暖通供熱管網運行調節方法探究

梁欣

（太原市熱力集團有限責任公司，山西太原 030001）

0 引言

現階段，城市化建設的速度逐步加快，人們的生活品質也顯著提升，對于供熱質量也有了全新的要求[1]。目前來看，城市供熱效果與居民的供熱質量要求還存在一定的差距，這主要是由于集中供暖過程中存在一定的弊端，主要表現在熱力失調和水力失調等方面，此類問題的產生必定會影響供暖效果，致使出現室溫高低不等的問題[2]。同時，熱力失調與水力失調也會造成一定的資源浪費。此外，當前的集中供熱系統中，能源消耗率較大，不僅與當前時期的節能減排目標不符，還會給供熱企業帶來更多的成本投入，為能達成節能減排目標，有必要針對暖通供熱管網的運行調節方法展開研究。

1 集中供熱系統主要的控制模式

一種為質調節控制。主要指的是，為使室內供熱溫度得到保障，對供熱二次管網中的循環水流量進行有效控制，同時在一次管網的水循環系統中設置電動調節閥，通過對開關的調節可使供水溫度和回水溫度差在集中供熱的設定值之間，以滿足集中供熱的基本需求。該種控制模式的優點和弊端共存，其優點表現為對于供熱管網中的硬件設施要求較低，且在二次管網中的循環水量始終處于不變狀態，其水力工況十分穩定，可以有效降低水力失調的問題。其弊端表現為，當供熱系統中的熱負荷發生改變時，會由于二次管網中的循環水量無法進行調整而出現熱能損耗現象，造成一定的能源損失。

另一種為分階段變流量質調節控制。此種調節控制手段集成了質調和量調的優勢，在具體應用中是根據當地的天氣特點和其產生的熱負荷變化規律對集中供熱系統進行分段控制的過程。對于供熱控制階段的劃分是將熱負荷的變化狀況作為主要依據，但需要特別注意的是為了降低水力失調的概率，需確保每個階段中二次管網循環水量的一致性，僅需根據特定時期的供熱需求對供水溫度做出調整。該控制模式的優勢在于能夠有效降低供熱能耗，相對來說成本投入較低，但其仍舊存在節能控制的空間[1]。

2 暖通供熱系統組成

暖通供熱系統由5個部分組成，包括熱源、一次供熱管網、換熱站、二次供熱管網和熱用戶。其中，一次供熱管網和二次供熱管網主要承擔著連接熱源與換熱站，連接換熱站和熱用戶的重要作用。換熱站設置的控制柜、壓力調節閥、溫度調節閥和泄水調節閥等設備為供熱管網的運行調節和控制提供了有利的支持。換熱站在整個供熱系統中的作用為，對熱力進行有效交換與分配，是保證供熱穩定和供熱質量的關鍵一環。

3 暖通供熱管網的運行調節

3.1 完成初調節

初調節的主要目的是先明確用戶的供熱需求，并在此基礎上對于供熱管網的運行流量進行有效調節，使其滿足用戶的熱負荷需求，即明確好理想狀態下的流量值。需要注意的是，由于供熱系統的規模較大，供熱管線長度較大，在供熱過程中極易出現熱量損失的問題，這意味著，熱用戶與循環泵的距離會影響到供熱溫度。采取初調節的方式，能夠盡量縮小熱用戶的供熱差距，降低流量失調度。經過初調節后，可對流量值進行合理控制，使其小于設計值，起到降低能源損耗的作用。在供熱之前進行初調節可將熱用戶的供熱溫差控制在小范圍內，也可改善水力失調的問題，為接下來的供熱管網運行調節奠定良好的基礎。

3.2 明確運行調節的依據

運行調節指的是，在供熱管網投入運行后，根據熱用戶的供熱需求以及熱負荷的變化，對于供熱進行動態調節的過程。主要目的是，使供熱質量得到保證，為熱用戶營造舒適的生活環境。由于熱負荷會隨著室外溫度的變化而產生變化，因此熱負荷呈現出時時變化的特征。為了保證供熱管網運行調節工作的可靠性，需要首先明確熱負荷與室外溫度之間的關系，研究顯示，當室外溫度升高時，熱負荷值會降低，反之，室外溫度降低時，熱負荷值則升高。因此，二者存在負相關關系，在進行供熱管網的運行調節時，可以將室外溫度的變化作為主要參考依據。

3.3 選擇合理的運行調節方式

運行調節方式主要包括兩種，一種是針對一次供熱管網系統的調節閥進行調節，達成質調節的目標。一種為針對二次供熱管網的循環水量進行量調節的手段。其中，質調節的運行調節原理為保持二次管網中的循環水量不變，通過對管網中供水溫度和回水溫度的調節使其滿足熱負荷要求。該種調節方式存在操作簡便，對供熱管網運行調節有效和水力工況穩定的優勢。而當室外溫度發生改變時，即當室外溫度升高的情況下，熱負荷會隨之降低，此時由于供熱管網中的循環水流量處于固定狀態，且供水溫度和回水溫度被調節后明顯升高，已經超出熱負荷的需求，此時便會產生一定的能源浪費。而量調節的運行調節原理為使二次管網中的供水水溫保持不變，通過對管網中循環水流量的控制來滿足熱負荷需求。即當熱負荷需求增大時，加大循環水流量，而當熱負荷需求降低時，減少循環水流量。但當室外溫度升高致使熱負荷需求降低時，會導致管網內部的循環水大量減少，很可能會引發熱力失調的現象。因此，需要根據實際供熱需求選擇合理的運行調節方式。

