对供热系统节能潜力的几点分析（冷态调节技术在供热系统中的应用）

对供热系统节能潜力的几点分析（冷态调节技术在供热系统中的应用）ΔP=βG2供热系统冷态调节技术，不完全同于传统的热态调节，但基本原理一致。主要的理论依据为公式：黎明东胜里地区由于管道系统老化以及供热面积逐年增加，供热系统水力工况发生了较大变化，逐渐出现了供热系统近端和远端热量分配不均、水力失调以及远端和末端暖气不热等情况，导致部分住户室内温度偏低，有的用户的室内温度高达24℃以上，个别不利端热用户室内温度达不到18℃，垂直水力失调现象也越来越突出。按常规，通过供热维修人员的处理基本都能够解决，但由于一些维修人员或工程技术人员缺乏一定的理论依据，管网平衡调整粗放化，并且效果不太好。公司决定，每年提前对供热系统实施初期冷态调节技术。1.冷态调节的基本原理。

摘要：本文根据目前供热系统经常出现的水力失调现象，应用流体力学相关理论，结合黎明东胜里地区供热系统管网平衡实例，阐述了供热系统冷态调节的基本原理和操作方法，并提出了一些注意事项，明确了冷态调节对于供热系统的重要意义。通过系统冷态调节，不但能够实现供热系统管网平衡，实现热用户均衡供热，而且可以有效降低供热能耗，满足用户用热需求，实现优质供热和系统节能。是当前集中供热精益化和智慧化必不可少的技术手段和管理手段。

关键词：供热系统 冷态调节 管网平衡 智慧供热 节能减排

一、序言

冬季供热问题已经成为北方地区关系民生的大事，用热户、供热企业和所在地各级人民政府部门都尤为重视，正如十九大报告中所说的那样，我国社会当前的主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，用热户已经不仅仅满足于18度达标的标准，而是向舒适型转变，但由于供热平衡技术问题以及经营管理成本等因素，造成供用热矛盾突出，如何有效缓解用热和供热双方的日益加深的矛盾，继续提供优质供热服务已成为供热公司发展和管理的主题。

为了有效减少供热初期的大量用户投诉问题，以及冬季严寒期的供热质量达标，让供热公司在提高供热质量和降低供热成本这两个因素上找到折中点，笔者认为应在正常的管网平衡基础上，提前进行供热系统冷态调节，在正式供热前，提前进行供热系统平衡工作，保证供热系统提前进入相对稳定的平衡状态。下面以我公司东胜里地区几年前实际应用为例进行阐述。

黎明东胜里地区由于管道系统老化以及供热面积逐年增加，供热系统水力工况发生了较大变化，逐渐出现了供热系统近端和远端热量分配不均、水力失调以及远端和末端暖气不热等情况，导致部分住户室内温度偏低，有的用户的室内温度高达24℃以上，个别不利端热用户室内温度达不到18℃，垂直水力失调现象也越来越突出。

按常规，通过供热维修人员的处理基本都能够解决，但由于一些维修人员或工程技术人员缺乏一定的理论依据，管网平衡调整粗放化，并且效果不太好。公司决定，每年提前对供热系统实施初期冷态调节技术。

二、正文

1.冷态调节的基本原理。

供热系统冷态调节技术，不完全同于传统的热态调节，但基本原理一致。主要的理论依据为公式：

ΔP=βG2

其中ΔP—— 同一井室内供、回水管线的压差；

β—— 待定的常数，它与管径的公称直径、管道的表面粗糙度以及管道的新老程度等因素有关；

G—— 供热系统中热水的流量。

从上述公式可以看出压差与流量的平方在一定条件下成正比，这样就可以通过调节供、回水管道的压差来调节供热系统的流量，使其达到供需平衡。通常的供热管道系统一般都属于枝装布置，换热站供水和回水压力已经设定的情况下，从换热站出口按各分支依次进入末端用户，管道任何一点处的供水和回水压力差值都和该处末端管道内介质的流量平方正比例关系。

2.冷态调节基本条件。

为实现供热系统冷态调节，必须确保供热管道系统的控制阀门调节灵活，最好具备较好的调节能力，在每个阀门井室内都应该安装压力表管座，以便于供热初期供热调节。用于调节的压力表必须精度高，不容易受外部因素干扰，经厂家调试后配对使用，我们通常称为“双胞胎压力表”，每对压力表必须配对使用，以确保计量精确度。

