热网平衡要点.doc

热网平衡要点华北油田计量中心站 韩郁林廊坊市爱能节能技术 张丙礼【摘 要】热网平衡是供热的根底工作，本文主要介绍了热网平衡的意义，有关设备结构、性能，推荐了几种典型供热系统及其节能潜力关键词】平衡 自力式流量控制阀 供热的主要目的是为了获得舒适的室内温度，同时满足节能减排的要求平衡是完成这一目的最根底的工作，但这一工作又是非常乏味的；在能量不太昂贵的情况下，这项工作没人愿意去做然而世界屡次的能源危机清楚地说明，不管目前能源的价格如何，我们必须减少对能源的消耗和依赖现在大家已经越来越清楚地认识到，热网平衡的重要性热网平衡是一种控制方法，它将控制回路集成到热网水力系统中，以最少能消耗用取得真正的舒适性热网平衡包含：热源、传输管道、用户必须同时获得并保持所需流量1、供热的根本原理请看房间采暖示意图及供热的三个根本公式：1．1 围护结构的根本耗热量公式： Q3=Kw.Fw〔tn-tw〕式中： Q3——围护结构的根本耗热量，W； Kw——围护结构的传热系数，W/〔m2·℃〕； Fw——围护结构的传热面积，m2； tn——采暖室内计算温度，℃； tw——采暖室外计算温度，℃。

1．2 散热器的散热量公式： Q2=Ks·Fs〔tpj-tn〕 tpj=〔tg-th〕/2式中： Q2——散热器的散热量，W； Ks——散热器的传热系数，W/〔m2·℃〕； Fs——散热器的散热面积，m2 tpj——散热器内热水平均温度，℃1．3 热水循环传递热量公式： Q1=4187G〔tg-th〕/3.6 式中： Q1——热水传递的热量，W； G——循环流量，t/h； tg——供水温度，℃； th——回水温度，℃房间的传热遵从Q1=Q2=Q3这个等式，也就是围护结构的根本耗热量、散热器的散热量和热水循环传递热量是相等的，这三个公式告诉我们，在围护结构、散热器确定的前提下，要保持人们需要的室内温度，热水的循环流量和供水温度要与室外温度相适应为了适应室外温度的变化，循环流量和供水温度可以同时调节〔质、量并调〕；也可以流量固定，调节供水温度〔质调节〕；还可以供水温度固定，调节流量〔量调节〕供热单位大多采用选择一个适宜的流量加以固定，调节供水温度适应室外温度的变化〔质调节〕，因为这一方式比拟容易实现如果只给一间房子供热，确定一个适宜的流量就很简单，然而，我们的供热对象是千家万户，每个房间很难同时满足所需的流量，也就出现了冷热不均问题，可见供热的难点是在流量分配上。

2．流量输配的根本原理2．1 热网先天存在近端流量大远端流量小的问题请看供暖系统图、水压图和流量分配遵循的三个根本公式：2．1．1 沿程阻力：每米管长的沿程损失〔比摩阻〕R=6.88×10-3K0.25Pa/m■Pa/mGt——管段的水流量 t/h d——管的内径 m ρ——水的密度 kg/m3K——管壁的当量绝对粗糙度 m， K=0.5×10-3m2．1．2 局部阻力：水网路局部损失 △Pj=∑ζ■Pa∑ζ——管段的总局部阻力系数 ρ——水的密度 kg/m3 v——水的流速m/s2．1．3 伯努里方程：■+Z1+■=■+Z2+■+△H1-2 mH2O式中：P1、P2——断面1、2的压力，Pa；Z1、Z2——断面1、2的管中心线离某一基准面的高度，m；ν1、ν2——断面1、2的流体平均流速，m/s；ρ——流体的密度，kg/m3；g——自由落体的重力加速度，9.81m/s2；△H1-2——流体流经管段1—2的压头损失，mH2O上述公式和水压图说明了流量输配的根本规律：流量输配时受沿程阻力和局部阻力的影响，在供水管与回水管之间产生近端压差大、远端压差小的的偏差，从而造成近端流量大、远端流量小的问题，无论我们设计的多么仔细和完善，都不能彻底解决这一平衡问题，真正的平衡只能靠设备控制来实现。

2．2 管道锈蚀会大大增加管道的粗糙度，压力降将增加40%~70%；管道直径误差每1%引起的压力降计算误差为5%，且管道的规格还是不连续的；水温在20~80℃时，管道压力降减少12-18%因此，系统水力平衡计算很明显是一项既具近似性但又必须做的工作，真正的平衡只能通过设备控制来获得2．3 只依靠温控阀也不能解决热网平衡2．3．1 温控阀不能弥补系统设计中的根本错误，也不能确保各组散热器之间流量的合理分配当系统启动时，例如每天早晨，温控阀取用着最大可能的流量，经常会损害系统的其他局部为防止这些影响，应将每个散热器的流量通过另一控制设备限制到设计值2．3．2 温控阀需要其他设备提供适宜的压差才能正常工作2．3．3 温控阀必须有人去调，才能既感觉舒适又节能以上阐述充分的说明：每个房间散热器所需要的热水流量是控制出来的，不是设计出来的；每组散热器都要装有流量控制设备；工作人员要入室反复细调3．热网必须控制，热网必须平衡供热的目的是在保障每个房间都到达所需温度的前提下，还要节能减排要实现这一目的，就必须首先保障每个房间所需要的热水流量，尽量做到不多也不少流量少了，室内温度不够；流量多了，室温过高，浪费电能和热能。

