浅析集中供热庭院管网平衡调节

李保健

(太原市热力集团有限责任公司，山西 太原 030000)

集中供暖是我国冬季城市供热的主要形式，通过遍布城市的供热管道将大型燃煤、燃气锅炉或者热电联产的热源，输送至热用户周边的换热站，在热力站内进行一二次热网换热，最终通过庭院网将热量送入热用户家中。庭院网在集中供热系统中也叫二次网，是整个供热系统的最末端，是直接面向热用户的。庭院网的冷暖可以基本反映出热用户家中的冷暖。

现今国内绝大多数供热企业都将热源、热网及热力站都进行了自动化控制及全网平衡改造，可以基本解决同一热网内由于热力站距离热源的远近造成的供热温度近高远低的问题，实现同一热网中各热力站的热源温度平均分配。然而，庭院管网由于种种原因，造成供热温度不平衡，发生同一小区不同楼的供热效果相差很大，甚至同一单元的不同住户家中温度相差甚远的情况。本文将对庭院管网分类、不热原因及处理方法进行详细探讨。

1 庭院管网及其分类

1.1 庭院管网概念

庭院管网又叫二次管网，一般指从小区与一次网接口处开始到各个楼房建筑间输送热水的管道，或者主街、路（市街）管网分支到小区内的管网，或者指各用热单位内部各个单体建筑物之间的管道。

1.2 庭院管网分类

目前，国内庭院网分类方式大多依据管网敷设方式、管网供热方式（如并联串联）进行划分。根据实际工作经验，同时依据2007年太原市印发的《太原市民用建筑节能管理办法》，本次将庭院网按照是热用户否为节能建筑进行划分为两类：一是未进行节能设计建造（改造）的老旧庭院管网，二是新型节能建筑庭院管网。

2 庭院管网运行现状

本文所研究的供热系统位于山西省，集中供暖时长为5个月。从2016年建成37.8 km的太古长输管网开始，太原市热力集团有限责任公司逐步对热网输送能力及平衡能力进行突破性进展，截至目前，总供热面积达1.7亿m以上，覆盖全市333余万人。同时，热网已逐步形成了多热源、大落差、长距离的大型环状管网，主要依靠13个热源实施供热，占全市城区供热面积的72%。而且，经过5年的运行，一次管网以分公司为区域，均通过电动调节阀，实现远程监控，自动平衡。

然而，在通过各种技术手段不断扩大供热面积的同时，在实际供热运行中，庭院管网经常出现水力失衡问题，尤其是供热初期还是能接到许多的用户投诉。这其中除去少部分是由于热力站设备故障原因造成的不热情况，绝大多数都是由于用户的庭院管网调节不平衡或者用户庭院网堵塞造成的不热问题，其主要表现为，同一热力站作业负荷范围内，某一座楼不热或者同一座楼内某一单元不热，甚至整座小区都热只有某座楼的某一层或者一侧不热，而解决上述问题的关键就在于对庭院网的供热平衡进行调节。

3 庭院管网水力失调原因

根据大量调研和多年工作实践发现，当前许多供热系统在实际运行中供回水温差为8～15℃，约为设计的50%，实际运行平方米流量5kg，约为设计的2倍，经常出现供热系统热源近端用户热，远端用户冷的现象。究其原因，主要因为设计、建设、运营等因素所致。如，设计根据理论计算，而实际管材的数值与标准是有差别的；建设期同样会出现建设的实际条件与设计有偏差，而又未根据实际建设施工情况进行调试或调试效果差；运营期热用户室内随意增减散热器或开关阀门，供热管网新接入热用户或停运部分热用户，随意调整网路分支阀门或用户入口阀门等，这些情况皆会在一定程度上导致水力失衡。

3.1 未进行节能设计建造(改造)的老旧庭院管网水力失调原因

2007年以前，太原市建筑绝大多数没有按照节能建筑要求设计建造，这些建筑特点为楼体外部没有进行保温处理，楼内供热管网绝大多数都是串联式敷设，且缺少必要的供热管网设计规划。

3.2 新型节能建筑庭院管网水力失调原因

2007年后，根据相关文件要求，太原市新建建筑都是按照节能建筑要求设计施工。其建筑楼体外部都装有保温隔热板，楼内供热管道并联敷设，同时每座楼供热管网入口处、住房居民用户每个单元、每户都有单独关断阀或调节阀和热计量表。

4 庭院管网平衡调节措施

4.1 庭院管网平衡调节原则

与城市集中供热的一次侧管网热量平衡调节类似，二次侧庭院网的调节也是一个系统工程。在庭院网的调节中，首先要明确庭院网内管线分支负荷情况，热用户楼体结构与保温性能等热用户信息。在供热初期首先要根据室外温度，结合热用户建筑形式、散热器种类进行目标回水温度设置。一般新建小区由于楼体保温性能好且采用地暖散热，所以目标温度要略低于老旧保温性能差的小区。其次，在热力站二次网回水温度达到设定目标后进行分支细化调节。一般参照管线长度及供热面积来调节流量：管线长度长的分支流量大，短的分支流量小；供热面积大的分支流量大，小的分支流量小；同时结合分支回水温度进行调节。

同时，根据经验，在实际供热中，即使热力站所有运行参数已经完全达到标准，但由于用户单元阀门未开、用户管网顶端积气等原因，还是有供热不良的情况发生。这是就需要结合用户实际使用情况，尤其是用户反馈甚至是投诉进行更细化的调节。

