資料顯示，我國建筑采暖能耗為同緯度發(fā)達(dá)國家建筑采暖能耗的3倍左右，采暖能耗浪費是巨大的。這里有現(xiàn)實的問題，更有歷史的原因，不僅涉及建筑墻體節(jié)能，更涉及供熱系統(tǒng)技術(shù)裝備水平、管理水平，以及供熱收費體制等社會政策方面的因素。

一、熱負(fù)荷

大家知道，建筑物采暖熱負(fù)荷同室外氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻照等因素有關(guān)，而其中室外氣溫起著決定性作用，因此在理論上，把熱負(fù)荷只看作是室外溫度的函數(shù)，即Q=f(tw)=K·F(tn-tw)。

供熱過程就是維持建筑物室內(nèi)氣溫適宜人們工作、生活，維持建筑物得熱與失熱始終處于一個動態(tài)的平衡這樣一個過程。

即有熱平衡方程式:"Q=K·F(tn-tw)=G·C(tg-th)·ρ/3600 (1)

Q—熱負(fù)荷W;K—建筑物傳熱系數(shù)W/m2·℃;F—建筑物外表面積m2;tn—室內(nèi)氣溫℃;tw—室外氣溫℃;C—水的比熱J/kg·℃;G—采暖循環(huán)水流量m3/h;tg—供水溫度℃;th—回水溫度℃;ρ—水的密度kg/m3。

二、熱網(wǎng)水力特性

熱網(wǎng)上各用戶之間總體上來講都是并聯(lián)的。由并聯(lián)網(wǎng)路的熱網(wǎng):

△P=S1·V12=S2·V22=S3·V32=…

得并聯(lián)網(wǎng)路V1:V2:V3:…=1/:1/:1/:…

式中V1、V2、V3分別表示并聯(lián)段管1、2、3的流量，m3/h;

式中S1、S2、S3分別表示并聯(lián)段管1、2、3阻力系數(shù)，Pa/(m3/h)2。

由上式可知:

1、并聯(lián)管段中各分支管的阻力狀況(即阻力系數(shù)S值)不變時，網(wǎng)路總流量增加多少倍或減少多少倍，并聯(lián)管段中各分支管段的流量也相應(yīng)增加多少倍或減少多少倍。

2、當(dāng)并聯(lián)管段中任一分支管段的阻力狀況(即阻力系數(shù)S值)發(fā)生變化時，網(wǎng)路總阻力系數(shù)必然隨著變化，而且網(wǎng)路總流量在各分支管段中的分配比例也相應(yīng)地發(fā)生變化。

熱網(wǎng)的這一水力特性，恰好滿足了熱網(wǎng)量調(diào)節(jié)及質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)時水流量變化及水流量分配的需要——同一熱網(wǎng)上，當(dāng)室外溫度tw變化時，熱網(wǎng)總流量及網(wǎng)上各用戶流量都按同一比例變化，且總流量在各用戶中的流量分配比例不變。

也就是當(dāng)熱網(wǎng)平衡后，網(wǎng)上各用戶閥門不再操作，其開度固定不變(阻力系數(shù)不變)，隨著室外溫度tw變化，熱網(wǎng)總流量再增減變化多少，網(wǎng)上各用戶流量也按相同的比例增減變化多少，只要熱網(wǎng)總流量滿足了總熱負(fù)荷變化的需要，那么熱網(wǎng)上各用戶流量也都能滿足其各自的需要(假定同一熱網(wǎng)上各用戶樓室內(nèi)采暖系統(tǒng)型式相同)，而不需要再重新對熱網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)、對水流量分配比例重新進(jìn)行調(diào)整。熱網(wǎng)始終是平衡的，熱網(wǎng)總流量地各用戶中的流量分配比例始終保持不變。

三、熱網(wǎng)的平衡技術(shù)及產(chǎn)品

目前國內(nèi)熱網(wǎng)平衡技術(shù)產(chǎn)品主要有以下幾種:

1、手動調(diào)節(jié)閥或普通關(guān)斷閥門

兩產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理相同，皆為單一手動調(diào)節(jié)孔板，不同的開度對應(yīng)不同的阻力系數(shù)，只是手動調(diào)節(jié)閥比普通關(guān)斷閥線性好。調(diào)節(jié)時，每調(diào)節(jié)任一用戶閥門，由于并聯(lián)用戶間的相互耦合作用，全網(wǎng)總流量、各用戶流量及分配比例均發(fā)生改變，產(chǎn)生振蕩。因此說其調(diào)節(jié)性能很差，熱網(wǎng)很難平衡，但價格低，且無安裝條件要求，可應(yīng)用于一、二級熱網(wǎng)，為目前國內(nèi)熱網(wǎng)最廣泛采用的平衡控制產(chǎn)品。熱網(wǎng)平衡后，各閥門開度固定不變，阻力系數(shù)不變，可進(jìn)行恒定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運行，也可進(jìn)行變流量(含質(zhì)量并調(diào))調(diào)節(jié)運行。

2、平衡閥

結(jié)構(gòu)同手動調(diào)節(jié)閥基本相同，也為單一的手動調(diào)節(jié)孔板，只是在本閥進(jìn)出口各有一測壓孔。調(diào)節(jié)時，也存在著各用戶間流量的相互耦合作用，但調(diào)節(jié)時要求邊調(diào)節(jié)邊測壓，測壓數(shù)據(jù)通過專用的儀器及軟件來處理，計算出各閥門的開度，來調(diào)節(jié)全網(wǎng)各用戶閥門。操作復(fù)雜，且需專用儀器設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員，故應(yīng)用不多，安裝條件要求不高，可用于一、二級網(wǎng)。熱網(wǎng)平衡后，各閥門開度不變，即阻力系數(shù)不變，熱網(wǎng)可進(jìn)行恒流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運行，也可以采用變流量(含質(zhì)量并調(diào))調(diào)節(jié)運行。

