利用物联网温度平衡阀实现二网自动平衡的应用

李智勇， 于 桐

（承德热力集团有限责任公司， 河北 承德 067000）

0 引言

随着我国城市建设的飞速发展，人们对于生活质量和舒适性的要求不断提高，供热行业也不断提高供热质量，以满足人们对舒适性和节能性的要求。供热行业虽然在锅炉、换热器设备的热效率和楼体、管道保温等方面显著提升了节能效果，但在二网水力平衡调节方面，仍有较大的节能空间。当前供热系统大多采用人工手动调节方式，导致我国目前集中供热系统中水力平衡调整耗时长、难度大，造成某些用户室温过热、某些用户室温不达标。为了解决以上问题，热力站不得不增大二次网循环泵流量或提高整个二次网供热温度，从而导致热能和输配电耗的浪费。与人工调节及加装自力式平衡阀相比，利用物联网温度平衡阀实现二次网自动平衡，可极大地减少管网调平工作量，并取得更加理想的效果[1-2]。

1 二次网水力平衡现状分析

目前，供热系统普遍存在不同程度的水力失调现象，再加上水泵选型偏大造成水泵运行偏离工作点等原因，导致水系统处于大流量、小温差的运行工况，不同远近的用户，室温冷热不均现象严重，水泵运行效率低、耗电高。

二网水力失衡的原因很多，主要原因有：系统设计理论计算偏离实际工况、安装过程中未按设计要求施工以及运行人员维护不当、未及时调整各分支阀门等。

目前，供热系统主要采取以下方法调整二次网水力平衡。

1）手动阀门调节。这是目前换热站运营人员常用的调节方法。按照供回水温差平衡法，对每个分支、单元的供回水温度进行测量，手动调节各分支阀门开度，直至各分支回水温度一致。仅使用温枪对管道测温，人工调节阀门。由于需要大量人力，多次反复调节，不同人和温枪造成的温差较大，因此，需要几天甚至几周才能全部调整一次，所用时间较长，调平效果也有限。

2）加装自力式平衡阀。通过使用自力式流量平衡阀、自力式压差平衡阀保持系统流量或阀门两端压差不变，以实现管网调平的目的。但自力式平衡阀存在阻力大、循环泵电耗高、易堵塞损坏等问题。

3）自动调节。利用上位机平台软件，制定调控策略，通过加装电动调节阀实现对分支、单元入口阀门的远程调节，实现自动调整管网水力平衡。

2 利用物联网温度平衡阀实现二网自动平衡调整解决方案

物联网温度平衡阀具有流通能力大、低阻力、测温精准、调节精度高、可通过远程控制调节等特点[3]，不仅能降低人工成本，解决了自力式平衡阀存在的种种问题，而且实现了整个供热系统的过程管理和运行管理，提高了供热系统的管理效率，实现供热系统的整体节能，为热力公司彻底解决室温冷热不均问题提供了切实可行的物联网温度平衡阀技术方案，如图1所示。

图1 物联网温度平衡阀技术方案

2.1 建立上位机自动调控系统

建立基于物联网、云平台大数据分析计算和AI自学习等技术的智慧供热管理平台，依托互联网实现各环节信息共享，实现供热系统全面透彻的信息化管理。通过智能融合回水温度、室内温度和气象参数变化等，实现二次网供需平衡，达到按需供热、按需用热、节能减排的效果。平台内置回温平衡、室温平衡两种平衡调控策略。回温平衡基于回水温度平衡法及全网平衡控制的理念，调整各分支阀门开度，直至各分支回水温度趋于一致。室温平衡策略基于各室温采集点数据，通过对比各点室温偏差，云平台智能计算分析下发阀门开度调节指令，使各室温监测点温度趋于一致。最终实现二次网楼与楼之间、单元与单元之间的温度平衡，彻底解决二次网温度失调问题。

2.2 以单元为单位装阀

在集中供热二次网系统中，以单元为单位安装物联网温度平衡阀，根据阀门的供电方式，可选择居民电源供电或电池供电的单元物联网温度平衡阀，安装于各单元回水管。可自动调节二次网温度平衡，阀门内置高精度温度传感器，可对回水温度进行实时监控。此外，阀门还可以连接供回水双温双压传感，适用于二网系统的末端，通过监测系统末端的资用压头和供回水温差，直观了解到系统的运行状态，对换热站运行提供了有力的数据参考依据，而不再局限于供热管理人员的经验判断。

