供热系统二次网平衡调节方法探究

王跃飞

(太原市热力集团有限责任公司第五供热分公司，山西 太原 030000)

0 引言

伴随着集中供热事业的快速发展，用户对于供热服务的要求也越来越高。如何打通用户服务的最后一公里成为目前供热行业的探讨焦点，而做好二次网、楼栋单元、各户之间的平衡调整，实现户间平衡、降低投诉，在不增加能耗的情况下提升供热能力成为有效的手段。本文针对不同的二次网形式，提出了部分实用的二次网平衡调节方法，并通过调节实例证实了方法的有效[1]。

1 二次网现状及存在问题

1.1 太原市东山地区二次网现状

目前，太原市东山地区某热力公司共有热力站261座，供热面积约1 788.27万m2，涉及450个用户单位，服务用户18.3万户。该区域内二次网可以按照二次网和楼栋(单元)立管的形式进行分类，按照楼栋(单元)立管的形式，主要分为四类，分别为：

类型一：“三供一业”供热分离移交维修改造后的系统。

类型二：采用分户热计量供热系统，有户表和楼栋表计。

类型三：垂直双立管分户供热系统，但未实现热计量。

类型四：同程式或异程式的上供下回串联老旧的供热系统。

1.2 太原市东山地区二次网调节过程中存在的问题

由于用户二次网供热系统建设时间、技术要求和设计方式的不同，实际运行情况较为复杂。目前，由于二次网老旧堵塞及阀门调节等原因，二次网流量分配与所需流量不符，二次网水力失调现象普遍存在，通常会出现距离热源(热力站)近的热用户室温较高，远端热用户室温不足。这种情况下，有些热力站运行人员为了保证远端住户的供热效果，盲目提高热力站循环泵的运行频率或增大一次管网供热量。这种运行方式，远端住户的供热效果可能改善不大，近端住户室内过热，同时会造成一次网热耗及热力站水耗、电耗的增加。

因此，通过对二次网、楼栋和单元、户内的平衡调节，既能改善用户体验、实现户间平衡、降低投诉，也是提高效率，提升整体供热能力的有效手段，同时可以达到节能降耗的效果。

2 “三供一业”供热分离移交维修改造后的二次网平衡调节

2.1 “三供一业”改造小区现状

该热力公司“三供一业”供热改造2019年全面开工，截至目前，完成改造面积233.75万m2，涉及64个小区，用户2.84万户。改造内容涉及二次网，单元立管和户内系统，改造后单元公共楼梯间均为异程式垂直双管系统，平衡调节设备主要有单元水力平衡阀(安装在回水管道，可测温度)、户用调节阀(安装在供水管道，不可测温度)，根据用户数量按照建筑空间位置“左中右，上中下”安装有20%室温采集面板，同时建设有二次网自控平衡调节系统，可远程操作水力平衡阀及户用调节阀。

2.2 “三供一业”供热改造小区平衡调节方法

“三供一业”供热改造小区平衡调节方法适用于类型一的二次网形式。

“三供一业”供热改造小区平衡调节主要依靠二次网平衡系统，采用单元回水温度一致调节法进行调整，平衡系统调节单元水力平衡阀控制每个单元立管回水温度一致，户阀调节采用预设比例法，从底层到顶层阀门开度依次增大，同时参考入户测试室温数据，个别调整户阀开度。以6层建筑为例，户阀开度预设按照由高层到底层分别不同。根据经验，1层～2层户阀开度在20%～35%左右，3层～4层户阀开度在40%～50%左右，5层～6层户阀开度一般在80%～100%。

经过平衡系统调节单元水力平衡阀可以消除二次网水平失衡，单元垂直平衡根据室温反馈按照预设开度的方式进行调控，目前辅助人工室温检测进行精细化调整实现户间平衡。未来逐渐补充室温数据后，考虑户阀已经关到最小状态，并将室温数据和阀门控制建立算法，可以利用间歇通断法等实现精细化室温控制，使各个室温之间趋于一致[2]。

“三供一业”供热改造小区主要节能空间在于中间户仍然有很多过热现象，并且缺乏室温数据指导调节，尤其是中间层用户，以便更好地确定用户阀门开度，避免能源浪费。

3 分户热计量小区二次网平衡调节

3.1 分户热计量小区现状

该热力公司已进行热计量的单位或小区共7个，其中4个为公建，3个为住宅。住宅供热面积13.58万m2，共计1 763户，已全部上线。除此之外，已与热力公司签署热计量合同或协议共38个单位或小区，其中4个为公建，34个为住宅，住宅供热面积411.24万m2。目前，该热力公司分户热计量用户热网系统仅安装热计量表，并未安装户控阀，无法按户进行调节。已签热计量协议的小区共安装33 212块锁闭阀，其中有23个小区安装的是具有调节功能的锁闭阀(共计13 488块)，其余小区安装的锁闭阀不具备调节功能，无法按户进行调节。所有用户系统均安装手动楼栋和单元阀门，可以手动调节，使各单元水平平衡。

