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摘 要：实现热力管网的水力平衡，消除业己失调的运行工况，提高管网的经济性、安全性和可靠性，改善供热质量，具有极大的现实价值。探讨了热力管网水力失调以及产生的原因，进而提出了解决热力管网水力失调的途径。
关键词：热力管网；水力平衡；调节
中图分类号：TU995.3文献标识码： A 文章编号：
近年来，集中供热和区域供热得以大力推广，热水供热管网逐渐增多。但热力管网在运行中普遍存在水力失调的问题，攻克这些技术难关，具有极大的现实意义。水力工况失调是热力管网普遍存在的现象，它的出现造成近端过热，远端过冷的状况，不但降低了供热系统的效率而且恶化了供热质量，同时，能耗和运行费用也大幅度增加，特别是供热面积大、管线距离长、分支节点多，用户结构复杂的大型管网就显得更为突出。如何实现热力管网的水力平衡，消除业己失调的运行工况，提高管网的经济性、安全性和可靠性，改善供热质量，是我们目前所面临的问题。
一、热力管网水力失调
在进行热网系统的水力工况计算时，由于管道内热媒的流速不允许超过限定流速和可供选择的管道管径规格有限等各种因素的限制、网路未进行初调节以及运行工况的变化等造成了热用户实际流量偏离要求的流量。把热水供热系统中各热用户的实际流量与要求的流量（即规定的流量）之间的不一致性，称为该热用户的水力失调。
水力失调度是各热用户的实际流量与热用户的设计流量（规定流量）的比值，即：
式中：——水力失调度；
——实际运行流量，m3/h；
——理想流量（设计流量），m3/h。
在热力管网系统中，分析水力工况就是要确定在具体条件下网路流量分配变化的情况。这样水力失调度即可表示热力管网系统水力失调的程度。当=1时，即热用户的设计流量等于实际流量，此时热力管网系统处于稳定水力工况。当远大于1或远小于1时，热力管网系统水力工况失调严重。
在热力管网中，水力失调主要表现是：各管段流量输配不合理，致使各个用户的室温冷热不均，靠近热源近端的用户过热，室温高达25℃以上，用户被迫开窗散热，使大量热能流失；而远离热源的末端，则常常达不到设计室温，有的甚至低于10℃（我国室温设计要求一般为18℃），严重影响了城镇居民的日常生活和工作，为供热管理带来很多问题。
二、水力失调产生的原因
1、产生水力失调的根本原因
产生水力失调的根本原因是在某运行状态下热力管网的阻力特性不能与在用户所需要的流量下实现各用户管段的阻力相等，也就是我们通常所说的阻力不平衡。
2、产生水力失调的客观原因
产生水力失调的客观原因有如下几个方面：
（1）热力管网管道规格的离散性，加上热力管网上各种设施的不规则性，使系统必须经过人为调节，才能实现水力平衡。在热力管网设计时，通常所遵循的原则是，满足最不利点所必需的资用压头。这样就会使其它管段（用户）的资用压头都会有不同程度的富裕量。在自然状态下来分配各个管段（用户）流量，必然产生水力失调。
（2）循环水泵选择不当，流量、扬程过大或过小，都会使工作点偏离设计状态，从而导致水力失调。
（3）系统中用户的增加或减少，即热力管网中用户点（即管网上的节点数量）发生变化，要求各管段流量重新分配，从而导致水力失调。
（4）系统中用户用热量的增加或减少，即用户的流量（即节点流量）发生变化，也要求各管段流量重新分配，导致水力失调。
目前，绝大多数的用户系统是单管顺流式采暖系统，缺少必要的调节设备，也会导致水力失调。
三、解决热力管网水力失调的途径
