供热系统中供热不平衡调节控制问题分析与探讨

江萍

摘 要：分布式供热系统应用越来越普遍，由于变频技术和混水技术同时应用，供热系统中冷热不均的不平衡现象会因为调节控制策略不统一而更加严重。

关键词：供热系统；热用户；冷热不均；控制策略

1 概述

很多供热公司的供热系统都采用了分布式供热系统。在分布式供热系统中，将供热系统中热媒热水的驱动力由不同层次的循环泵承担，共同完成输送热媒传输热量的任务。分布式二级混水泵系统在热源处设置热源循环泵，提供热源内部驱动热媒的循环动力。在热用户处设置混水泵，提供热用户内的资用压力，驱动热媒的循环，实现混水功能。

通过混水技术和变频调速技术，每个热用户可以按需要从热网中取用热能，而热网可以实现大温差、小流量的经济运行供热模式。这样一来，不但能提高热网资源利用效果，降低输送能耗，还能满足不同用户的舒适性要求。但是分布式混水系统的调节控制比较复杂，热网越大，热负荷调节的滞后性影响越明显。如果不解决好供热系统的热源、首站、分站之间的运行调节策略，各分站之间或热用户之间将会出现供热不平衡问题，冷热不均问题严重。本文就某热网在实际供热中，分析建立热用户冷热不均问题的理论模型，探讨现有问题产生的一些原因，为进一步研究分布式混水系统的调节控制工作奠定基础。

2 供热系统基本供热能力分析

某热力公司分布式热网供热系统示意如图1所示。热网主要由锅炉房、首站、热用户混水供热分站等部分组成。采用枝状管网分布式二级混水泵系统供热，热用户大多数为厂房和办公楼散热器采暖用热，热用户与锅炉方之间的地势比较平坦。首站为水-水换热站变频泵循环供热，分站采用混水供热机组供热。

锅炉房设计安装了一台70MW的高温热水锅炉，额定出水温度为130℃，额定进水温度为70℃。锅炉在额定工况运行时，使用2台的循环热水泵变频运行，为热源部分的热水热媒提供循环动力。 一般工业厂房建筑热用户的建筑面积热指标取140W/m2，如果这台锅炉在额定工况下运行时，可以为50万m2的工业厂房建筑热用户提供热量。现有供热面积约为24万m2，锅炉在供暖期间内采用间歇式供热，间歇供热时段为05：00～7：30，10：00～11：30，13：00～16：00，20：30～23：30。

首站是热网的第一个换热站，采用一台固定管板换热器，设计温度管程为100℃。二次网采用两台（一用一备）变频热水循环泵为供热管网提供循环动力。循环泵的功率为250kW，流量为1500m3/h，转速为1485r/min。在图1中，首站与热用户之间共设有3条供热外网干线，按经济流速2.7 m/s考虑，其输送热量能力约为160MW和供热外网干线与热源。

首站与热用户之间的二次热网络若按110/70℃的供热曲线运行供热，三条主干线传输热量的额定能力完全可以满足系统供热能力的需求。

3 分站冷热不均现象分析

在本文的供热系统中，所有的分站均采用混水泵变频系统调节供热。但在实际运行中，有的分站采用变频运行，有的分站采用定频运行。根据热用户反映，厂房冷热不均问题严重。

根据供热理论，供热量Q1和用热量Q2计算式为

Q1=G×cp×△t/3600（1）

Q2= q·A（2）

式中，Q1——供热量（kW）；

G——热水的循环流量（kg/h）；

cp——水的比热容（kJ/ kg·℃）；

△t——供回水温差（℃）；

Q2——采暖用热量（kW）；

q——采暖用热指标（W/m2）。

本文中的采暖用热指标是根据首站的供热量和供热面积，考虑线路损耗实时换算得出，取46.6 W/m2。

根据供热与用热平衡理论，首站供出的总热量由各分站取用后分配给1～7号热用户，并由此确定出各个热用户的用热量。根据现场多次采集数据，通过建立理论模型分析各分站供热情况如表1所示。

由現场采集分站运行时的流量、供回水温度等参数，经测算出供热量，并与用热量比较，热用户冷热不均现象严重，与实际情况基本吻合。

4 探讨供热系统现有问题产生的原因

首站的供热量是根据室外气温变化，按110/70℃供热曲线运行间歇供热。针对7个热用户冷热不均问题，通过实际走访调研，探讨分析供热系统现有问题产生的原因，可能存在以下几个方面。

①各个供热分站的控制策略不明确。通过采集供回水温差参数显示，各分站供回水温差过小，在1. 4～6.6℃之间，各分站取用热能的效果并不理想。现有分站与热用户之间的二次热网的调节控制中，出现的调节流量和调节温度同时存在的现象，这无疑增加了调节控制难度，造成个分站的质调目标无法有效实现。

②若首站和分站之间的热网温差过小，并得不到有效控制，管网的供热能力将会受到严重限制，系统投资及资源将会浪费严重。

③供热分站混水机组为典型的一次侧量调转换为二次侧质调的供热系统。但目前分站混水机组前加装流量平衡阀并参与调控，与一次侧需要量调控的原理相抵触，将会严重干扰混水供热调空机组的运行及控制。

在供热系统中，热源、首站、分站和用户之间的调控策略不协调，系统资源的能力将无法有效发挥，会造成资源利用不合理，供热不协调，系统资源浪费严重等问题，对目前供热和未来的发展及扩容等方面都会产生不利的影响。供热分站缺少完整的协调的供热优化控制平台和模型，导致供热资源浪费，供热目标无法实现。

5 结论

由于供热系统中的控制策略不统一，致使供热系统出现大量难以解决的调节控制问题，造成系统资源大量浪费，分布式混水泵系统变频调速运行的功能得不到有效发挥，供热不均和供热指标难以达到等现象的出现将难以避免。

现有供热系统的控制模型、测控手段和调控控制平台不够协调统一，是造成供热外网资源利用不佳、调控不协调、供热均衡性差、供热目标无法实现等问题的主要原因。

参考文献：

[1]安大伟.暖通空调系统自动化[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]孙刚，等.供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.分布式冷热输配系统用户装置设计与安装[M].北京：中国建筑标准设计研究院，2013.