暖通供热管网运行调节方法探究

梁欣

（太原市热力集团有限责任公司，山西太原 030001）

0 引言

现阶段，城市化建设的速度逐步加快，人们的生活品质也显著提升，对于供热质量也有了全新的要求[1]。目前来看，城市供热效果与居民的供热质量要求还存在一定的差距，这主要是由于集中供暖过程中存在一定的弊端，主要表现在热力失调和水力失调等方面，此类问题的产生必定会影响供暖效果，致使出现室温高低不等的问题[2]。同时，热力失调与水力失调也会造成一定的资源浪费。此外，当前的集中供热系统中，能源消耗率较大，不仅与当前时期的节能减排目标不符，还会给供热企业带来更多的成本投入，为能达成节能减排目标，有必要针对暖通供热管网的运行调节方法展开研究。

1 集中供热系统主要的控制模式

一种为质调节控制。主要指的是，为使室内供热温度得到保障，对供热二次管网中的循环水流量进行有效控制，同时在一次管网的水循环系统中设置电动调节阀，通过对开关的调节可使供水温度和回水温度差在集中供热的设定值之间，以满足集中供热的基本需求。该种控制模式的优点和弊端共存，其优点表现为对于供热管网中的硬件设施要求较低，且在二次管网中的循环水量始终处于不变状态，其水力工况十分稳定，可以有效降低水力失调的问题。其弊端表现为，当供热系统中的热负荷发生改变时，会由于二次管网中的循环水量无法进行调整而出现热能损耗现象，造成一定的能源损失。

另一种为分阶段变流量质调节控制。此种调节控制手段集成了质调和量调的优势，在具体应用中是根据当地的天气特点和其产生的热负荷变化规律对集中供热系统进行分段控制的过程。对于供热控制阶段的划分是将热负荷的变化状况作为主要依据，但需要特别注意的是为了降低水力失调的概率，需确保每个阶段中二次管网循环水量的一致性，仅需根据特定时期的供热需求对供水温度做出调整。该控制模式的优势在于能够有效降低供热能耗，相对来说成本投入较低，但其仍旧存在节能控制的空间[1]。

2 暖通供热系统组成

暖通供热系统由5个部分组成，包括热源、一次供热管网、换热站、二次供热管网和热用户。其中，一次供热管网和二次供热管网主要承担着连接热源与换热站，连接换热站和热用户的重要作用。换热站设置的控制柜、压力调节阀、温度调节阀和泄水调节阀等设备为供热管网的运行调节和控制提供了有利的支持。换热站在整个供热系统中的作用为，对热力进行有效交换与分配，是保证供热稳定和供热质量的关键一环。

3 暖通供热管网的运行调节

3.1 完成初调节

初调节的主要目的是先明确用户的供热需求，并在此基础上对于供热管网的运行流量进行有效调节，使其满足用户的热负荷需求，即明确好理想状态下的流量值。需要注意的是，由于供热系统的规模较大，供热管线长度较大，在供热过程中极易出现热量损失的问题，这意味着，热用户与循环泵的距离会影响到供热温度。采取初调节的方式，能够尽量缩小热用户的供热差距，降低流量失调度。经过初调节后，可对流量值进行合理控制，使其小于设计值，起到降低能源损耗的作用。在供热之前进行初调节可将热用户的供热温差控制在小范围内，也可改善水力失调的问题，为接下来的供热管网运行调节奠定良好的基础。

3.2 明确运行调节的依据

运行调节指的是，在供热管网投入运行后，根据热用户的供热需求以及热负荷的变化，对于供热进行动态调节的过程。主要目的是，使供热质量得到保证，为热用户营造舒适的生活环境。由于热负荷会随着室外温度的变化而产生变化，因此热负荷呈现出时时变化的特征。为了保证供热管网运行调节工作的可靠性，需要首先明确热负荷与室外温度之间的关系，研究显示，当室外温度升高时，热负荷值会降低，反之，室外温度降低时，热负荷值则升高。因此，二者存在负相关关系，在进行供热管网的运行调节时，可以将室外温度的变化作为主要参考依据。

3.3 选择合理的运行调节方式

运行调节方式主要包括两种，一种是针对一次供热管网系统的调节阀进行调节，达成质调节的目标。一种为针对二次供热管网的循环水量进行量调节的手段。其中，质调节的运行调节原理为保持二次管网中的循环水量不变，通过对管网中供水温度和回水温度的调节使其满足热负荷要求。该种调节方式存在操作简便，对供热管网运行调节有效和水力工况稳定的优势。而当室外温度发生改变时，即当室外温度升高的情况下，热负荷会随之降低，此时由于供热管网中的循环水流量处于固定状态，且供水温度和回水温度被调节后明显升高，已经超出热负荷的需求，此时便会产生一定的能源浪费。而量调节的运行调节原理为使二次管网中的供水水温保持不变，通过对管网中循环水流量的控制来满足热负荷需求。即当热负荷需求增大时，加大循环水流量，而当热负荷需求降低时，减少循环水流量。但当室外温度升高致使热负荷需求降低时，会导致管网内部的循环水大量减少，很可能会引发热力失调的现象。因此，需要根据实际供热需求选择合理的运行调节方式。