2.3 建立室温采集系统

设置室温采集点，室温测控终端作为监测端，负责采集热用户的室内温度，可以通过智慧供热管理平台结合室温数据对末端物联网设备进行统一调控，通过加入室温数据可以对二网平衡做出更精细化的调节[4]。同时，可对用户室温历史数据曲线进行分析，确定室温是否存在问题。

3 物联网温度平衡阀应用实例

2021 年，承德热力集团选取2 座换热站在二次网中安装了物联网温度平衡阀，同时，建立了配套的智能调控系统和室温采集系统。其中，紫塞桃园站低环涉及面积5.18 万m2，建筑节能等级均为四步节能建筑，均采用散热器供热。物联网温度平衡阀安装于各楼楼道立管回水主管道，安装5 套DN40、3 套DN50 和20 套DN65 物联网温度平衡阀。设置室温采集点168 个。

3.1 应用效果

3.1.1 各单元之间回温趋于一致

如图2 所示，平衡阀使用前，各单元回温偏差较大，存在部分单元回温较低或过高，管网平衡性较差，各单元最高相差10.22 ℃。

图2 紫塞桃园站使用平衡阀前各单元回温

如图3 所示，平衡阀使用后，各单元回温趋于平衡，各单元最大回温偏差降至1.36 ℃，管网平衡度得到大幅提升。

图3 紫塞桃园站使用平衡阀后各单元回温

使用平衡阀后，无需频繁地对各分支阀门进行手动调整开度来控制回水温度。如个别单元出现调节超限情况，调整单元阀开度后，物联网平衡阀恢复正常工作状态。使用平衡阀后，各单元回水温度均趋近于设定回温[5-8]。

3.1.2 用户端室温更加均衡

紫塞桃园站用户端平均室温21.2 ℃，较去年同期持平。使用平衡阀前，对最不利环路用户测温，平均室温为19.2 ℃。使用平衡阀后，单元回温趋近平均回温，对用户测温，平均室温为20.6 ℃，较之前提升1.4 ℃。距站较近的单元回水温度较高，用户端平均室温为22.4 ℃。使用平衡阀后，单元回温趋近平均回温，用户端室温为21.3 ℃，接近平均室温。使用平衡阀前后室温对比如表1、表2 所示。

表1 最不利环路用户使用平衡阀前后室温对比单位：℃

表2 距站较近用户使用平衡阀前后室温对比 单位：℃

3.1.3 实现了节能降耗

通过调整运行工况，紫塞桃园低环单位流量由33 m3/万m2降至28 m3/万m2，耗电指标由108.8 kW·h/万m2降至96.4 kW·h/万m2，降幅为11.39%，综合热指标由35 W/m2降至30.8 W/m2。在改善室温不达标用户室温情况的同时，也消除了过热户，不利点管网平衡度较之前大大提升。

3.1.4 存在的问题及改进措施

1）通讯问题。温度平衡阀安装于山根、部分井室和管道井内，信号较弱，无法保证通讯畅通。建议增加信号传输放大器或引线等装置，避免安装位置造成信号无法传输。

2）供电问题。综合考虑小区实际情况，可选择有线和电池两种安装方案。在管道井内安装，可采用有线供电保证工作状态。在楼外井室内安装，可采用电池供电保证安装位置灵活。

3）选型问题。选型阶段仅考虑各单元的在网面积，并未考虑实供面积，导致入住率偏低单元出现平衡阀调节超限，回水温度较高等情况。针对此类问题，建议在夏季给该单元加装手动平衡阀或更换合理大小平衡阀。

4）室温采集点代表性问题。由于室温测控终端可以不依附物联网温度平衡阀，能够直接独立与管理平台通讯，因此，室温测控终端可以选择在边户、中户和低户等典型用户安装使用，但安装数量必须覆盖调控区域内10%以上的用户。

3.2 项目投资及回收

项目共计投资189 553 元，根据能耗计算，使用物联网温度平衡阀后，日耗电费降低33.4 元，日耗热费降低7.91 元，日节省人工成本110 元，预计1 252 d可收回投资。由此可见，此方法投资较高，且投资回收年限较长。

4 结论

通过理论分析及实践检验，利用物联网温度平衡阀并建立配套的智能化调控系统实现二网自动平衡是可行的。人工手动调整耗时长、效果差、自力式平衡阀易堵塞、阻力大。采用本方案，达到了各单元回温趋于一致、用户室温更加均衡、能耗进一步降低的效果。但此种方法也存在投资较高，现场安装难度大，室温采集数据要有代表性等问题。具体应用时，应根据现场实际情况对技术方案进行优化调整。