HACNET软件在热网水力平衡调节中的应用

潘军刚，万　莉，郑明明

(中国石油大学(华东)后勤管理处，山东　青岛　266580)



HACNET软件在热网水力平衡调节中的应用

潘军刚，万莉，郑明明

(中国石油大学(华东)后勤管理处，山东青岛266580)

0引言

在集中供热系统中，管网的运行工况由于受多方面因素影响，存在前段用户压头大、末端用户压头小等情况，造成前端用户流量大而出现过热现象，末端用户流量小而出现偏冷现象。为了改善末端用户的采暖效果，通常的做法是提高供水温度或加大循环流量，从而造成了能源浪费，且随着供热半径和供热负荷的增大而愈加严重[1-4]。水力失调是供热系统中普遍存在的现象，如何解决供热管网的水力平衡和热力平衡问题，既改善供热质量又提高节能效果，是供热单位所面临的问题[5-6]。由于集中供热管网规模较大，控制相对就较为复杂[7]。要想消除这种水力失调需要进行相应的测试，然后通过进行调节来解决，从而提高供热质量、节约能源[8]。通常的调节方式是根据测试数据进行经验调节，调节过程比较复杂，调节结果不好保证。通过HACNET水力计算软件来模拟不同阀门开度条件下的管网水力平衡情况，可以科学、准确、方便的使管网达到水力平衡和热力平衡。

1供热系统概况

中国石油大学(华东)青岛校区1#换热站所辖建筑面积29.45万m2。换热站热源来自于市政高温热水。换热站内配备5台板式换热器及循环水泵，水泵与换热器均为并联运行。换热站内水泵没有配备变频器，通过改变水泵的运行台数和一级管网热量来实现分阶段变流量质调节，从而达到节能目的。

由于该换热站所辖建筑面积比较大，且近几年供暖负荷在不断调整，导致室内供暖温度冷热不均，管网热力不平衡，从而出现远端用户室内温度不达标、近端用户经常开窗散热等不合理现象。学校通过加大循环流量的办法来提高末端用户的供暖质量。循环水泵开启台数增加后，使供热系统出现 “大流量、小温差”现象，电耗大幅增加，远端用户室内温度虽有所改善，但还是低于18℃。

2水力平衡测试及问题分析

为了摸清供热管网存在的问题，对每栋建筑的热力入口管道进行了流量测试，与设计采暖循环流量进行了比较，以分析供热管网的实际水力工况，1#换热站部分建筑得到的管网流量测试数据如表1所示。

对上述数据进行分析得到：

(1)向南一条回路，供暖流量普遍偏高，这是由于照顾远端用户供暖效果而造成的“大流量、小温差”所致。对比数据可以发现，该回路存在一致不等比失调。由于该回路供暖阀门全部打开，前端供回水压差大，所以循环流量大，随着距离的增加，供回水压差减小，故而循环流量变小。

(2)向东一条回路，水力失调度有的大于1，有的小于1，存在不一致水力失调。处于前端的基础楼(A、B、C、D)的水力失调度都大于1.2。南堂处于管网中间，水力失调度为0.96。体育场看台处在最不利的末端，管径小，沿途损失大，因而水流量小，水力失调度为0.51。

表11#换热站部分建筑运行参数表

回路建筑名称采暖设计热指标/W·m-2管径/cm实测流量/m3·h-1设计流量/m3·h-1水力失调度南路1#公寓2876×3.525.5618.41.394#公寓29.4108×420.1114.31.418#公寓29.4108×418.6514.31.39#公寓29.4108×418.0814.31.26东路基础楼A39133×453.7942.81.26基础楼B35.1133×464.5829.322.2基础实C35.1133×449.4929.061.7基础楼D35.1133×451.9834.581.5讲堂群2689×4107.9469.931.54南堂30108×439.2140.940.96体育看台28.8108×44.639.130.51西路12#公寓35108×430.5139.010.7813#公寓35108×430.5139.010.7815#公寓35108×425.8839.010.6616#公寓35108×421.9239.090.56第二餐厅27133×425.0936.010.7

