关于热水采暖系统水力平衡的研究

1.采暖系统的水力失衡现象

建立热水采暖系统的目的是为了给居住者提供舒适的居住环境，然而，在现实中，许多采暖系统中采暖空间都普遍存在着冷热不均现象，由于冷热不均，最终也会带来供暖成本、设备和能源的巨大浪费。

冷热不均，归根结底是由于供暖系统中水力系统的不平衡所造成的。当用户阀门开度变化引起管道水流量改变时，其他用户的水流量也随之发生一些改变，偏离原先设计所要求的流量，从而导致的水力失调，这种现象叫做动态水力失调。动态水力失调是变化的、动态的，它是在系统运行过程中产生的，不是系统本身所固有的。可以通过在管道系统中增设动态水力平衡设备，例如，流量调节器或压差调节器等来解决这个问题，当其他用户的阀门开度发生变化时，由于动态水力平衡设备的屏蔽作用，使用户自身的水流量并不随之发生改变，此时，末端设备流量不会互相干扰，可以使供暖系统实现动态水力平衡。

定流量水力平衡系统也是采暖系统设计中比较常见的水力系统，在运行的过程中供暖系统各处的水流量基本保持恒定值。对于那些完全定流量系统，仅仅存在静态水力失调，不会产生动态水力失调的现象，因此，只需在特定的部位安装静态水力平衡设备就可实现水力平衡。

2.水力失调的原因分析

导致热水供暖系统水力失衡的原因是多方面的，首先，在系统设计上，用户系统各立支管环路或网路分支环路之间的阻力损失未能在设计流量分配下达到平衡状态，在供暖系统开始运行时并没有进行很好的初调节，而且在系统运行过程中，分支环路和热用户的流量也可能会发生变化，如果系统中任何一个散热设备或者热用户的流量发生变化，都会引起其他散热设备或者热用户的流量发生一些变化，另外，还有供暖系统的扩容改造等，这些情况都是难免的，它们都会导致供暖系统的流量重新分配，导致水力失衡的现象。

另外，由于受到系统管径规格的限制，完全地依靠系统设计来消除水力失衡是很不现实的，而且在实际运行中由于局部区域或者热用户的热负荷的发生变化，也会引起新的水力失衡现象，因此，在供暖系统运行过程中应该根据实际情况进行一些必要的调节。一般来说，在进行热水供暖系统水力平衡时，一般的做法是调整散热设备进出口阀门和管网阀门，但如果采用这种方法进行调节，不仅调节大，而且还很难达到比较好的水力平衡调节效果。

3.保持水力平衡的措施

首先，在进行供暖系统设计时，应该保证供暖系统处于静态平衡状态，实现系统静态水力平衡的基本判据是：当供暖系统所有动态水力平衡设备均设定到设计流量或压差，所有的末端设备的温度控制阀门都处于全开位置时，这时供暖系统是完全定流量的系统，各处流量均是恒定的，系统所有末端设备的流量均达到设计流量，可以通过在相应的部位安装静态水力平衡设备，使供暖系统达到静态水力平衡状态。

从上分析可以看出，实现系统静态水力平衡的目的是保证末端设备可以达到设计流量，就是末端设备所需的最大流量。从而避免了一般供暖系统中，一些设备还没有达到设计流量，而另一些设备已远高于设计流量的现象。因此它解决的是系统能力和系统静态平衡的问题，也就是保证系统可以均衡地输送足够的水量到各个末端设备。对于变流量系统，可以参照定流量系统的描述来选择静态水力平衡设备。

一般来说，换热站房有三种变流量动态水力平衡方式。

1）电动调节阀方式

电动调节阀方式可以分为电动三通合（分）流调节阀和电动二通阀方式三种，这里以电动二通阀方式为例：首先从分集水器上采集压力信号P1和P2输入压差变送器，压差变送器输出4-20mA的标准电流信号到DDC，通过和调节计上预先设定压差相比较，然后输出4-20mA的控制信号到电动调节阀以控制其动作，最后通过调节电动调节阀来改变旁通水量，从而保证分集水器压差△P为设计压差这一恒定值，此时，分集水器上任一分支回路流量的改变不会对其他回路产生影响，供暖系统可以实现动态水力平衡。

2）自力式压差调节器方式

当某一分支环路如流量变化时，可以在分集水器旁通管上设压差调节器调节分集水器压差，由于压差调节器的调节作用，可以使分集水器的压差保持恒定值。如此一来，其余分支环路的流量就不会随之发生改变，从而使供暖系统实现动态水力平衡。

3）调频水泵方式

也可以将从分集水器上采集压力信号P1和P2先输入到压差变送器，然后压差变送器输4～20m标准电流信号到DDC，和调节计设定的压差进行比较后输出4～20mA控制信号到调频器，最后通过调频器输出已调频的电压信号到水泵电机，来控制水泵转速改变水流量，从而保证预先设定的压差和分集水器的压差保持一致，从而使供暖系统实现动态水力平衡。

4.总结

目前，我国热水供暖系统中普遍存在着水力失衡的不良现象，通过以上的分析可以看出，在做热水采暖系统设计时应认真做好水力平衡计算，在热水采暖系统中合理地安装水力平衡阀以及采用正确的方法进行系统调节，可以有效地改善系统的水力特性，使系统接近或者达到水力平衡，从而既为供暖系统的正常运行提供了保证，同时还节省了客观的能源，使得供暖系统得以经济高效地运行。