1、用附加阻力消除用户剩余的资用压头
在系统设计时，热力管网各个管段的阻力实现平衡（相等）实际上是做不到的。循环水泵的扬程是按照最不利（阻力最大的）管段所消耗的阻力来确定。因而在设计无误时，其它各个环路都存在着或多、或少的剩余压头。这些剩余压头都要在系统正式运行之前通过初调节予以消除，如果不能消除，就会造成水力失调。
一般情况下，通过人工调节阀门实现系统阻力平衡是极为困难的，其原因是：调节过程互相影响，需反复调节。就算耗费大量人力，通过很长时间，对庞大的热力管网调节到基本平衡。一旦系统中，用户或用户负荷变化时，将会前功尽弃，必须重新调节。在用户系统安装完善的自动调节设备（如温控阀，平衡阀等，实质上是自动改变附加阻力）是解决这个问题的一种有效方法。
这种在用户系统中安装自动调节设备来消除剩余压头，使得各个环路实现阻力平衡的措施，在供热行业，被称为“附加阻力”平衡技术。它的特点是循环水泵具有足够的流量和扬程，可以减少部分过热用户的热量浪费，以获得节能效果。
2、用附加压头提高用户不足的资用压头
当系统循环水泵实际扬程不够时，采取附加阻力的方法来调节系统的阻力平衡是做不到的，除非先更换水泵或部分管道规格。有些处于系统末端的部分用户不热的原因是供给这些用户的循环流量不够，其实质是入口供回水压差不够。可以在该管段安装低扬程、小流量的水泵，以提高用户系统的压头。
这种在用户系统入口安装不同规格的小水泵来补足资用压头的欠缺部分，使各个环路实现阻力平衡的措施，在供热行业，被称为“附加压头”平衡技术。它的特点是除了具有“附加阻力”平衡技术所能获得的节能效果外，可使水泵电耗大大降低，节能效果更显著。
3、解决水力失调常用的设备
（1）稳态调控设备。稳态调控设备也可称为定阻力设备，包括节流孔板、普通阀门、调节阀、平衡阀等。它们共同的特点是：通过人工调节设定其开度，匹配各个管段的阻力，消除剩余压头，即可实现水力平衡。其中，节流孔板的阻力设定后无法调节，而普通阀门和调节阀的阻力虽然可以调节，却没有定量的手段，所以它们基本无法使用；平衡阀可以借助其专用仪表定量，通过手动调节来匹配管网系统中各个管段的阻力，使系统实现水力平衡，但它的调试比较繁琐，管网系统越大，调试也越困难；当管网系统扩容后，其阻力特性改变，又需重新进行调试；平衡阀的调节效果因人而异，其系统稳定性也每每不同。因此平衡阀的实用性不能满足使用要求。
（2）动态调控设备。动态调控设备也可称为自力式变阻力设备，这种设备的品牌很多，其原理相近，结构多种多样，主要包括自力式流量控制阀、自力式压差控制阀等。它们能够根据阀门前后（或系统）压差的变化自动调节阀门的阻力，保持流量或压差的恒定，流量或压差还可以随时设定调整。变阻力设备适用于动态系统中克服动态失调，也可用于稳态系统克服稳态失调。近几年国内开发的动态调控设备发展迅速，用在稳态系统中克服稳态失调的成功范例很多，但其实用性、耐久性和可靠性有待改进。
如我市部分小区热力管网上安装的“恒流量调节阀”就是一种全新的动态调控设备，一个阀门不仅可以恒定流量，也可恒定压差，而且在恒定压差的同时仍具有调节和恒定最大流量的功能。它可以用于动态系统或稳态系统，也可用于动态和稳态混合的系统，还可以配套上阀门执行器，实现远程自动控制。在性能指标、耐久性、可靠性、外观及内在质量等各个方面均有较大提高，可以缓解水力失调带来的影响，保证集中供热室外管网实现水力平衡，初步实现节能运行，为进一步实施其它的节能技术措施提供可靠的保障。
