摘要：现如今，城市居民对集中供热系统的要求越来越高，集中供热系统热力失调问题得到了人们的广泛关注和重视。本文以某工程为实例，探讨散热器的热特性，对供热系统水力失调导致的热力失调问题进行分析，提出有效的解决措施。

关键词：城市;集中供热系统;热力失调

中图分类号：TU995    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）08-0000-00

0 引言

现如今，随着社会经济的飞速发展，城市居民对于生活质量的要求也在不段提高，城市居民生活水平的显著提升，因此加强集中供热系统的建设具有重要意义。在这一背景下集中供热系统热力失调问题得到了人们的广泛重视。通常情况下集中供热系统热力失调的主要问题为水利失调，主要包括热源系统水力失调、庭院供热管网失调以及一次网供热失调等，对用户的生产生活造成不良影响。因此对该问题进行深入研究并采取有效的解决措施具有重要意义。

1 城市集中供热系统热力失调概述

1.1 含义

城市集中供热系统庞大且复杂，其主要组成部分包括热源、热网与用户。其中热源主要指供热来源，需要将热水或者热的蒸汽作为传导媒介，将具有全封闭特点的热网管道作为运输管道，对热量进行有效运输。热源输送至各用户的热量均匀，在实际应用阶段，不同用户的供暖热量不均存在明显差异，该现象较为普遍，也就是热力失调问题。

1.2 表现

对城市集中供热系统热力失调问题进行分析，主要问题包括水利失调和温度失调。其中前者主要指热力中心在供暖阶段中输送至个用户的实际水流量与预先设置的流量不符。因此导致一次热网难以按照用户的实际流量进行合理分配，因此引发冷热不均的问题^[1]。后者主要因为换热站的换热器性能不佳、效率低下，导致换热不足引发的一次水温果茶或者一次热网温度不足，因此热量无法充分传输至用户。通常情况下热力失调均为水力失调。如果系统存在失调问题，讲话导致管网远端用户供暖热量不足，近端供暖存在过热情况。

2 工程概况

该项目为渭南市热电联产集中供热的电厂一期供热管网工程，主要供热范围包括渭南市中心区（临渭区）和高新区北部区域。设计供暖建筑面积约为1289万m，设计供暖热负荷约696.36MW。该项目主要工程内容为热电厂围墙外1米至临渭区和高新区的一级热水管網的设计。供热管道管槽总长约41.77km，管网最大管径为DN1400，最小管径DN250，并设置中继泵站一座（回水加压）。

3 热力管网流量分配

3.1 流量分配基本规律

对供热系统管网的形式进行划分，可分为枝状与环状，其中前者在供热系统中的应用频率较高。相关工作人员需要合理设置管道阻力指数，保证供热介质在全部管道及支路中流量分配的科学性。管段压降、流量与阻数的关系可通过以下公式表示：

其中△P表示管段压降;S表示管段阻力数;V表示热媒体积流量。

热网的阻力数可通过S表示，对其进行划分，可分为供水干线阻力数、回水干线阻力数以及用户阻力数，组成方式为串联或并联。当系统扬程处于稳定不变时，可导致系统某位置阻力数存在变化，因此其流量需要再次分配。

用户流量与系统流量可通过下述公式进行表示：

该公式中用户m的阻力数为Sm;用户n的总阻力数指S1-n;一干线Ⅱ之后管路总阻力数为SⅡ-n;系统总热用户数为n。

通过上述公式可得出用户与用户间的流量比：

该公式中用户m的阻力数为Sm;用户d的阻力数为Sd;用户（d+1）至用户n的总阻力数为Sd+1-n;干线（D+1）后的管路总阻力数为Sd+1-n。

3.2 水力失调

水力失调是一种常见的现象，主要为用户实际流程与需求流程之间存在较大的偏差。因为供热系统的结构相对复杂，是一种管网系统，各环路的水力情况会彼此影响，因此当一个阻力值产生变化情况，可导致不同用户和不同用户之间的流量再次分配。