3.2 分户热计量小区平衡调节方法

分户热计量小区平衡调节方法适用于类型二的二次网形式。

根据小区内各单元用户实际流量进行二次网平衡调整，解决小区内二次网的水平失调，按需调整各单元流量，使各个单元回水温度趋于一致。在各单元流量匹配的情况下，用户可根据自身用热需求，通过温控阀合理调整室内温度，真正实现热用户计量供热，使热计量供热得以顺利进行并推广，降低整个热网能耗。同时，建议该热力公司可以逐步完善楼栋自动平衡阀，与三供一业平台进行整合。整合室温数据，实现精细化平衡。

对于安装可调节锁闭阀的小区，可以进一步调整入户阀门，调节原理根据比例调节法，具体调节步骤如下：

1)根据热力站面积或分区面积进行计算该站或分区所需流量，调节该站或分区的循环泵出力，使其满足所需流量。

2)通过观察热计量系统中各单元流量，选定最不利回路，对于小于计算流量的单元，通过关闭流量超标单元的阀门，使各单元流量基本满足其所需流量，最终各单元回水温度趋于一致。

3)对于装有可调节户阀的分户计量用户，可以通过调节系统对户阀进行调节，从底层到顶层阀门开度依次增大。

4)对于个别住户或整栋楼供热效果较差，且多次调节无效果的，需协调产权单位对入户或楼栋的滤网进行清理。

对于无法按户调节的小区，该热力公司计划在今后逐步要求相关产权单位或物业公司对其进行改造，加装户控调节阀，通过调节阀合理调整室内温度，真正实现其用户计量供热的目的。对于已签署热计量协议的用户单位，该热力公司计划将与未安装可调节锁闭阀的小区的产权单位进行协调沟通，建议其更换为可调节锁闭阀。

4 垂直双立管分户二次网平衡调节

4.1 垂直双立管分户小区现状

该热力公司垂直立管分户的小区共141个，供热面积833.86万m2，用户7.09万户。有分户阀门且可调节的小区共66个小区，供热面积320.67万m2，有分户阀门但不可调节的小区共75个小区，供热面积513.20万m2。所有用户系统均安装手动楼栋和单元控制阀，可以通过手动调节单元的水平平衡。

4.2 垂直双立管分户小区平衡调节方法

垂直双立管分户小区平衡调节方法适用于类型三的二次网形式。

目前该热力公司既有垂直双立管已分户供暖系统阀门分散，空间位置和阀门状况差异较大，竖向水力失调问题较多。这种系统调整需要通过测试回水温度，按照回水温度一致原则调整户阀来实现垂直平衡失调问题。同时，这类小区的二次网平衡调节同样可参照第3部分。

另外，建议未安装分户阀门的小区在保持原有双管结构的基础上加装：1)分户调节阀，室温采集装置，根据用户室温反馈，精细化调节单元平衡阀。2)远程单元自动调节平衡阀，通过测量单元回水温度，控制单元平衡阀开度。3)自控设施，耦合智能控制技术，根据负荷变化要求实现远程实时调节[3]。

5 上供下回串联老旧的二次网平衡调节

5.1 上供下回串联老旧的二次网现状

上供下回串联供热方式多见于老旧小区，一般最高为6层楼。系统形式如图1所示。

目前，该热力公司管辖范围内涉及上供下回系统的小区共316个，面积约585.63万m2，用户4.76万户。这种供热方式无法通过有效的手段进行垂直方向调节，导致经常出现的问题是上层用户家里暖气较热，下层用户家里暖气温度较低。此外，许多采用上供下回的小区因年代久远，二次管网阀门老化，许多楼栋、单元阀门无法调节，不能按需调整各单元流量，导致小区内二次网水平失调。

5.2 上供下回串联老旧的小区平衡调节方法

此方法适用于类型四的二次网形式。

首先，需要在单元的回水口加装调节阀，通过测量每个单元的回水温度，调节回水调节阀，确保每个单元调节平衡，最终使得所有单元的回水管温度基本一致，此时可以认为每个单元已经调节平衡。

对于垂直方向每一户的调节，由于从楼顶到一楼整是采用的单管串联方式，单独调节某一层的单管流量势必会影响下面楼层的供热效果，目前比较有效的方式是加装跨越三通管进行调节，具体实施如图2所示。

跨越式三通管一般加装在顶层以及次顶层位置，通过调节三通阀向下的旁通开度，将整个管道内的一部分流量不经过顶层散热器直接流向下层，这样顶层的暖气片热水流量可以根据用户需求进行调节，改变流经暖气片和流经跨越管的流量比例来调节耗热量，而底层的住户由于流量增加室温也会升高，这样可以通过不断调节跨越三通阀的开度，使得整个垂直方向每一户的室温基本平衡[4]。