3.冷态调节实施方法。

3.1技术储备

供热维修期间，由工程技术人员都供热系统的主要支路进行水力工况计算，计算出每个支路末端的供热负荷、供热介质流量以及管道的沿程阻力和系统末端室内阻力，在供热管道图中标示处调节处的压力差值，即ΔP。

供热系统的冷态调节最重要的性能参数就是沿程总阻力损失，它的计算成为供热系统冷态调节的重中之重。从整体来看，我们供热系统的管道大部分呈枝状分布的，有主有次，是多种不同管径的管子串联或并联在一起的混联管道；从局部来看，供热系统的主管道和最不利环路是由多种不同管径的管子串联在一起的串联管道。供热系统的问题主要存在于最不利环路上，也就是说供热系统的冷态调节主要是为了解决局部供热系统（远端和末端的供热系统）的问题，因此下面仅以两种不同管径的管道串联在一起为例进行水力计算说明（图形见下图）。

对A和B两个截面，

根据列伯努利方程式，把各项 损失都考虑进去则有：

H=ζeν12/2g λ1ι1ν12/ 2d 1g (ν1-ν2)2/2g

λ2ι2ν22/2 d2g ν22/2g

其中：H——管道的沿程总阻力损失；

ζe——管道的局部阻力损失系数；

ν1、ν2——管道内介质的质量流量；

d 1、d2——管道的公称直径；

ι1、ι2——管道的长度；

λ1、λ2——管道的沿程阻力损失系数；

g ——重力加速度。

式中符号的下标1、2分别代表两段不同管径的管子。根据连续方程ν1 d 12=ν2d 22

可以从以上两个方程中消去ν2，得到等式：

H=(c1 c2λ1 c3λ2)ν12/2g

其中c1=ζe （d 1/ d 2）4 [1-（d 1/ d 2）2]4，c2=ι1/ d 1，

c3=（d 1/ d 2）4·ι2/ d 2。

式中，c1 、c2、c3是由管道尺寸和局部损失系数所确定的已知数。对于串联管道的沿程总阻力损失的计算问题，流量已经知道，管道内的平均流速和雷诺数便可以计算出来，在根据管壁粗糙度从莫迪图上查到对应的损失数，代入上式后便可求出所需的沿程总阻力损失，即A、B两个截面的压差。

3.2冷态调节现场条件

供热系统冷态调节前，必须对管道系统和室内系统进行充水工作，管道末端和顶端充满水，排出系统内空气，否则容易影响调试效果。

3.3冷态调节实施。

根据以上理论计算逐段计算换热站总出口向外，同一管径的沿程阻力，并得出该管径管道的供、回水压差。以此类推，分别计算不同管径的沿程阻力；第二步，分别计算每个分支管道的供、回水压差，用来调节各小分支所带供热面积的供水量；第三步 根据算出来的压差反复调节各个控制阀门；第四步，反复调节各栋的入户井。第三步和第四步是一个十分繁杂的过程，不是一次就能解决问题的，它们需要多次反复进行调节，以消除井室和各支路相互之间的影响。

在实际操作过程中，工程技术人员和维修工人反复下井调试，每个井室都多次调节，以使各井室内压差达到预定数值，偏差达到最小，供热系统水力循环达到最佳工况。利用“双胞胎压力表”分别安装到同一位置的供、回水管道上，根据读数计算出供、回水管道的压力差值，并同理论计算数值进行比较，然后通过调节阀门开度，直至调节到实际数值与理论数值相等为止。

3.冷态调节注意事项。

3.1供热系统冷态调节属于供热开始前的基础操作，二级网循环泵按照正常的频率工作，系统所有阀门都必须处于正常状态。

3.2调节过程中，必须配对使用压力表。

3.3某些调节点，要经过多次反复调试才能确认调节成果，调节过程中对于所有调节的过程参数进行详细记录。因为供热系统是动态变化的，任何一点水力工况出现变化都会影响整体系统参数，通过反复多次调节，根据多次调节的数据分析，最终实现供热系统水力平衡。

4.冷态调节的影响因素。

4.1管线的新老程度对热量损失有着一定的影响。

我们根据每年供热管线大修和未大修的实际情况适当做出调整。新大修的供热管线，由于管壁比较光滑，表面粗糙度较小，紊流对介质流动造成的影响也小，沿程阻力损失就小，那么就降低一点压差，使这条管线上的用户不至于过热；未大修的管线由于多年来的腐蚀和冲刷，管壁的表面粗糙度较大，那么沿程阻力损失系数就大，相应的提高一点压差，保证这部分用户的供热效果，这样就可以减小或消除管线新老程度对冷态调节的影响。