在接到用户不热反馈时，应首先了解不热范围的大小，是一户不热还是某一单元或一座楼供热整体不良，同时结合热力站内相关运行参数来进行调节。此外，应该根据庭院网的新旧程度采取不同的方法进行调节处理。

4.2 未进行节能设计建造(改造)的老旧庭院管网平衡调节

2007年前的老旧管网，如前文所述2007年前的老旧管网，在实际运行中大多存在管网敷设路径不清、管网分支粗狂，同时管网老化严重的情况，用户楼体保温性能差，大多为串联式管道布局。针对这种老旧庭院管网的调节一直都是行业内的难点，尤其是在考虑到能效成本的情况下。因此，在为这类热用户提供供热服务前，应先同用户产权单位进行协调，在供热前先提高管网质量，同时在热力站内多设计分支出口。如，我公司有一座新建热力站所带五万平米负荷，均为老旧小区，同时分为6家产权单位，故该热力站设计时就针对每个产权单位设计一个分支出口，方便调节与管理等。同时，在庭院网平衡调节时，应充分考虑老旧管网的承压能力和管网热胀冷缩的承受力，在满足供热符合要求的前提下将庭院管网压力与温度值适当调低，尤其是在运行刚开始时管网升温一定要慢。而且，调节也应尽量遵循“近小远大、低小高大”进行调节，并考虑到串联式管网布局的庭院网散热特性，尤其应当重视通过加大循环泵流量来提高换热量的升温方式。

4.3 新型节能建筑庭院管网平衡调节

2007年后的新建用户，如前文所述2007年后的新建用户在设计时对热用户楼内管线都做了分支细化，所以在调节这类庭院管网时，首先应摸清庭院网分支情况，在压力、温度、二次网循环泵满足热力站负荷要求的设定值的前提下，可依据各分支回水温度判断庭院网平衡情况，通过调整庭院网分支阀门开度进行调节。具体的，应总体按照“近小远大、低小高大”的原则对阀门开度进行调整，使得远端分支回水温度与近端分支回水温度平衡，负荷面积大的分支回水温度与负荷面积小的回水温度平衡。

二网平衡调节阀调节对应每个用户的用热流量由每个用户阀门的开度大小决定，无需安装单元调节阀或者管网分支调节阀。相比单元阀回水温度调节，户用二网平衡调节阀系统方案有明显的优势。二者对比情况如表1所示。

表1 户用二网平衡调节阀与单元阀调节阀对比

通过用户二网平衡调节阀调节，直接做到最末端的精细化流量分配，既可以解决水平失调，还可以解决垂直失调。本公司某热力站至用户楼栋内分户装置及用户室内采暖系统节能改造二网系统架构如图1所示，硬件系统及通讯示意图如图2所示。

4.4 庭院网的升级改造

在过去很长一段时间，由于种种原因的限制，我国供热行业一直面临着一次网年年扩网改造，庭院网却很少升级改造的困境。如，太原市热力集团有限责任公司很多接入供热服务的老旧庭院网甚至超过三十年，这些管网长期得不到升级养护， “跑冒滴漏”是常见现象，在运行中出现管道破裂时哪坏修哪也是司空见惯。近几年，随着政府推行老旧小区的“穿衣戴帽”工程以及“一户一表”工程，逐渐开始对这些老旧小区进行庭院网的改造。虽然庭院网的产权属于热用户，但是供热企业为了今后的服务质量，应该在用户庭院网改造中发挥积极地作用提出合理的意见。如，合理细化分支加装阀门，在管网高点加装排气装置，在管网关键位置修建管道井等。

图1 二网系统架构

图2 二网硬件系统及通讯示意图

5 庭院管网动态水力调节的必要性

集中供热系统是我国北方城市建筑用能大户，占总能耗的40～60%。目前，二次管网中，输配系统节能优化调节大多采用量调节方法，建筑室内温度一般采用单回路控制，然而供热管网各支路间具有水力耦合特性，此种控制易导致系统发生震荡，造成管网水力失衡、室内供热温度与需求温度偏差较大，同时会引起运行能耗增加。

动态水力平衡是二次管网实现节能优化控制的前提和难点，也是减小我国集中供热系统单位建筑面积能耗相比发达国家高3倍的重要途径。在二次管网已完成静态水力平衡初调节的前提下，以输配系统运行能耗最小为目标，利用电网图论建立二次管网复杂多元非线性水力工况模型等，建立基于遗传算法的二次网输配系统的节能优化调节模型，以实现基于动态水力平衡的二次管网输配系统节能优化调节，是非常有必要进行下一步研究和实践的。

6 结语

集中供热企业是民生企业。随着人们生活质量的提高，对冬季供热质量的要求也越来越高。庭院网是整个集中供热的最末端，也是最贴近用户的一端，庭院网的调节关乎供热服务质量的优劣。因此，在调节时一定要精准分类，系统化、精细化的调节，如可以根据热用户是否为节能保温建筑进行分类，对热用户建筑供热耗能分别预判，以此为依据对庭院网温度进行控制，同时在没有庭院网供热管道敷设详图等信息时，还可根据是否为节能保温建筑对供热管网的老旧程度进行估判，方便运行期间的精细化调节，从而可以让用户、企业、政府都满意放心。