3.3.1 分阶段质量流量调节方式

针对供热管网进行运行调节的主要目的是实现稳定供热目标，并保证均匀供热和按需供热。为达成上述供热管网的运行调节目标，需采取多种运行调节方法组合应用的方式。这里的一次供热管网采取质调节措施，而二次供热管网则是采取质和量相结合的运行调节方式。根据供热管网整个供暖期间的供热需求来看，可以将供热过程分为3个时期，即初期、中期和末期，考虑到供热初期和供热末期的供暖需求差异较小，可以作为一个供热运行调节阶段，采取质调节的手段进行运行调节，使供水循环水流量保持恒定状态，对供水和回水温度进行控制既可。而供暖中期的供热需求相对复杂，需求受到室外温度的直接影响，此时，则可采取量调节的控制方式，根据室外温度变化和热负荷需求对循环水流量进行合理调节。这种组合调节控制的方式可最大程度上控制能源消耗，并保障供热质量。

采取量调手段时，要对阶段内的最小流量加以明确，实际运行中主要是通过调速泵的变频器实现对循环水流量的调节。在供热流量调节的过程中，还需认识到流量对系统运行的直接影响，在流量较小的情况下很容易导致系统中的设备不能正常运行。因此，需要对其最小流量加以明确，在不影响设备运行状态的基础上进行流量调节和控制。通常来讲，电机效率与调速比是0-0.4，其转速会直接影响调速比，当调速超出0.5时，其变化频率较小可以直接忽略。相对比而言，变频器效率十分稳定，在其调速比接近0时，效率仍旧可达到50%左右。可以明确的是，当循环水流量和定额流量的比为70%时，可以保证供热系统的正常运行[2]。

3.3.2 量调变频调节控制方法

现阶段，节能减排政策的实行，使得供热管网运行需要面临较大的挑战，为了能够达成节能减排需求，变频控制技术在供热管网中的应用频率也在逐步增大。根据控制内容的不同可以将其区分为压差控制和温差控制，且当需要对恒定压差信号或者恒定温差信号进行控制时，又可被细分为对定压差和定温差的控制。

（1）变温差控制。变温差控制流程如图1所示。

图1 变温差控制流程

变温差控制实际上指的是对回水温度的控制，根据上图控制流程来看，主要是依靠温度传感器对各个周期内的供水管网和回水管网中的供回水温度进行检验，并且将检验所得的温度值同步给变频控制柜，在控制柜中设置的可编程控制器会对比检测值和系统设定值，并做出对应的控制动作。当设定值小于实际值时系统会控制加大循环泵的频率以此增加循环水流量，达成调控供热温度的目标。当设定值大于实际值时，则会降低循环泵的频率，减少循环水流量。而当温度设置值与实际值相等时，系统将不会做出控制动作，使其维持当前的运行状态。

（2）定温差控制。定温控制法中要求供热管网运行过程中的温度差应处于恒定状态下，当室外温度发生变化时，需同时对供水温度和供热管网中的循环水流量做出调整，同时由温度传感器获取供热管网的温度，并由控制系统判断温度差是否处于恒定状态下，如其恒温状态被打破，则需进行变频控制，通过对循环泵的变频控制来维持供热系统中供水和回水的恒定温度差。采取该种控制方式时，供热管网的性能也将保持恒定状态，很少受到其他阻力影响，且基于循环水泵的运行特点，可将其循环泵的轴功率控制在流量的3次方，相对来说循环泵的节能效果显著，但同时会对压力造成不利影响，可能出现影响用户利益的问题。定温差控制流程如图2所示。

图2 定温差控制流程

（3）定压差控制。主要控制原理为借助变频器和压差变送器来调节循环泵转速，通过对循环泵出口压力差的控制，使其压差始终保持恒定不变的状态。此种控制方法的优点在于不会受到回水压力的影响。但为了确保循环泵出口压差的恒定状态，循环泵运行中的节能效果不明显。

（4）变压差控制。为了确保全部热用户的供热质量，在进行变压差控制时，会将最末端热用户的供热质量作为主要参考数据，通过保证最末端热用户的供热质量，实现稳定供热目标。即将末端热用户的进出口压差作为主要控制压差，此种控制方法既能保证末端热用户的供热质量，也可在一定程度上降低供热过程中的能源损害。

4 结语

从上文分析中可以发现，每一种供热管网运行调节方法都存在特定的优势，同时也表现出一定的弊端，或是增大能源消耗，或是影响用户利益。为了保障供热管网运行的可靠性，并达成节能减排目标，需要结合供热管网的实际运行特点以及用户的实际供热需求合理选择运行调节方法，特定的情况下可以采取组合调节的手段，充分发挥各类运行调节方法的优势，保证供热管网的稳定运行和供热质量。