二次網(wǎng)水力平衡及戶間室溫調(diào)節(jié)方法應(yīng)用

郭 升

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000)

0 引言

目前，某公司熱源廠、隔壓站、換熱站等一次側(cè)供熱設(shè)施已實(shí)現(xiàn)調(diào)控策略及執(zhí)行手段的智能化。但由于現(xiàn)實(shí)原因，二次網(wǎng)的水力調(diào)節(jié)及節(jié)能降耗一直未能真正推行。用戶室溫是供熱效果最直接的體現(xiàn)，供熱的最終目標(biāo)即保障居民室溫處于合理范圍，達(dá)到舒適供熱的目的。單純對用戶庭院網(wǎng)進(jìn)行水力調(diào)節(jié)，已不能滿足熱用戶對室溫的舒適性要求，將舒適供熱服務(wù)推送用戶門前已勢在必行[1]。

1 目前存在的問題

由于用戶二次網(wǎng)供熱系統(tǒng)建設(shè)時間、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，實(shí)際運(yùn)行中主要存在如下問題：

1)二次網(wǎng)水力不平衡，存在水平失調(diào)、垂直失調(diào)。導(dǎo)致近熱遠(yuǎn)冷，遠(yuǎn)端供熱效果差。為改善遠(yuǎn)端用戶供熱效果，不得不采取大流量運(yùn)行，造成能耗浪費(fèi)。

2)用戶產(chǎn)權(quán)的庭院管網(wǎng)及部分自管站站內(nèi)設(shè)計(jì)不合理，個別用戶私自加泵導(dǎo)致的局部水力失調(diào)。

3)庭院網(wǎng)內(nèi)調(diào)節(jié)閥缺失或損壞問題嚴(yán)重，平衡調(diào)節(jié)難度大。

4)部分熱用戶位于未做建筑節(jié)能改造的老舊小區(qū)，庭院網(wǎng)老舊，圍護(hù)結(jié)構(gòu)差，且用戶處于邊戶、頂層等特殊位置。

5)新建小區(qū)入住率低，報(bào)停率高，戶間傳熱導(dǎo)致室溫不理想。

6)用戶采暖設(shè)備未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如散熱器數(shù)量或散熱面積不足，地暖管敷設(shè)密度不夠等。

7)部分樓棟供熱設(shè)施年久失修，結(jié)構(gòu)阻塞嚴(yán)重等致使系統(tǒng)阻力增大；用戶私自改造采暖系統(tǒng)或惡意放水影響供熱效果。

8)室溫采集設(shè)備或通訊等原因?qū)е率覝財(cái)?shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

9)室溫采集設(shè)備安裝位置不合理，或部分熱用戶私自移動，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)不能代表用戶真實(shí)室溫。

2 二次網(wǎng)水力平衡及戶間室溫調(diào)節(jié)策略

為確保調(diào)節(jié)后的實(shí)際運(yùn)行效果，應(yīng)制定供熱全周期管理計(jì)劃。調(diào)節(jié)前需調(diào)查目標(biāo)小區(qū)現(xiàn)有供熱運(yùn)行、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)等情況。計(jì)算熱力站所需供熱負(fù)荷，繪制供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)圖表，根據(jù)氣溫及需求室溫定制計(jì)劃熱指標(biāo)。按熱負(fù)荷計(jì)算調(diào)整各站全網(wǎng)平衡目標(biāo)值及目標(biāo)熱力站的溫度加權(quán)[2-3]。一次網(wǎng)達(dá)到初平衡后，開始二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)。

注水期應(yīng)進(jìn)行二次網(wǎng)沖洗，同時檢查除污器過濾器堵塞情況。由回水管向系統(tǒng)注入軟化水，由低至高逐漸開啟管網(wǎng)排氣閥，根據(jù)管網(wǎng)的敷設(shè)情況，隨時對管網(wǎng)各高點(diǎn)進(jìn)行排氣，直至排盡空氣，工作壓力穩(wěn)定為止，防止積氣或堵塞影響水力工況。運(yùn)行初期可短時間采用大流量循環(huán)便于系統(tǒng)排氣。