通过上述公式可知，前一用户m对某两个用户流量的比有决定性作用，与用户m的管段阻力值并无较大关联，因此可对流量分配的主要规律进行分析，包括下述几个方面：（1）热源出口的阻力值存在变化，引发水力失调问题。（2）热网中间阻力值存在变化，导致该位置用户之后等比失衡，之前的用户未受到影响，整个系统存在不一致失衡情况。设置假设条件，系统中采暖用户数量为5个，对流量的要求为100m/h，用户1阻力数为50Pa/（m/h），用户2为40Pa/（m/h），用户3为30Pa/（m/h），用户4为20Pa/（m/h），用户5为10Pa/（m/h），对干管的阻力指数进行测量，用户1为0.4，用户2为0.625，用户3为1.11，用户4为2.5，用户5为10Pa（m/h），总阻力数为2.4Pa（m/h）。

关闭用户3可导致总阻力数发生改变，其阻力值为3.132Pa（m/h）。重新分配的相关数值如表1所示。

通过以上分析能够发现，关闭用户3可导致其他用户流量提升;用户3之后的水力失调度呈增加趋势，之前并不增加，因此整个系统表现为不等比的失衡。

4 供热系统热力特性分析

4.1 散熱器

供热系统的热力情况不但和水力工况关系密切，同时与换热器的特性以及周围结构保温、透气情况关系密切。

对散热器的热力特性进行分析，传热特性较为关键，易受到其他诸多因素的干扰，主要为热媒流量、供水问题以及其本身的散热特性等。散热器对室内的散热量可通过下述公式表达：

该公式中散热器相关的常数为a与b;散热器的表面积为F;供水温度与回水温度为tg与th;室内温度为tn。

其散热量能够通过下述公式表达：

其中c表示热媒比热容，G表示热媒质量流量。

在室内温度处于稳定不变的状态下，相关因素均会对散热量形成一定的影响。当热媒流量保持稳定不变的情况，设备的散热量与供水温度呈正相关关系;当供水温度保持稳定不变的情况下，设备的散热量随着流量的升高而逐渐趋于平衡。通过上述分析可知，散热器受到流量和供水温度的影响规律有所不同。流量处于稳定不变的状态下，散热量易受到温度的影响;如果流量较小，流量变化对散热量的影响较大;流量较大则相反。

4.2 供热系统热力

为了对采暖房间热力失调规律进行深入分析，不降房间温度作为定值，以下为房间向外界传热公式：

上述公式为热力分析的基本方程组，通过该公式可知在室温条件下，室内温度与供水温度的变化规律。

5 城市集中供热系统热力失调分析

对热力失调的类型进行划分，主要为水平方向与垂直方向的失衡，其中前者为用户室温之间冷热的失衡性，后者为不同楼层用户之间的冷热失衡性。

5.1热网局部阻力变化引发热力失调

当集中供热系统处于稳定的状态下，如果其局部阻力指数存在变化，比如说某用户的管段阀门开度改变，发生堵塞等问题，对处于稳定运行状态下的集中供热系统来说，如果局部阻力数存在变化情况，系统流量也会出现再分配的情况。因为实际流量的变化程度较大，所以设备与室内温度也存在一定程度的变化。例如上述分析中将用户3阀门关闭，导致其他用户的室温提升。局部阻力变化低总阻力数的影响程度对水力失调度有决定性作用，因此需要加大排查力度，避免用户私自安装供水泵、回水泵等情况。另外，如果系统中采取流量变化的热调节，室外温度存在明显变化，通常情况需要需要对阀门的开度进行合理调整，保证系统阻力值的有效变化。通过上述分析能够发现，用户的流量表现为等比变化。根据设备特点可知，流量与散热量的关系较为复杂，虽然用户的流量变化呈现一致的状态，但是散热量的变化存在差异，因此引发热力失调。因流量调节导致的热力失调，可通过相关公式对其进行计算，水平失衡主要体现在近端热与远端冷两方面。