3、自力式流量控制閥(器)及差壓式流量控制閥

二者結(jié)構(gòu)、原理相近。自力式流量控制閥是由手動孔板、自動孔板、自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、壓力控制(反饋)管路及流量設(shè)定刻度標(biāo)尺等主要部分構(gòu)成。其原理根據(jù)用戶設(shè)計流量，調(diào)整手動孔板開度至流量設(shè)定刻度標(biāo)尺數(shù)值，閥前后壓差改變時，由壓力控制管路反饋壓差變化信號到自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，依靠壓差動力使自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)自動調(diào)節(jié)自動孔板開度，從而維持手動調(diào)節(jié)孔板前后壓差不變，進(jìn)而達(dá)到恒定流量的目的?？杀苊鉄峋W(wǎng)各用戶間的相互耦合作用及產(chǎn)生的流量振蕩，各用戶安裝此閥的熱網(wǎng)可一次調(diào)節(jié)即告平衡。具有操作簡單、方便、快捷、穩(wěn)定、可靠的特點;無安裝條件要求;價格高于平衡閥;適用于一、二級熱網(wǎng)。安此閥的熱網(wǎng)平衡后，只能采用恒定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運行，而不能采用變流量調(diào)節(jié)運行(含質(zhì)量并調(diào)調(diào)節(jié))。受運行調(diào)節(jié)方式的限制其推廣不普遍，應(yīng)用普及程度大于平衡閥但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于手動調(diào)節(jié)閥。

4、熱網(wǎng)微機(jī)控制平衡技術(shù)

國內(nèi)熱網(wǎng)微機(jī)控制系統(tǒng)從控制策略上劃分大體有二種:

一種為熱網(wǎng)上各熱力站單獨控制，換熱站根據(jù)測出的室外溫度tw，調(diào)整一次側(cè)的電動調(diào)節(jié)閥門，以改變流過水一水熱交換器的一次側(cè)水流量。從而使二次側(cè)熱交換器出口水溫tg，達(dá)到設(shè)定值tgset。從原理上講，只要給出合理的室外溫度tw與二次網(wǎng)供水溫度tg之間的關(guān)系式，設(shè)計好電動調(diào)節(jié)閥門的調(diào)節(jié)算法，是能夠使用戶側(cè)采暖建筑達(dá)到要求的。但從整個熱網(wǎng)看，由于各換熱站與熱網(wǎng)皆為并聯(lián)聯(lián)接，換熱站之間存在相互的耦合作用，某一個站閥門有動作，其余的換熱站的電動閥門都將隨之動作，總熱網(wǎng)及各站將產(chǎn)生較長時間振蕩現(xiàn)象，尤其是當(dāng)外溫tw變化較大，熱負(fù)荷變化較大，而熱源調(diào)整又不及時的時候，這種振蕩會非常嚴(yán)重甚至系統(tǒng)不能工作。因安裝條件要求高，造價高，因此只能用于一次網(wǎng)，且由于有上述缺陷，故應(yīng)用不多。

5、雙功能自力式流量控制閥

從前述的四種熱網(wǎng)平衡控制技術(shù)及其產(chǎn)品比較來看均勻性調(diào)節(jié)的熱網(wǎng)微機(jī)控制系統(tǒng)對熱網(wǎng)的平衡控制能力很強(qiáng)，熱源可以進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)，也可以采用量調(diào)節(jié)，但造價太高，且只能用于一次網(wǎng)。

而同樣具有很強(qiáng)的熱網(wǎng)平衡能力的自力式流量控制閥(器)造價同微機(jī)系統(tǒng)相比卻要便宜得多，且簡單，操作、維護(hù)也方便、快捷，安裝條件不受限制，既可用于一次網(wǎng)也可用于二次網(wǎng)。但采用此種平衡技術(shù)的熱網(wǎng)只能采用恒定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運行，不能采用量調(diào)節(jié)運行，熱網(wǎng)節(jié)能潛力沒有得到最大程度挖掘。反過來，循環(huán)泵采用調(diào)速變流量運行調(diào)節(jié)技術(shù)的熱網(wǎng)也不能用此產(chǎn)品，因此此產(chǎn)品的應(yīng)用也受到極大限制。

平衡閥具有熱網(wǎng)平衡能力，熱網(wǎng)可以采用質(zhì)調(diào)節(jié)，也可用量調(diào)節(jié)。但需要專用儀器設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員來操作，很復(fù)雜，不易普及。用手動調(diào)節(jié)閥及普通閥門平衡控制的熱網(wǎng)可以采用質(zhì)調(diào)節(jié)，也可采用量調(diào)節(jié)。但此類閥平衡能力很差，熱網(wǎng)很難平衡，也使得運行調(diào)節(jié)變得不可能。

因此說，國內(nèi)熱網(wǎng)需要一種同時具有自力式流量控制閥和手動調(diào)節(jié)閥功能的產(chǎn)品。綜合兩種產(chǎn)品各自的優(yōu)點，抑制其各自的缺點，使一個好的熱網(wǎng)的平衡控制技術(shù)與循環(huán)泵調(diào)速變流量調(diào)節(jié)運行技術(shù)能同時應(yīng)用于同一熱網(wǎng)之中，組成一個穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的供熱系統(tǒng)。