運(yùn)行期循環(huán)泵調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)前通過控制熱力站內(nèi)循環(huán)泵保證暖氣片系統(tǒng)萬平方米循環(huán)流量不超過30 t/h，地暖系統(tǒng)萬平方米循環(huán)流量不超過40 t/h，具體調(diào)節(jié)需根據(jù)實(shí)際情況，參考往年運(yùn)行數(shù)據(jù)，保證二次網(wǎng)資用壓差、循環(huán)流量滿足調(diào)節(jié)及運(yùn)行要求。盡可能保持單臺泵高效運(yùn)行(37 Hz以上)，考慮到電流過大燒泵和使用壽命問題，在流量需求接近工頻時(47 Hz以上)再考慮啟用雙臺(多臺)并聯(lián)運(yùn)行。循環(huán)壓差按照供熱半徑每100 m增加0.01 MPa，用戶損失按0.03 MPa考慮(例如末端用戶距熱力站300 m，按循環(huán)壓差0.09 MPa調(diào)節(jié),高層用戶按實(shí)際情況適當(dāng)增加)。

二次網(wǎng)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)前根據(jù)二次網(wǎng)負(fù)荷分布情況進(jìn)行水力計(jì)算，確定二次網(wǎng)各個樓棟單元所需流量，參考計(jì)算結(jié)果，利用樓棟單元手動平衡閥或普通關(guān)斷閥門對二次網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保每個樓棟單元流量與計(jì)算結(jié)果一致，同時熱力站配合進(jìn)行循環(huán)泵頻率的調(diào)整，最終使二次網(wǎng)達(dá)到平衡狀態(tài)。調(diào)節(jié)過程中對于不同類型的閥門，應(yīng)考慮開度與流量變化關(guān)系并記錄開啟閉合圈數(shù)等[4-5]。

戶間溫度調(diào)節(jié)：戶間溫度調(diào)節(jié)基于二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。對于已安裝帶調(diào)節(jié)閥的小區(qū)，垂直平衡調(diào)節(jié)采用預(yù)設(shè)比例法進(jìn)行，從底層到頂層閥門開度依次增大，同時參考入戶檢測室溫?cái)?shù)據(jù)，對個別用戶進(jìn)行特殊調(diào)整。對于沒有調(diào)節(jié)閥的小區(qū)，只能通過調(diào)整手動球閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可達(dá)到平衡狀態(tài)，同時用戶可根據(jù)自身用熱需求，通過溫控閥或球閥合理調(diào)整室內(nèi)溫度。

二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)完畢后根據(jù)實(shí)際工況再次調(diào)整站內(nèi)一次側(cè)閥門，電動閥處于最佳調(diào)節(jié)區(qū)間(20%～50%)，預(yù)留充足的調(diào)節(jié)空間。在熱指標(biāo)平穩(wěn)變化時依靠熱源、一次網(wǎng)、熱力站和自控系統(tǒng)的質(zhì)調(diào)節(jié)增減熱負(fù)荷，減少外部操作。以室溫監(jiān)測及用戶回訪數(shù)據(jù)為依據(jù)，再進(jìn)行局修正優(yōu)化調(diào)節(jié)，對于室溫要求低的用戶可根據(jù)自身用熱需求，通過溫控閥合理調(diào)整室內(nèi)溫度，避免出現(xiàn)開窗散熱，真正實(shí)現(xiàn)按需供熱，降低全網(wǎng)能耗。

3 二次網(wǎng)水力平衡及戶間室溫調(diào)節(jié)實(shí)例

某小區(qū)供熱運(yùn)行方式為定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)，根據(jù)供熱運(yùn)行參數(shù)及實(shí)際供熱效果分析存在動態(tài)水力失調(diào)現(xiàn)象，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中每個單元管道入口安裝的平衡閥，使二次網(wǎng)水力平衡達(dá)到一個較為理想的狀態(tài)，然后根據(jù)室溫監(jiān)測數(shù)據(jù)通過溫控閥對同樓棟的戶間溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，解決各用戶供熱效果不均的問題。

