摘要：随着我国社会和技术的进步，集中热网产业得到了快速的发展，与此同时，人们对供热品质的要求也越来越高，但现阶段我国集中供热产业的发展与人们的需求仍存在严重的不平衡和不匹配问题。一方面，热网规模扩大，但能源结构合理性和能源利用效率并没有随之提高，不仅带来了严重的环境污染问题，而且相比于北欧国家，我国建筑冬季耗热量高出2～3倍。另一方面，随着热网的扩建，系统的可靠性及供热效率不高，水力失衡问题严重，导致用户舒适度差且系统输送能耗高。因此，解决热网的水力失调是提升用户体验和降低系统能耗的关键问题之一，对于居民生活质量的改善、系统运行水平和经济性的提高都具有重要意义。
关键词：集中热网;水力失调;分布式二级泵
1水力失调成因
导致水力失调的原因分为两类。一类是在设计阶段，热网设计原则中规定必须满足最不利环路用户所需的资用压力，因而其他管路必然存在一部分的富裕压力，使流量分配不均，必然导致了某些程度的水力失调，此时需要在管网投入使用前进行初调节;在设备选型时，若循环水泵的型号选取不合理，运行状态偏离设计工况，形成了管路的水力失调。第二类在运行阶段，系统增加了某几个用户或是用户内部得热量的变化，改变了原本系统的特性，使热网进行流量的重新分配，与设计工况偏离;运行期间通过阀门等调节装置对某部分用户进行调整时，由于没有考虑到其他用户情况，也会导致未被调节的用户或设备的水力失衡;在系统进行改扩建时，没有及时对系统整体进行优化和调整，打破了原有的平衡状态。
2现有水力调节的方法
2.1初调节方法
在热网事业发展的初期，对管网流量进行初调节大多通过在管路添加阀门的方式。这种附加阻力的方法能有效地减小室内过热而造成的热量浪费，但大量的能量会通过阀门的节流装置损失掉。早期的热网系统使用的是截断类阀门，这类快开型阀门不具有调节的功能，无法满足热网水力平衡的要求。随着供热系统规模的不断增大和科技的发展，各类具有调节功能的阀门相继问世，在热网的水力平衡调节中发挥着重要作用。目前，市场上的平衡阀主要分为两类：静态平衡阀和动态平衡阀。静态平衡阀用于初调节中，通过调节阀门开度，使各热用户支路的阻力损失相等，从而达到水力平衡的目的。但是，在一次调节后阀门会锁定，在系统发生变化后，需要重新进行调整。动态平衡阀用于运行调节中，具有一定的抗干扰能力，常用的有动态流量平衡阀和动态压差平衡阀。动态流量平衡阀适用于定流量系统，它可以在一定的压差范围内，根据系统的压力变化自动调整其阻力系数，而使通过阀门的流量保持不变;相反，动态压差平衡阀适用于变流量系统，它可以在一定的流量范围内，根据系统的压力变化，改变管路阻力，消除富余压头，保持阀门两端的压差不变。
在初调节中，通过对阀门开度的调节，改变各管路的阻抗，可以使整个管路阻抗的分布与设计值相同，常见的调节方法有温度调节法、比例调节法和补偿调节法。其中，温度调节法是通过调节阀门来实现各用户室内温度和供回水温度一致的方法。通常，各用户的供水温度较为接近，因此，温度调节法通常将回水总管的温度作为基准值，逐个调节各用户的阀门，使各用户的回水温度保持一致。比例调节法的原理是当用户系统阻力特性系数一定时，系统上游端的调节将引起下游端各用户的流量成比例变化。利用上游端的调节引起下游端各用户的流量一致等比失调的规律，即可实现系统的水力平衡调节。补偿调节法是在调节其他用户的阀门以达到设计流量时，会改变基准用户的水力失调度，因此，需要调整合作阀进行补偿，使基准用户水力失调度保持基本不变的情况下，其他用户也达到设计流量值。
随着计算机技术的发展，越来越多的供热系统将计算机模拟分析的技术引入管网的调节。基于管网的基本节点方程和能量方程，对管网各组成部分的精细化建模，在云平台中模拟阀门、水泵的调节控制，从而更直观地看到调节的效果，也省去了现场调节所造成的大量的能量浪费。模拟分析法在热网运行的实时调控中也有广泛的应用。
2.2运行调节方法
传统的管网运行调节通常采用调节管路中的阀门、水泵的变频方式进行。调节阀门开度来适应某些用户侧变化，需要同时兼顾对其他用户的影响，在缓解局部的水力失调时起到了一定的作用，但是，节流损失仍然存在。特别是系统在部分负荷运行时，通过阀门的调节可能带来大量的能量损失。因此，当用户侧负荷改变较大时，通过水泵的变频，整体减小或增大系统的循环流量来响应用户侧的需求，能够最大程度地节约能源。但是，当系统内部流量改变过大时，会加剧水力工况的不稳定性。
传统的热网系统仅在热源处设置总循环泵，如图1（a）所示，此方式使热源、热网和各热力站之间流量耦合关系较强，热源处流量的改变使整个管网其他各处流量均随之变化，加剧了水力调节的难度。而分布式变频泵系统很好地解决了这个问题。图1（b）展示了一次网侧分布式变频泵集中供热系统的具体结构，相比于传统的热网系统，该系统在热源处设置了旁通管，其作用是方便系统控制和保证热源的稳定运行。在满负荷运行的情况下，旁通管内的流量接近0;在部分负荷运行的情况下，旁通管则将多余的流量送回到热源。其次，该系统在各换热站的一次网回水管上设置了一级循环泵，代替阀门进行流量调节。因此，热源侧的热源循环泵只需满足热源侧的运行需求，各换热站的一级循环泵则各自负责其一次网的运行需求，从而解决了热源和热网的强耦合关系。同理，二次网侧的分布式变频泵系统也是在各用户侧回水管上设置二级循环泵，替代原有的二次网集中泵站。此方式虽然增加了水泵台数，但使每台水泵的型号均不会过大，在运行时按需设置，减小了每台水泵的服务范围，缓解了支路阀门调节的压力，节省了大量的运行能耗，并从根本上解决了热源、换热站、热用戶流量、压力之间的强耦合关系。
结语
本文总结了引起水力失衡的原因，并对现有的水力调节方法作了介绍。供热系统的水力调控是一个长期且复杂的工作，不论是科研工作者还是工程人员，都必须提高对管网的认识。随着城市的发展和供热面积的扩大，管网的控制必须全方面地考虑，从设计阶段因地制宜，到运行阶段科学的调控，全周期做好管网水力工况检测和调节工作。
参考文献
[1]多能源互补技术供热系统探究[J].周林元，吴柯，刘一刚.产业科技创新.2019（29）
[2]供热系统平衡研究——以西安建筑科技大学为例[J].卜长安，张龙，杜玉峰，吕立兵.高校后勤研究.2021（01）
[3]浅谈寒冷地区供热系统动力装置应用研究分析[J].热夏提·艾尔肯.节能.2021（09）
[4]基于智慧城市的供热系统余热利用优化研究[J].范常浩，梁娟娟.能源环境保护.2020（01）
[5]三网联调联控技术在供热系统中的应用及效果分析[J].孙喜庆，温成君，周诣，王明鹤，田常发.北方建筑.2020（01）