4、一级管网水力平衡改造
若一級管网中部分换热站在整个采暖季的水力平衡度始终小于1，即实际流量达不到设计流量，那么将无法保证该部分换热站二级管网所输送的热量能够满足热用户的用热需求。在各热力入口的供水管段或回水管段安装平衡装置来改善水力工况是目前国内各热力企业普遍采用的办法，换热站一次网安装平衡阀阀对二次网温度进行控制，从而对一次网平衡起到水力平衡的调节。
与普通阀门不同，平衡阀的阀杆处设置有开度指示、阀门锁定装置以及两个测压管。在管网进行平衡调试时，通过专门的智能仪表连接阀前后的两个测压管，测出流经阀门的流量值，并通过智能仪表计算出阀门在设计流量工况下的开度值，并将平衡阀开度锁定。开度锁定后非管理人员就不能随意改变开度，除非有用户增减，才需要对整个管网的平衡阀使用智能仪表进行重新调试。
平衡阀比一般阀门的调节性能好，它的阻力系数一般在10～15之间（一般的截止阀的阻力系数在7～10之间）。平衡阀在安装时，为避免平衡阀入口处出现较大的扰动，平衡阀前后应有5倍和2倍管径长的直管段。为了保持平衡阀在低温状态下工作，平衡阀一般安装在回水管上。
平衡阀在变流量系统和定流量系统中均适用。因为平衡阀一经调整后，其开度和阻力系数不再发生变化，在变流量系统中，总流量发生变化，各支路的流量会与总流量以相应的比例发生变化。例如：在分阶段变流量系统中，当系统供给的总流量是设计总流量的65%时，各用户的流量也为设计流量的65%，使各用户的流量分配达到分阶段变流量的要求。
参考文献：
[1] 马仲元，张志红，岳少青．供热管网水力平衡调节方法的研究[J]．河北建筑工程学院学报，2005（12）
[2] 王 婷．浅谈供热管网水力平衡[J]．山西建筑，2010（10）
[3] 供张庆．热管网水力平衡调节方法的研究[J]．内蒙古石油化工，2011（6）
[4] 戴亚星．热力管网水力平衡调节问题浅析[J]．黑龙江科技信息，2013（6）
关键词：热力管网；水力平衡；调节
中图分类号：TU995.3文献标识码： A 文章编号：
近年来，集中供热和区域供热得以大力推广，热水供热管网逐渐增多。但热力管网在运行中普遍存在水力失调的问题，攻克这些技术难关，具有极大的现实意义。水力工况失调是热力管网普遍存在的现象，它的出现造成近端过热，远端过冷的状况，不但降低了供热系统的效率而且恶化了供热质量，同时，能耗和运行费用也大幅度增加，特别是供热面积大、管线距离长、分支节点多，用户结构复杂的大型管网就显得更为突出。如何实现热力管网的水力平衡，消除业己失调的运行工况，提高管网的经济性、安全性和可靠性，改善供热质量，是我们目前所面临的问题。
一、热力管网水力失调
在进行热网系统的水力工况计算时，由于管道内热媒的流速不允许超过限定流速和可供选择的管道管径规格有限等各种因素的限制、网路未进行初调节以及运行工况的变化等造成了热用户实际流量偏离要求的流量。把热水供热系统中各热用户的实际流量与要求的流量（即规定的流量）之间的不一致性，称为该热用户的水力失调。
水力失调度是各热用户的实际流量与热用户的设计流量（规定流量）的比值，即：
式中：——水力失调度；
——实际运行流量，m3/h；
——理想流量（设计流量），m3/h。
在热力管网系统中，分析水力工况就是要确定在具体条件下网路流量分配变化的情况。这样水力失调度即可表示热力管网系统水力失调的程度。当=1时，即热用户的设计流量等于实际流量，此时热力管网系统处于稳定水力工况。当远大于1或远小于1时，热力管网系统水力工况失调严重。