3.1 某小區(qū)供熱情況

某小區(qū)于2018年建成，共有7棟節(jié)能建筑。熱力站設(shè)計(jì)供熱面積24.7萬m2，共設(shè)2個分區(qū)。其中地暖低區(qū)設(shè)計(jì)供熱面積10.8萬m2，用戶為小區(qū)1號～7號居民樓；地暖高區(qū)設(shè)計(jì)供熱面積7.2萬m2，用戶為小區(qū)1號～2號、4號～7號居民樓；空調(diào)區(qū)設(shè)計(jì)供熱面積4.7萬m2，用戶為公寓寫字樓(未供)，本文以低區(qū)住宅為例進(jìn)行介紹。

3.2 數(shù)據(jù)測量及調(diào)節(jié)方法

由于該小區(qū)商鋪未供熱，本次僅對住宅樓采用比例調(diào)節(jié)法由遠(yuǎn)及近進(jìn)行庭院網(wǎng)水力平衡，調(diào)節(jié)時適當(dāng)考慮各樓棟入住率、日照時間、是否為邊戶等不利因素，對流量進(jìn)行修正。

流量測量：該小區(qū)各單元樓分支供水已安裝超聲波流量計(jì)，擬利用此設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。為保證單元流量計(jì)測量準(zhǔn)確度，數(shù)據(jù)采集時使用手持超聲波流量計(jì)進(jìn)行實(shí)際流量測量，若兩者偏差度在5%之內(nèi)，記錄單元流量計(jì)數(shù)據(jù)，若高于5%，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，記錄正確的數(shù)值。

溫度測量：采用紅外線手持測溫槍，測量單元樓供、回水溫度。記錄時注意測量誤差，保證溫度測量的準(zhǔn)確性。

3.3 庭院網(wǎng)低區(qū)初始狀態(tài)及數(shù)據(jù)分析

該小區(qū)熱力站地暖低區(qū)循環(huán)泵型號：SLS250-315AQ=500 m3/h,H=28 m,P=55 kW，變頻柜設(shè)置28 Hz。調(diào)節(jié)前初始狀態(tài)：循環(huán)泵出口流量為247.6 m3/h，庭院網(wǎng)低區(qū)樓棟各單元總流量為236.53 m3/h，流量基本持平，站內(nèi)設(shè)備正常，且不存在短路循環(huán)。調(diào)節(jié)時室外平均氣溫-1 ℃，根據(jù)供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)圖表，熱指標(biāo)取28 W/m2，實(shí)際供熱面積9.9萬m2，供回水溫差10 ℃計(jì)算，所需流量為：239.86 m3/h，現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)滿足供熱需求。確認(rèn)報(bào)停用戶已關(guān)閉戶閥后，測試各樓棟單元流量見圖1，表1。

表1 各樓棟各單元實(shí)測流量與計(jì)算流量對比表(一)

低區(qū)樓棟各單元每萬平方米流量(如圖2所示)及排序如下。

1)低區(qū)1號樓、4號樓各單元萬平方米流量均低于計(jì)算值，其中1號樓1單元、2單元閥門開度已達(dá)最大，且樓棟位置處于庭院管網(wǎng)前端，但失調(diào)度低于90%，實(shí)際流量過小，需對設(shè)備進(jìn)行如下檢查、維修。

2)1號樓、4號樓總體流量不足，2號樓、5號樓流量基本匹配，3號樓、6號樓、7號樓總體超流量，失調(diào)度高于110%。其中實(shí)測與計(jì)算流量偏差最大的樓棟為4號樓、7號樓需重點(diǎn)調(diào)節(jié)。

3)2號樓1單元、2單元流量分配不均，其余整體偏高或偏低。

4)按照樓棟位置分布，流量整體呈現(xiàn)前端不足，末端過流。

3.4 庭院網(wǎng)低區(qū)調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)分析

經(jīng)現(xiàn)場檢查，1號樓2單元供水過濾器內(nèi)異響，拆除過濾器后，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)已布滿焊渣、砂石。沖洗1號樓、4號樓管網(wǎng)后，流量普遍上升約6 m3/h。結(jié)合庭院網(wǎng)樓棟分布，低區(qū)采用5號樓3單元流量作為調(diào)節(jié)基準(zhǔn)。

