供热系统水力平衡节能改造应用与研究
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摘 要：平朔生活区现有的二次供暖存在系统不平衡现象，居民普遍存在离小区换热站“近热远冷”的现象，系统耗热、耗电量大增，能量利用效能差。在该文中，合理运用改变二次管网敷设路由、根据热负荷调整管径、加装数字锁定平衡阀、合理选用保温材料和管路补偿方式、适当增加换热面积等方法，整体改变系统水力不平衡现状，提高采暖效果，降低热、电、水、盐等消耗，提高了系统安全营运能力，是一种高效、节能、可普遍提高采暖效果的技术。
关键词：供热系统;平衡;改造;热负荷;节能
中图分类号：TU833 文献标志码：A
0 前言
在平朔生活区二次采暖外管网的运行中，由于设计、运行和管理等因素的影响，经常出现循环流量、系统压差、系统阻力等系统不平衡问题，于是就造成了“近热远冷”的不平衡现象。为解决远端住户家中不热的问题，供热系统不得不加大供热量和循环水量，采取大热量、大流量，小温差的运行方式。而这种运行方式的代價就是交换站循环水泵电耗的大幅增加和近端住户因家中太热而开窗，从而造成热量和能源的大量浪费，而进行供热系统水力平衡的调节和改造是一种有效的途径。
1 系统水力平衡改造方案的设计
1.1 合理改变二次管网敷设路由
在该次节能改造路由设计时，首先，根据用热负荷变化的合理预测，进行管网总体布局、全面规划，管网路由尽可能地靠近用热密集区，即热源和主干线尽量位于“负荷中心”;其次，为降低投资，高效利用现有资产，改造时，尽量利用原有管线，或利用原有管沟进行微调、扩建。根据平朔生活区实际情况，该次改造仍然采用枝状管网，其优点在于路径简单，管线较短，投资较低;虽然发生故障时，影响面较大，但也可以通过合理加装分断阀门的方式，减少事故影响。
1.2 严格根据用热负荷调整管径
严格根据用热负荷调整管径，是实现管网水力平衡的基础。
采暖设计热负荷公式：Qh=qh·A
式中：Qh —采暖设计热负荷，W;qh—采暖热指标，W/m2，平朔生活区选取qh =55.0 W/m2;A—采暖建筑物的建筑面积，m2。
根据计算出来的设计热负荷，计算管网流量。管网流量公式：G=3.6[Q/c（Tg-Th）]×103
式中：G-设计流量t/h;Q—设计热负荷，MW;C—水的比容，C=4.1868 kJ/kg℃;Tg—设计供水温度，平朔生活区Tg=85℃;Th—设计回水温度，平朔生活区Th=60℃。
根据各管段流量和管网推荐的经济比摩阻，查《热力管网水力计算表》，得到管径和实际比摩阻。推荐比摩阻：主干线R取30 Pa/m～70 Pa/m;支线流速≤3.5m/s，R≤300 Pa/m。
另外，计算出管径后，可根据设计管径进行管线阻力复核，以检查原有换热站循环设备
是否能满足需求。
管网阻力损失计算公式：△P=RL（1+α）×103
式中。
△P—阻力损失，kPa;R—管道平均比摩阻，Pa/m;L—管道长度，m;α—局部阻力占沿程阻力比例。
1.3 在热交换站近端管路回水处加装数字锁定平衡阀
在热交换站近端管路回水处加装数字锁定平衡阀，并进行阀门“开度—流量”调节。数字锁定平衡阀是一种静态水力工况平衡用阀，它具有等百分比的流量特性曲线，适用于集中量调节。该种调节阀同以往闸阀、蝶阀最大的不同是理论流量特性曲线为等百分比特性曲线，即线性调节曲线，流量可以按照阀门手柄打开的圈数核定通过阀门的流量，也就是将通过阀门的热量定量。
具体通过阀门流量Q、阀门流通能力Kv、压降△P之间的关系可通过查阀门配套厂家的特性曲线得到，从而可以方便的选型。
1.4 合理选用管网补偿方式
在该改造项目中，供热管网补偿采用套筒补偿器和自然弯相结合的方式，优先选用自然弯补偿，若有必要，加装套筒补偿器，此举兼顾了管网的水力阻力小和可补偿性能高的特性。
钢管补偿器补偿量公式：A=0.012×△T×L
式中：A—管段补偿量，mm;△T—管网运行温度与安装温度之差，℃;该项目取70℃，即安装温度15℃，运行温度85℃;L—固定管段长度，m。
该项目中选用的补偿器为TTB-B-Crb—1.6型套筒补偿器，补偿量为100 mm，管路均采用单侧补偿。
1.5 合理选用管网保温方式
供热管道的保温对供热节能非常重要。一般情况下，对于热水供热管网，供热管道的热损失在8%～12%。按照节能新标准，要求热水管网输送效率不低于95%，即热损失不大于5%，因此，选择保温效果好、使用寿命长、防水抗腐且具有一定抗破坏强度的保温材料，对供热工程而言非常重要。
该工程全部采用工厂预制直埋敷设聚氨酯保温管，长期运行可节约大量能源，显著降低能源成本。合理地选用保温材料（硬质聚氨酯）和保温方式（PE外护壳），既可大大减少无效热量损失，提高利用率，又可在不同的敷设方式下适用性良好，还可以保护管道外部，有效提高管网耐腐蚀性能，减少后续维护工作量。
1.6采用合适的方法提高换热器换热面积
换热器换热面积计算公式为F=uQ/K△tm
式中：F—换热器换热面积，m2;u—裕度系数或污垢系数，1.05～1.18;Q—热负荷W。
K—总传热系数，W/m2.℃，平朔生活区换热设备均为水-水换热设备，一般取3 000～5 000;△tm—换热器对数温差，℃。
常用计算方式为△tm=[（T1-t2）-（T2-t1）]/ln[（T1-t2）/（T2-t1）]，式中：T1—热侧进水，T2—热侧回水，t1—冷侧进水，t2—冷侧回水。在实际应用中可采用算数温差替代对数温差，以简化计算。
采用合适的方法增加换热面积后，可有效提高换热效率，将一次管网的热量“吃干榨净”，显著降低一次回水温度，从而实现“大温差，小流量”运行，提高管网、水泵的整体效能，实现节能。
2 节能改造效果分析
平朔生活区供热系统水力平衡节能改造研究及应用，采用改变原有管网路由、管径，增设管网调节措施，提高管路保温措施，合理增加换热面积等多种手段，改变平朔生活区各小区原有的“近热远冷”的不平衡现象，打破“增大循环流量，远处有温度，近处开窗户”的采暖恶性循环，将供热外管网的路由管径改造、增设流量平衡阀、供热建筑入口流量与建筑内供热量的对应等技术相结合，为平朔生活区提供可靠热源，使生活区供热管网更加平衡，采暖效果大幅提高，并基本消除大面积不热现象。
3 结语
平朔生活区现有的二次供暖存在系统不平衡现象，合理运用改变二次管网敷设路由、根据热负荷调整管径、加装数字锁定平衡阀、合理选用保温材料和管路补偿方式、适当增加换热面积等方法，有效地改变了系统水力不平衡现状，提高了采暖效果。从实践结果来看，该改造方案是成功合理的。该方案也为同类老旧区域采暖节能提效改造，提供了一个成功的范例。
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