山东建筑大学热能工程学院 樊庆波

济南市热电总公司 王庆云

供热运行调节及热网平衡

山东建筑大学热能工程学院 樊庆波

济南市热电总公司 王庆云

一、热负荷

建筑物采暖热负荷同室外气温、湿度、风向、风速等因素有关，室外气温有决定作用，在理论上，把热负荷看作室外温度的函数，即Q=f(tw)=K·F(tn-tW)。

供热过程就是维持建筑物室内气温适宜人们工作、生活，维持建筑物得热与失热始终处于一个动态的平衡的过程。即热平衡方程式：

Q=KF(tn-tw)=G·C(tg-th)·ρ/3600

Q，热负荷W；K，建筑物传热系数W/m2·℃；F，建筑物外表面积m2；tn，室内气温℃；tw，室外气温℃；C，水的比热J/kg·℃；G，采暖循环水流量m3/h；tg，供水温度℃；th，回水温度℃；ρ，水的密度kg/m3。

二、供热节能

热网总能耗包括2部分：一是供热量；二是输送热量所消耗的电能。热网节能有以下途径。

1．减少供热量。热网热负荷随着室外气温变化而变化，每一时刻为满足采暖建筑的采暖要求(室温18℃)所供热量的为最小值，即总供热恰好等于基本的总需求。供小于需则供热不达标，供大于需则用户过热室温过高，热能浪费。结合供热区域的供热半径热惰性情况，需分时段预测性的对热网进行调节，以使供求热量保持平衡，维持在最小值。

2．热量分配均衡。热量分配力求热网上各用户室温均衡，避免因热网的水平失衡，用户垂直失衡，而造成用户冷热不均现象。即避免冷的用户达标，而热的用户超温，热能浪费。热网的平衡是热网节能的基础，是供热调节的前提。室内散热器恒温温控阀调节是按需分配的重要手段。调节恒温控制阀可使房间的供热需求最大化节能。

3．节省热量输送电耗。

热量的输送是消耗电能的过程，所耗有效功率：N e=V·△P·ρ·g/3 6 0 0 （2）热量输送所消耗有效功率Ne同流量V成正比，同系统阻力△p成正比。

式中：Ne，有效功率W；V，循环水流量m3/h；△p，系统阻力m；ρ，水密度kg/m3；g，常数N/Kg。由热水网路的水力特性可知：

△P=S·V 2 （3）

将 （3）式代入（2）式可得：N=S·V3·ρ·g/3600(4)。可知有效功率Ne只同流量V的立方成正比，其它为常数(S值在热网阀门不操作时也为常数)，减少热网流量V将降低电耗。

当热网采用水泵调速改变流量运行时也可从水泵相似理论获得。由热平衡方程Q=KF(tn-tW)=G·C·(tg-th)·ρ/3600可知，当室外温度tw一定时，建筑物耗热Q为一定值，即供热量G·C·(tgth)·ρ/3600为一定值，此时可以通过增大(tg-th)，降低热网循环流量G，从而降低输热电耗。

三、供热调节

散热器供暖系统供热调节的基本公式为：

Q=Q/Qj=K·F·(tn-tw)/K·F·(tn-twj)=Ks·Fs·(tp-tn)/Ksj·Fs·(tpj-tn)=G·C·(tg-th)·ρ/3600/Gj·C·(tgj-thj)·ρ/3600

即Q=Q/Qj=(tn-tw)/(tn-twj)=(tg＋th－2tn)1+B/(tgj＋thj－2tn)1+B=G·(tg-th)·/Gj·(tgj-thj) （4）

式中，2Q—相对热量比；Fs—用户系统内散热器的散热面积，m2；Ks，Ksj—散热器的供热系数，W/m2·℃；tp，tpj—散热器内载热介质的平均温度，℃；B—为常数，与散热器构造有关。由此方程可知：

1 . 当（室）外温度tw变化时，热网各用户楼需求热量及热网总需求热量按同一比例变化。

2. 用户的耗热量Q随着用户室内温度tn的升高而增加，当室内温度tn等于设计的18℃时的耗热量，为建筑物基本耗热量，即保证建筑物供热质量下的最少耗热量。

四、热网与热用户整体关系

供热调节包括质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节和间歇调节。上述方法作为补充条件，代入供热调节的基本方程式得各调节方法的调节公式。

1．质调节(常用于热水网)。循环水流量保持不变而只改变供水温度。适用于一、二级热网，为国内采用的调节方法。优点为水力工程稳定，热网易实现自动化调节，便于热源厂及热网的安全连续运行。缺点为只节热，不节电。热网远、近端用户温度有时间差。