在热力管网中，水力失调主要表现是：各管段流量输配不合理，致使各个用户的室温冷热不均，靠近热源近端的用户过热，室温高达25℃以上，用户被迫开窗散热，使大量热能流失；而远离热源的末端，则常常达不到设计室温，有的甚至低于10℃（我国室温设计要求一般为18℃），严重影响了城镇居民的日常生活和工作，为供热管理带来很多问题。
二、水力失调产生的原因
1、产生水力失调的根本原因
产生水力失调的根本原因是在某运行状态下热力管网的阻力特性不能与在用户所需要的流量下实现各用户管段的阻力相等，也就是我们通常所说的阻力不平衡。
2、产生水力失调的客观原因
产生水力失调的客观原因有如下几个方面：
（1）热力管网管道规格的离散性，加上热力管网上各种设施的不规则性，使系统必须经过人为调节，才能实现水力平衡。在热力管网设计时，通常所遵循的原则是，满足最不利点所必需的资用压头。这样就会使其它管段（用户）的资用压头都会有不同程度的富裕量。在自然状态下来分配各个管段（用户）流量，必然产生水力失调。
（2）循环水泵选择不当，流量、扬程过大或过小，都会使工作点偏离设计状态，从而导致水力失调。
（3）系统中用户的增加或减少，即热力管网中用户点（即管网上的节点数量）发生变化，要求各管段流量重新分配，从而导致水力失调。
（4）系统中用户用热量的增加或减少，即用户的流量（即节点流量）发生变化，也要求各管段流量重新分配，导致水力失调。
目前，绝大多数的用户系统是单管顺流式采暖系统，缺少必要的调节设备，也会导致水力失调。
三、解决热力管网水力失调的途径
1、用附加阻力消除用户剩余的资用压头
在系统设计时，热力管网各个管段的阻力实现平衡（相等）实际上是做不到的。循环水泵的扬程是按照最不利（阻力最大的）管段所消耗的阻力来确定。因而在设计无误时，其它各个环路都存在着或多、或少的剩余压头。这些剩余压头都要在系统正式运行之前通过初调节予以消除，如果不能消除，就会造成水力失调。
一般情况下，通过人工调节阀门实现系统阻力平衡是极为困难的，其原因是：调节过程互相影响，需反复调节。就算耗费大量人力，通过很长时间，对庞大的热力管网调节到基本平衡。一旦系统中，用户或用户负荷变化时，将会前功尽弃，必须重新调节。在用户系统安装完善的自动调节设备（如温控阀，平衡阀等，实质上是自动改变附加阻力）是解决这个问题的一种有效方法。
这种在用户系统中安装自动调节设备来消除剩余压头，使得各个环路实现阻力平衡的措施，在供热行业，被称为“附加阻力”平衡技术。它的特点是循环水泵具有足够的流量和扬程，可以减少部分过热用户的热量浪费，以获得节能效果。
2、用附加压头提高用户不足的资用压头
当系统循环水泵实际扬程不够时，采取附加阻力的方法来调节系统的阻力平衡是做不到的，除非先更换水泵或部分管道规格。有些处于系统末端的部分用户不热的原因是供给这些用户的循环流量不够，其实质是入口供回水压差不够。可以在该管段安装低扬程、小流量的水泵，以提高用户系统的压头。
这种在用户系统入口安装不同规格的小水泵来补足资用压头的欠缺部分，使各个环路实现阻力平衡的措施，在供热行业，被称为“附加压头”平衡技术。它的特点是除了具有“附加阻力”平衡技术所能获得的节能效果外，可使水泵电耗大大降低，节能效果更显著。
3、解决水力失调常用的设备