3.3.1 分階段質量流量調節方式

針對供熱管網進行運行調節的主要目的是實現穩定供熱目標，并保證均勻供熱和按需供熱。為達成上述供熱管網的運行調節目標，需采取多種運行調節方法組合應用的方式。這里的一次供熱管網采取質調節措施，而二次供熱管網則是采取質和量相結合的運行調節方式。根據供熱管網整個供暖期間的供熱需求來看，可以將供熱過程分為3個時期，即初期、中期和末期，考慮到供熱初期和供熱末期的供暖需求差異較小，可以作為一個供熱運行調節階段，采取質調節的手段進行運行調節，使供水循環水流量保持恒定狀態，對供水和回水溫度進行控制既可。而供暖中期的供熱需求相對復雜，需求受到室外溫度的直接影響，此時，則可采取量調節的控制方式，根據室外溫度變化和熱負荷需求對循環水流量進行合理調節。這種組合調節控制的方式可最大程度上控制能源消耗，并保障供熱質量。

采取量調手段時，要對階段內的最小流量加以明確，實際運行中主要是通過調速泵的變頻器實現對循環水流量的調節。在供熱流量調節的過程中，還需認識到流量對系統運行的直接影響，在流量較小的情況下很容易導致系統中的設備不能正常運行。因此，需要對其最小流量加以明確，在不影響設備運行狀態的基礎上進行流量調節和控制。通常來講，電機效率與調速比是0-0.4，其轉速會直接影響調速比，當調速超出0.5時，其變化頻率較小可以直接忽略。相對比而言，變頻器效率十分穩定，在其調速比接近0時，效率仍舊可達到50%左右。可以明確的是，當循環水流量和定額流量的比為70%時，可以保證供熱系統的正常運行[2]。

3.3.2 量調變頻調節控制方法

現階段，節能減排政策的實行，使得供熱管網運行需要面臨較大的挑戰，為了能夠達成節能減排需求，變頻控制技術在供熱管網中的應用頻率也在逐步增大。根據控制內容的不同可以將其區分為壓差控制和溫差控制，且當需要對恒定壓差信號或者恒定溫差信號進行控制時，又可被細分為對定壓差和定溫差的控制。

（1）變溫差控制。變溫差控制流程如圖1所示。

圖1 變溫差控制流程

變溫差控制實際上指的是對回水溫度的控制，根據上圖控制流程來看，主要是依靠溫度傳感器對各個周期內的供水管網和回水管網中的供回水溫度進行檢驗，并且將檢驗所得的溫度值同步給變頻控制柜，在控制柜中設置的可編程控制器會對比檢測值和系統設定值，并做出對應的控制動作。當設定值小于實際值時系統會控制加大循環泵的頻率以此增加循環水流量，達成調控供熱溫度的目標。當設定值大于實際值時，則會降低循環泵的頻率，減少循環水流量。而當溫度設置值與實際值相等時，系統將不會做出控制動作，使其維持當前的運行狀態。

（2）定溫差控制。定溫控制法中要求供熱管網運行過程中的溫度差應處于恒定狀態下，當室外溫度發生變化時，需同時對供水溫度和供熱管網中的循環水流量做出調整，同時由溫度傳感器獲取供熱管網的溫度，并由控制系統判斷溫度差是否處于恒定狀態下，如其恒溫狀態被打破，則需進行變頻控制，通過對循環泵的變頻控制來維持供熱系統中供水和回水的恒定溫度差。采取該種控制方式時，供熱管網的性能也將保持恒定狀態，很少受到其他阻力影響，且基于循環水泵的運行特點，可將其循環泵的軸功率控制在流量的3次方，相對來說循環泵的節能效果顯著，但同時會對壓力造成不利影響，可能出現影響用戶利益的問題。定溫差控制流程如圖2所示。

圖2 定溫差控制流程

（3）定壓差控制。主要控制原理為借助變頻器和壓差變送器來調節循環泵轉速，通過對循環泵出口壓力差的控制，使其壓差始終保持恒定不變的狀態。此種控制方法的優點在于不會受到回水壓力的影響。但為了確保循環泵出口壓差的恒定狀態，循環泵運行中的節能效果不明顯。

（4）變壓差控制。為了確保全部熱用戶的供熱質量，在進行變壓差控制時，會將最末端熱用戶的供熱質量作為主要參考數據，通過保證最末端熱用戶的供熱質量，實現穩定供熱目標。即將末端熱用戶的進出口壓差作為主要控制壓差，此種控制方法既能保證末端熱用戶的供熱質量，也可在一定程度上降低供熱過程中的能源損害。

4 結語

從上文分析中可以發現，每一種供熱管網運行調節方法都存在特定的優勢，同時也表現出一定的弊端，或是增大能源消耗，或是影響用戶利益。為了保障供熱管網運行的可靠性，并達成節能減排目標，需要結合供熱管網的實際運行特點以及用戶的實際供熱需求合理選擇運行調節方法，特定的情況下可以采取組合調節的手段，充分發揮各類運行調節方法的優勢，保證供熱管網的穩定運行和供熱質量。