根據(jù)制定的比例調(diào)節(jié)法實(shí)施策略，低區(qū)以5號樓3單元為調(diào)節(jié)基準(zhǔn)，由遠(yuǎn)及近分別調(diào)節(jié)5號樓、6號樓、7號樓、2號樓、3號樓、4號樓及1號樓。按照5號樓3單元實(shí)時流量計(jì)算其余各單元應(yīng)設(shè)的流量并結(jié)合用戶實(shí)際供熱情況進(jìn)行流量校正。

另外，對調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)的單元閥門故障、過濾器堵塞等問題做好記錄以便后期檢修處理。

調(diào)節(jié)后狀態(tài)：循環(huán)泵出口流量為242.7 m3/h，庭院網(wǎng)低區(qū)樓棟各單元總流量為235.67 m3/h，樓棟各單元實(shí)測流量如圖3，表2所示。

低區(qū)樓棟各單元每萬平方米流量如圖4，表3所示。

表3 低區(qū)樓棟各單元每萬平方米流量表

不同失調(diào)度下二次網(wǎng)調(diào)節(jié)的注意事項(xiàng)：

1)失調(diào)度低于85%，實(shí)際流量過小，需對設(shè)備進(jìn)行檢查維修。清洗并拆除部分過濾器：供水管道上有兩臺過濾器的只需保留1臺，回水管道上過濾器全部拆除；檢查閥門安裝方向及工作狀態(tài)(拆卸檢查)，若發(fā)現(xiàn)反向安裝或閥門無法開關(guān)、門芯脫落等異常狀態(tài)，需及時更換維修；檢查管道是否有堵塞，并及時疏通。

2)失調(diào)度介于85%～115%，實(shí)際流量接近計(jì)算流量，需清洗過濾器，同管道上有兩臺過濾器的需拆除1臺。

3)失調(diào)度大于115%，實(shí)際流量偏大，疑似聯(lián)通閥門嚴(yán)密性較差，建議拆除聯(lián)通管。

庭院網(wǎng)低區(qū)調(diào)整完畢后，總流量有所下降，但各單元實(shí)測流量與計(jì)算流量、各單元每萬平方米流量基本一致，已實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的水力平衡。

4 戶間室溫調(diào)節(jié)

單元垂直平衡根據(jù)室溫反饋信息，按照預(yù)設(shè)比例法進(jìn)行調(diào)控，由低層到高層次開度依次提高，同層用戶需關(guān)注邊戶和中間戶的調(diào)整，以3號樓1單元住戶為例，根據(jù)室溫監(jiān)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中間戶室溫平均高于邊戶1.5 ℃左右。將戶閥開度，將中間戶閥門調(diào)整為85%后，溫差可控制在1 ℃以下。經(jīng)過多次調(diào)節(jié)，同時參考入戶檢測室溫?cái)?shù)據(jù)及用戶反饋信息對不同用熱需求的住戶進(jìn)行特殊調(diào)整，系統(tǒng)可達(dá)到平衡狀態(tài)。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段政府對供熱企業(yè)監(jiān)管日益嚴(yán)格，用戶對用熱質(zhì)量要求越來越高。因此通過水力調(diào)節(jié)降耗增效，讓政府放心、讓用戶滿意，是供熱企業(yè)發(fā)展的根本途徑。同時解決二次網(wǎng)最后1 m的能耗問題，從末梢開始按需分配，實(shí)現(xiàn)更高標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能環(huán)保亦是供熱企業(yè)義不容辭的社會責(zé)任。二次網(wǎng)調(diào)節(jié)能改善用戶體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)戶間平衡、降低投訴，同時也是提高效率，提升嚴(yán)寒期整體供熱能力的有效手段。同時在具體實(shí)施過程中，需優(yōu)化調(diào)節(jié)效率、提升控制準(zhǔn)確度，溝通用戶需求，避免盲目調(diào)控，真正做到科學(xué)、可持續(xù)的“精細(xì)化”調(diào)節(jié)。二次網(wǎng)平衡僅僅是空間的平衡，只能解決同一時間段內(nèi)的均衡分配問題，在供熱時間維度上仍然存在著初末寒期整體或者局部時間點(diǎn)超溫的問題，需要用熱量表來實(shí)現(xiàn)熱力站精細(xì)化總量控制。