2．量调节（常用于水热网、汽热网）。保持供水温度不变，只改变循环水流量。适用于一级热网，且因目前热网平衡控制方面存在困难，所以在国内较少应用。二级热网采用量调节在技术上难以实现，原因有以下几个方面。

二级热网存在平衡控制方面的困难；随着室外气温升高，网路水流量迅速减少，使室内供暖系统产生严重的垂直热力失调。量调节的优点为节热，节电。流量在管道中变化是以压力变化来实现的，水又是不可压缩的，传递速度非常快，因而此种调节可消除热网远近两端在调节上的时间差，达到调节上的同步。

3．分阶段改变流量的质调节，把整个供热期按室外温度的高低分几个阶段，在热负荷大时采用大流量，在热负荷小时采用小流量，流量变化不超过3～4个阶段，在每一个阶段采用流量不变的质调节。适用于一、二级热网，应用仅次于质调节。

在每一个阶段内，水力工况稳定，热网远近端用户温度存在时间差。在热网平衡控制上较量调节稍易实现，比质调节稍难。流量变化不连续，只分几段，故节热同时只能部分节电。一级网使用少，二级网可推广。

4．间歇调节（蒸汽热网和热水热网都可以采用这种调节方式）。它不改变网络的循环水量和供水温度，只减少每天的供热时间，只能作为一种辅助调节措施。优点是根据热用户需求进行供热，适用办公等间歇用热的热用户，因供热热惰性，供热启停需要统筹安排。

5．热水供暖系统的最佳调节工况（质和量的综合调节）。上述4种调节方法，都是从热网与热用户整体关系的角度来讨论热量的供求调节关系。它只能保证用户整体在某一室外温度下的耗热量，只能保证用户整体的平均室内温度等于设计值，不能保证用户内各个房间的室内温度都符合设计值。从单个用户楼室内采暖系统角度来考虑，供热调节不仅应满足用户整体在某一室外温度下的耗热量，保证用户整体的平均室内温度等设计值，而且应保证用户每个房间的室内温度都等于设计值，即随着室外温度tw的变化，不但热网总热负荷与各用户楼的热负荷按相同的比例进行变化，而且应使用户每个房间的散热设备的放热量也按相同的比例变化。由此可得出热水供暖系统的最佳调节工况，公式如下：

双管系统： G=G/Gj=Q1/3=(tn-tw/tn-twj)1/3

tg=tn+(1/2)·(tgj+thj-2tn)·(tn-tw/tn-twj)1/1+B+(1/2)·(tgjthj)·(tn-tw/tn-twj)2/3

th=tn+(1/2)·(tgj+thj-2tn)·(tn-tw/tn-twj)1/1+B-(1/2)·(tgjt h j)·(t n-t w/t n-t w j)2/3 （5）

单管系统： G=G/Gj=QB/1+B=(tn-tw/tn-twj)B/1+B

tg=tn+(tgj-tn)·(tn-tw/tn-twj)1/1+B

th=tn+(thj-tn)·(tn-tw/tn-twj)1/1+B （6）

由公式可知，不论是单管还是双管热水供暖系统，其最佳调节工况均是质和量的综合调节。随着室外气温tw的升高，不但应降低供水温度tg，而且还应逐步减少网路的循环水流量G。同一供热系统中，热网循环水总流量与各用户楼及用户各房间的循环水流量的变化比例是一致的。(假定同一供热系统中，各用户楼室内采暖系统的型式完全相同)。对于二级热水网来讲，此法供热质量最好，既节电又节热。因为此种调节方法流量的变化也是连续的同量调节一样，也存在热网平衡控制上的困难，所以虽然国内供热行业在二级热网实施循环泵变频调速变流量运行，进行质和量并调的工程实践项目也较多，但效果不好。流量的变化幅度不大，降不下来，运行中流量多数都是始终高于设计状态下的计算流量，没有达到最佳调节工况的参数状态。

在供热设备与热网负荷匹配，同时热网也平衡的理想状况下，二级热网循环泵变频调速的节电效益是很高的。正因为热网的不平衡，导致二级热网循环泵变频调速变流量运行节能效益不高，阻碍了此项节能技术的推广。因此，首先要对换热站设备进行系统优化，站内设备严格按照设计工况下进行选型，实现最大节能效果。同时质、量调节的前提是二级网的水力平衡和热力平衡，站内加装自控装置，二级网加装必要的调控装置及温控装置，在确保热用户用热效果前提下，通过质和量调节运行，达到最佳节能效果。