（1）稳态调控设备。稳态调控设备也可称为定阻力设备，包括节流孔板、普通阀门、调节阀、平衡阀等。它们共同的特点是：通过人工调节设定其开度，匹配各个管段的阻力，消除剩余压头，即可实现水力平衡。其中，节流孔板的阻力设定后无法调节，而普通阀门和调节阀的阻力虽然可以调节，却没有定量的手段，所以它们基本无法使用；平衡阀可以借助其专用仪表定量，通过手动调节来匹配管网系统中各个管段的阻力，使系统实现水力平衡，但它的调试比较繁琐，管网系统越大，调试也越困难；当管网系统扩容后，其阻力特性改变，又需重新进行调试；平衡阀的调节效果因人而异，其系统稳定性也每每不同。因此平衡阀的实用性不能满足使用要求。
（2）动态调控设备。动态调控设备也可称为自力式变阻力设备，这种设备的品牌很多，其原理相近，结构多种多样，主要包括自力式流量控制阀、自力式压差控制阀等。它们能够根据阀门前后（或系统）压差的变化自动调节阀门的阻力，保持流量或压差的恒定，流量或压差还可以随时设定调整。变阻力设备适用于动态系统中克服动态失调，也可用于稳态系统克服稳态失调。近几年国内开发的动态调控设备发展迅速，用在稳态系统中克服稳态失调的成功范例很多，但其实用性、耐久性和可靠性有待改进。
如我市部分小区热力管网上安装的“恒流量调节阀”就是一种全新的动态调控设备，一个阀门不仅可以恒定流量，也可恒定压差，而且在恒定压差的同时仍具有调节和恒定最大流量的功能。它可以用于动态系统或稳态系统，也可用于动态和稳态混合的系统，还可以配套上阀门执行器，实现远程自动控制。在性能指标、耐久性、可靠性、外观及内在质量等各个方面均有较大提高，可以缓解水力失调带来的影响，保证集中供热室外管网实现水力平衡，初步实现节能运行，为进一步实施其它的节能技术措施提供可靠的保障。
4、一级管网水力平衡改造
若一級管网中部分换热站在整个采暖季的水力平衡度始终小于1，即实际流量达不到设计流量，那么将无法保证该部分换热站二级管网所输送的热量能够满足热用户的用热需求。在各热力入口的供水管段或回水管段安装平衡装置来改善水力工况是目前国内各热力企业普遍采用的办法，换热站一次网安装平衡阀阀对二次网温度进行控制，从而对一次网平衡起到水力平衡的调节。
与普通阀门不同，平衡阀的阀杆处设置有开度指示、阀门锁定装置以及两个测压管。在管网进行平衡调试时，通过专门的智能仪表连接阀前后的两个测压管，测出流经阀门的流量值，并通过智能仪表计算出阀门在设计流量工况下的开度值，并将平衡阀开度锁定。开度锁定后非管理人员就不能随意改变开度，除非有用户增减，才需要对整个管网的平衡阀使用智能仪表进行重新调试。
平衡阀比一般阀门的调节性能好，它的阻力系数一般在10～15之间（一般的截止阀的阻力系数在7～10之间）。平衡阀在安装时，为避免平衡阀入口处出现较大的扰动，平衡阀前后应有5倍和2倍管径长的直管段。为了保持平衡阀在低温状态下工作，平衡阀一般安装在回水管上。
平衡阀在变流量系统和定流量系统中均适用。因为平衡阀一经调整后，其开度和阻力系数不再发生变化，在变流量系统中，总流量发生变化，各支路的流量会与总流量以相应的比例发生变化。例如：在分阶段变流量系统中，当系统供给的总流量是设计总流量的65%时，各用户的流量也为设计流量的65%，使各用户的流量分配达到分阶段变流量的要求。
参考文献：
[1] 马仲元，张志红，岳少青．供热管网水力平衡调节方法的研究[J]．河北建筑工程学院学报，2005（12）
[2] 王 婷．浅谈供热管网水力平衡[J]．山西建筑，2010（10）
[3] 供张庆．热管网水力平衡调节方法的研究[J]．内蒙古石油化工，2011（6）
[4] 戴亚星．热力管网水力平衡调节问题浅析[J]．黑龙江科技信息，2013（6）