4.2分户供热系统和传统的上供下回式供热系统有有着本质区别。

传统的上供下回式循环系统散热器在垂直方向呈串联，热水从顶层流至底层，这样比较节省水量，系统的阻力损失也较小，入户井一般给0.02MPa的压差就能满足用户的需要；但是由于分户的供热系统室内各组暖气片为串联，供水在自家内循环完就流入回水主管道，增大了系统的供水量，同时也增大了系统的阻力损失，如果仍给0.02MPa的压差，将导致分户供热系统的顶层用户暖气不热或各用户第一组暖气与末组暖气温差较大，我们根据实际情况进行了适当的调整，将分户入户井的压差提高到0.025-0.03MPa。

4.3员工的认知和参与程度。

供热系统冷态调节，势必增加基层工作量。部分员工没认识到这是一项事半功倍的工作，往往出现消极抵触或操作过程中敷衍了事的现象，注意力下降必然导致实施结果打折扣，只有主管领导重视，科学合理组织实施，才能有效达到调节效果。

三、结论及效益分析

通过供热系统冷态调节，我公司东胜里地区供热效果显著，不但很大程度减少了供热初期的投诉报修票，而且尽快实现了供热系统水力平衡，热用户供热达标，而且有效降低了供热成本，公司取得了经济效益和社会效益双丰收。

1、经济效益。

通过冷态调节，最大程度消除了供热系统水平失调和垂直失调，实现了均衡供热，因此改变了传统的“大流量、小温差”的运行模式，可以根据供热初末期情况进行合理的流量调控。以其中一个换热站为例，循环水泵的电机功率为160kw，如果不采用变频控制系统，则设备每小时至少耗电160 kw，采用变频控制系统以后，将电机的频率由50HZ降至40HZ，则电机功率变为原来的51.2%（变频后转速与功率的立方成正比），即每小时耗电160 kw×（40/50）3=81.92 kw，这样就只相当于一台功率为81.92 kw的循环泵在工作。按每个采暖期循环泵有120天在40 HZ下工作计算，功率基本处于102 kw，年节电费=（160-81.92）kw×0.8元/kw·h×24h×120=179896.32元。选用的ABB公司的整个变频控制柜（包括变频器）共13万元，其中变频器的价格约为9万元，这样只需要1.3个采暖期就可以收回成本，实现盈利。此外，变频控制系统消除了工人手工操作产生的失误，降低了各种设备的损耗，节省了人员，降低了管理的难度，给企业带来一定的经济效益。

2、社会效益。

通过供热系统冷态调节，变频控制系统有了广泛应用，从根本上消除了该地区存在的水力失调问题，解决了部分用户供热效果不佳的状况。公司多年荣获辽宁省、沈阳市优秀供热单位荣誉称号，并获得沈阳市供热行业协会“AAA”级信誉等级称号。

3.结论。

供热系统是个庞大的系统，实现系统平衡很难，既要有充足的理论依据，还要有高效的管理方法，通过积极的管理操作，实现系统可调可控，满足热用户供热需求的前提下，可以降低供热能耗，实现双赢。供热系统无论控制水平多么先进，都离不开基本的系统平衡调节，所谓的平衡永远是相对的，只有不断精益的调整，才能尽可能减少冷热不均，才能最大程度降低热耗。

目前，我公司的供热系统基本趋于稳定，但还存在部分区域水平失衡及垂直失衡现象，最终造成二级网单位平方米供热面积的电耗和水耗偏高，还需要在今后的工作中进一步加强能耗和成本管控方面的工作。在现今供热技术多元化的时代，我们将加快系统节能改造，尽快通过锅炉系统计算机自动控制管理系统、多热源联网技术、分布式变频技术、换热站无人值守技术等改造，改变传统的供热管理模式，逐步向按需供热、精准供热以及清洁供热、智慧化供热方向努力，为公司供热事业健康可持续发展而努力。

参考文献：

1.石兆玉 《供热系统运行调节与控制》 清华大学出版社

2.李德英 《供热工程》北京：中国建筑工业出版社，2004:51

图为作者：冯德勇

作者辽宁省沈阳市大东区善邻路70号 邮编：110043

冯德勇：15640588758