6 二次网平衡调节实例

6.1 热力站及小区基本情况

该小区属于上述第4部分介绍的垂直双立管分户小区，小区供热系统设有分户调节阀及热量表(但不采用热计量收费)，每栋楼设有流量计及平衡调节阀(但每个单元不设置平衡调节阀)，未设置二次网自控设施。

该热力站设计供热面积9.04万m2，热负荷为3 692 kW，共设2个分区。其中地暖低区设计供热面积4.79万m2，供热范围为小区1号～5号住宅楼低区；地暖高区设计供热面积4.25万m2，供热范围为小区1号～4号住宅楼高区。热力站低区、高区的循环泵型号均为：SLS150-315A，Q=200 t/h,H=32 m,P=30 kW，一用一备。

该小区二次网平面简图如图3所示。

6.2 该小区供热初期的情况及存在问题

6.2.1 该小区供热情况

该小区于2021年建成，2021—2022采暖季开始供热。以小区地暖高区供热运行情况为例，供热运行初期，热力站地暖高区循环泵运行频率为24 Hz，热力站二次网供回水温度为38.5 ℃/33 ℃，使用流量计测得二次网出口流量86 t/h。

供热初期，小区地暖高区住户反映的不热问题主要集中在以下几方面：1)2号楼3单元供回水管道没有温度；2)4号楼整体室温比1号楼整体室温低2 ℃；3)2号楼住户的室温普遍低于其他楼栋。

6.2.2 该小区供热存在问题分析

地暖高区各单元供热开始时原始流量的测定结果见表1。

表1 地暖高区各楼栋原始流量表

根据热力站二次网出口流量和地暖高区面积，可计算得知地暖高区每万平方米折算流量为21 t/h～22 t/h。对表1分析可知：1)2号楼3单元流量明显低于其他楼栋，可能存在阀门未开或管网堵塞；2)整个地暖高区二次网存在水力失调，二次网平衡调节未到位。4号楼可能阀门开度偏小，1号楼阀门关闭不够[5]。

针对原始流量测量结果暴露出的问题，首先，工作人员对2号楼3单元地暖高区的过滤器进行反冲洗，反冲洗结果显示，有一异物堵塞管道；其次，工作人员对每栋楼及每个单元的阀门开度重新调整至100%，为接下来的二次网精细化调节做好准备。

6.3 该小区二次网精细化调节方案及结果

仍以该小区地暖高区供热系统为例，在排除管道堵塞等外在因素影响后，在各楼及各单元阀门开度100%的情况下，对各单元流量进行重新测定，结果见表2。另外，重新测定热力站地暖高区二次网出口流量为93 t/h，每万平方米折算流量为23 t/h，见表2。

表2 排除堵塞因素地暖高区各楼栋流量表

6.3.1 该小区二次网调节方案

仍以该小区地暖高区供热系统为例，调节方法采用比例调节法，根据表2的数据，转换成柱状图，可更直观表现出地暖高区二次网水力失调情况，如图4所示。

1)根据比例调节法的要求，从图标中可以得知，2号楼3单元为该供热系统的最不利环路，将该单元的流量面积比作为调节基准，调节过程中，不操作该单元的阀门。

2)根据图3所示的地暖高区二次网简图，由远及近调节2号楼的其他单元、3号楼各单元、4号楼各单元、1号楼各单元。

3)调节过程中，随时对比调节单元的面积流量比及最不利环路(2号楼3单元)的面积流量比，当两者的面积流量比相同时，则该单元调节完成。

6.3.2 二次网平衡调节后的结果

地暖高区经过二次网平衡调节后，热力站二次网地暖高区供回水温度变为了39 ℃/31 ℃，地暖高区二次网流量测定为92 t/h，地暖高区各单元调节后每万平方米折算流量为22 t/h～23 t/h。调节后的结果见表3，图5。

表3 调节后地暖高区各单元流量表

通过对比调节前后的图表，可明显看出，调节后的地暖高区各单元的每万平方米折算流量趋于某一定值，表明该供热系统各单元间的阻力系数趋于一致，二次网达到了平衡，该小区地暖高区供热效果得到提升。在今后的供热运行中，只需统一调整一次网供热量或二次网循环泵的参数，各单元间的供热效果基本可达到同步的提升或下降。

7 结语

本文介绍的集中二次管网类型，对应的各种二次网平衡调节方案在具有较强的操作实用性，其中，比例调节法适用较为广泛，但操作步骤较复杂、调节时间较长；回水温度调节法操作简单，但同样时间较长。此外，在实际运行过程，在热网冷态试运行时，对供热系统的水平方向和垂直方向由近及远进行阀门开度预设，可以减少供热运行后二次网精细化调节的时间。

总而言之，二次网精细化调节是一项细致且复杂的工作，在实施前，一定要保证管网没有受到堵塞等外在因素的限制，在实施过程中，根据二次网的实际情况，选择合适的方法进行调节。通过二次网平衡调节，可以有效地提升住户的体感，并降低投诉率，同时达到节能降耗的作用。