(3)向西一条回路，水力失调度均小于1，该回路存在一致不等比失调。该条回路建筑面积大，距离换热站远，由于供回水压差较小，所以供暖循环流量普遍偏小。

由此看出，1#换热站所辖片区近端建筑循环流量大、远端用户循环流量小，供热管网存在严重的水力失调现象。

为消除供热管网存在的水力失调现象，可将采暖系统前端建筑的热力入口的阀门的开度关小，稍稍增大采暖系统前端建筑的循环阻力，与采暖系统后端建筑的循环阻力达到一个相对的平衡，从而实现管网水力平衡，消除冷热不均现象，达到管网热力平衡的目的。

3供热管网水力模拟仿真

1#换热站二级供热管网敷设半径大，所带用户多，存在严重的水力失调，需要对供热管网进行适当调节。由于调节过程较为复杂，凭工作人员的经验进行调节误差较大，且费时费力。利用HACNET水力计算软件，可以对管网进行较为准确的仿真模拟，为管网水力调节提供帮助。

3.1　HACNET水力计算软件简介

供热空调输配系统水力计算软件(HACNET)是由清华大学建筑学院和清华同方股份有限公司经多年潜心开发推出的用于供热空调输配系统水力模拟及动态调节仿真的软件包，程序采用先进的VISUAL C++语言设计、WINDOWS环境下运行，全部采用图形化输入输出，用户界面友好，使用简洁方便，核心计算程序依据流体网络理论，可精确求解任意结构的水力网络，程序经过严格测试，计算准确、可靠。

3.2　建立管网模型

以流量变化处为节点，按照管段基本走向，绘制供热系统管网模型，1#换热站的管网模拟计算拓扑截图如图1所示。

图1　1#换热站管网模拟计算拓扑截图

3.3　参数输入

水力计算前，需输入相应的管路、节点、循环泵、阀门等数据参数。

3.4　模型调整

管网模型建成后，需对该模型进行调整，调整过程首先需要对管网进行实际调研，测试各用户的循环流量和压降。将调研得到的各用户循环流量和压降输入到管网模型中，之后进行第一次模拟计算。输入的流量称为设计流量，软件计算出的流量称为实际流量。此时实际流量与设计流量的比值称为水力失调度，当水力失调度为0.9~1.1时，表示该模型是对实际运行管网的模拟比较准确，当流量比不在此范围内时需要对模型进行调整，调整的方法有调节换热站进入支管上的阀门或者更改局部阻力系数，最后使得水力失调度控制在0.9~1.1之间。管网模型调整完成后，方可运用此模型对管网的各种水力工况进行计算。模拟计算后，在模拟分析中有“用户流量表”(如图2所示)、“剩余压头最小用户”、“循环泵工况”等三个结果分析，“用户流量表”可判断用户是否存在水力失调度，“剩余压头最小用户”可以找出管网中的剩余压头最小位置，“循环泵工况”可为循环水泵的选型提供参考数据。

图2　1#换热站管网模拟计算结果截图

3.5　水力模拟结果分析

供暖系统运行稳定后，为消除供热管网水力失衡现象，在测试数据的基础上，通过几次调节热力入口的阀门开度来控制流量，并对调试结果进行模拟，使HACNET水力模拟计算后的水力平衡度符合规范要求，说明管网的实际流量比较正常，水力失调现象基本消除。在供暖末期，由于对供热管网进行节能调节(减少循环泵的开启台数)，又对管网进行了一次水力模拟计算。调试前、调试后(中期)和调试(后期)的水力失调对比如图3所示。从图3可以看出，调节后供暖管网中的水力失调度基本在0.9~1.2之间，符合规范要求。对温度测试和现场走访发现，近端热、远端冷现象基本消除，供暖效果得到了很好的改善，说明管网水力失调现象基本解决，且循环泵的开启台数由原来的5台减为4台，电耗减少，起到了较好的节能作用。