5.2 供水温度变化对系统热力失调的影响

通过以上分析可知，散热器的散热量和供水温度表现为直线关系，但是并非绝对关系。如果垂直单管系统流量处于相对稳定的状态下，立管之间的温度存在一定的差异性，设备的热量分配比也会有所不同，进而引发垂直热力师生情况，所以仅通过集中调节无法有效解决问题，满足用户需求，需要采用个别差异化调节方法。

6 城市集中供热系统热力失调解决措施

为了能够有效解决热力失调等相关问题，做好系统规划设计工作十分必要，提高运行调节水平及供热管理水平，进而提高整体供热水平，全面满足用户的供热需求。

（1）提高热网的水力稳定性。为了能够有效降低系统的水力失调度，在设计工作展开过程中及初步调节的过程中，需要有效降低干线阻力，进而提高用户阻力，通过该方式强化热网的水力稳定性。（2）流量调节要求。为了有效降低系统中循环水泵的耗电量，需要采取分阶段调整流量的调节方式。如果流量较低程度较小，热力失调现象较为严重。因此在实际操作过程中，采用流量调节方式时需要对系统流量进行有效控制，确保其高于60%。除此之外，如果集中调节难以满足用户需求，需要联合个体调节应用。（3）提高系统的自动化调控水平。随着技术的发展，供热系统愈发复杂，各热力站流量调配的协调性、满足全部用户的需求成为工作的难点。所以需要引进先进的自动化控制技术，提高供热系统的自动调控水平。（4）温控装置与热计量仪表。目前热量商品化为供热用能的主要发展趋势，结合当下我国的热量收费方式，需要采用双管采暖系统，其主要组成部分为温控装置与热计量仪表，配备专门的温控装置，能够根据实际需求用热，配备专门的热计量仪表，能够根据热量缴费。（5）合理使用调节阀。调节阀对于改善系统热力失调具有重要的作用，是确保水力平衡的主要途径之一。对目前热力管网中采用的调节阀类型进行划分，主要包括静态调节阀、动态流量调节阀与动态压差平衡阀。其中静态调节阀对于水力平衡来说具有良好的调节作用，对其原理进行分析，主要为调节管道内部阻力进而实现对孔板的调节，同时对平衡管网中的阻力进行调节。所以该调节阀需要通过人工操作发挥作用。

7 结语

综上所述，导致城市集中供热系统热力失调的主要表现为水力失调，需要结合实际情况采取科学合理的解决措施，有效解决热力失调问题，为系统的安全稳定运行提供保障。

参考文献

[1] 孙薇.探析城市集中供热系统热力失调问题[J].中国高新区，2018（12）：52.

[2] 高士卫.浅谈集中供热系统的水力失调与水力稳定性[J].山东工业技术，2015（6）：96.

[3] 姜萍.集中供热系统热力失调的解决方法[J].科技经济导刊，2016（12）：60+74.

[4] 孙薇.探析城市集中供热系统热力失调问题[J].中国高新区，2018（12）：52.

[5] 卢冰冰.城市集中供热系统节能技术及热力站控制系统的分析[J].机械管理开发，2020（8）：264-265+291.

收稿日期：2021-07-06

作者简介：乔锦晶（1982—），男，陕西西乡人，本科，工程师，研究方向：城市供热。

Analysis on the Thermal Imbalance of the Urban Central Heating System

QIAO Jinjing

（China Municipal Engineering North China design and Research Institute Co.， Ltd Xi'an Branch， Xi'an Shaanxi  710018）

Abstract： Nowadays， urban residents have higher and higher requirements for central heating system， and the thermal imbalance of central heating system has been widely concerned and valued by people. This paper takes a project as an example， discuss the thermal characteristics of the radiator， analyze the thermal imbalance caused by hydraulic imbalance of heating system， put forward effective solutions.

Keywords： City; Central heating system; Thermal imbalance