图3　调试前后水力失调度对比

4节能效益分析

根据1#换热站2011-2015年4个供暖季的实际能耗数据统计，绘制成能耗对比统计图，如图4所示。从图中可以看出，供热管网水力平衡调试前即2011-2014年之间三个供暖季能耗平均值为76 036 GJ，而调试后的2014-2015年供暖季能耗为64 095 GJ，仅为调试前的83.3%，比前三个供暖季能耗平均值下降15.7%，减少碳排放407.2 t。

图4　2011-2015年1#换热站能耗统计柱状图

当地市政热力单价为82.66元/GJ，则节约热量能耗支出：(76036-64095)GJ×82.66元/GJ=98.7万元；减少1台循环泵，水泵功率为75 kW，采暖期按120天计算，当地电价0.55元/kW·h，节约电费：75 kW×120 d×24 h×0.55元/kW=11.88万元；合计减少供暖支出：98.7+11.88=111.58万元。

上述分析和计算说明，在不考虑室外天气因素的情况下，水力平衡调试后的节能效果非常显著。

5结语

集中供热管网中普通存在的水力失调现象，会导致采暖建筑冷热不均，影响供暖效果且浪费能耗。通过对中国石油大学(华东)青岛校区1#换热站供暖管网进行测试，发现存在水力失调现象。借助HACNET水力计算软件，建立了模型，得到了供暖管网的流量比和剩余压头最小用户等参数，为阀门调节提供了指导，使管网的水力平衡满足相关要求，从而消除热力不平衡问题。对水力平衡调试前后的能耗对比发现，管网水力平衡调节后比调节前的能耗平均下降了15.7%，节约供暖运行经费111.58万元，减少碳排放407.2 t，经济效益和环境效益非常显著。

参考文献

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[4]刘兰斌，邹艾娟，刘亚萌，马丽霞.小区集中供热系统水力平衡调节节能潜力分析[J].建筑科学，2014.30(6):77-82.

[5]孙巍.供热管网的建模分析及水力平衡调节[D].北京:北京化工大学,2008.

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[8]马仲元,马宏雷.供热管网水力平衡调节新方法及设备[J].制冷与空调，2014(4):36-37.

摘要：为解决供暖系统管网存在的水力失调问题,消除热力不均现象，改善供暖效果，减少供暖能耗。借助HACNET水力计算软件，建立了模型，得到了供暖管网的流量比和剩余压头最小用户等参数，为阀门调节提供了指导，进一步使管网的水力平衡达到规范要求，从而消除热力不均现象。经过对4个供暖季的能耗数据进行对比分析，发现管网水力平衡调节后比调节前的能耗平均下降了15.7%，减少碳排放407.2 t，经济效益和环境效益非常显著。

关键词：供热管网；水力平衡；HACNET软件；模拟；调节；节能

Application of Hydraulic Balance Adjustment based on HACNET Software in the Heating Pipe NetworkPAN Jun-gang，WAN Li，ZHENG Ming-ming

(Department of Logistics，China University of Petroleum，Qingdao 266580,China)

Abstract：In order to solve the problem of hydraulic imbalance in heating network, eliminate the heat imbalance, improve the heating effect and reduce the heating energy consumption. With the help of HACNET calculation software, the heating pipe network model is established and some parameters are entered, such as the flow ratio and minimum residual pressure head users, which can provide guidance for the valve adjustment and then further meet the specification of hydraulic balance of pipe network, so as to eliminate the phenomenon of uneven heating. Four season heating energy consumption data shows that the energy consumption fell by 15.7% on average, reduce 407.2 tons of carbon emissions, economic benefit and environmental benefit are very significant.

Key words：heating pipe network; hydraulic balance; HACNET calculation software; simulation; adjustment; energy saving

作者简介：潘军刚(1979~)，男，硕士，工程师,研究方向建筑节能技术等。

收稿日期2015-04-18修订稿日期2015-06-01

中图分类号：TU832,TU833+.12

文献标识码：A

文章编号：1002-6339 (2015) 06-0550-04