总之，热网控制平衡后有如下好处： 3．1 解决冷热不均、提高收费率、减少维护量3．2 节热能15~20%、节电20~70%、节水、多带面积、减少设备投资进一步说明如下：热网没有调平，要想保障最不利用户根本到达室温要求，整个供热系统平均每平方米建筑面积需要循环流量为4kg/h以上〔调平后循环流量为3kg/h以下〕，造成电能的浪费同时，由于近端用户流量相对过大，室温偏高，从而造成整个热网实际平均室温比设计室温高出2℃以上，造成热能的浪费a． 流量与耗电功率的关系式：N1/N2=G13/G23N1、N2——平衡前、后的耗电功率kW；G1、G2——平衡前、后的循环流量kg/h将G1=4 G2=3代入上式 ，得 N1/N2=2.2即平衡以后，循环泵可节约电能55%以上 b．供热时，房间温度高于所需温度1℃将引起能耗增加，此增加量可由以下公式估算〔瑞典公式〕：S%=■式中：tic——房间设计温度， ℃； tec——室外设计温度，℃； ai——内部得热影响房间温度，以温度值表示，2℃； Sc——季节平均供热量与最大需热量之比，0.4；S%——房间温度升高引起的能耗增加量，以季节能耗的百分数计算。

例：当房间温度18℃，室外温度-9℃〔北京地区室外计算温度为-9℃〕S%=■=■=10%即平衡以后，室内平均温度降低2℃时，在北京地区可节约电能20%以上4．热网平衡的实用设备热网平衡设备的功能主要是利用流量输配根本规律平安实现流量按需分配，实现这一功能的主要公式是利用沿程阻力和局部阻力公式的导出公式：△P=R〔L+Ld〕=SV2其中S=6.88×10-9■〔L+Ld〕ρ Pa/〔m3/h〕2S——网路计算管段的阻力数，Pa/〔m3/h〕2，它代表管段通过1m3/h水流量时的压降；在水温参数下网路各管段的阻力数S只和管段的管径d、长度L、管道内壁当量绝对粗糙度，以及管段局部阻力当量长度Ld的大小有关，即网路各管段的阻力数S仅取决于管段本身，它不随流量而变化4．1 自力式流量控制阀：4．1．1 定义：工作时不依靠外部动力，在压差控制范围内，保持流量恒定的阀门；4．1．2 功能：设定、保持被控设备的流量；4．1．3 结构：本阀主要由自动和手动两局部组成，自动局部由自动阀瓣、弹簧和膜片组成，手动局部由手动阀瓣、刻度尺组成，二者由一个公共的腔体有机地结合在一起；4．1．4 原理：手动局部两边的压差通过导压管作用在膜片的两侧，手动局部设定流量大小，自动局部保持手动局部两边的压差不变，从而保持设定的流量不变。

当流量增大时，那么手动局部两边的压差增大，膜片克服弹簧的弹力带动自动阀瓣关小自动阀口，减小流量；反之，增加流量，这样，就保证了设定的流量始终不变4．2 压差阀：4．2．1 定义：工作时不依靠外部动力，在压差控制范围内，保持被控阻力件两边压差恒定的阀门；4．2．2 功能：稳定被控阻力件的压差，使回路之间相互独立4．2．3 结构：本阀主要由阀体、自动阀瓣、弹簧、膜片和导压管组成4．2．4 原理：被控阻力件两边的压差通过导压管作用在膜片的两侧，当被控阻力件两边的压差增大时，膜片克服弹簧的弹力带动自动阀瓣关小自动阀口，减小流量，从而降低被控阻力件两边的压差；反之，增大被控阻力件两边的压差，这样，就保证了被控阻力件的压差始终不变4．3 均流阀：4．3．1 定义：通过切换孔径来改变流通能力的阀门；4．3．2 功能：使被控阻力件得到所需要的流量；4．3．3 结构：本阀主要由阀体、可调孔板组成；4．3．4 原理：可调孔板上有几个大小不同的标准孔，在同样的压差下，每个孔通过不同的流量，它与流量阀或压差阀连用，效果最正确4．4 温控阀：4．4．1 定义：是一个受控于膨胀元件的自力式自控阀门，它根据温度设定值于室温的差值，逐渐进行开启和关闭；4．4．2 功能：控制通过散热器的流量，从而控制散热器的散热量，保持室内的温度不便；4．4．3 结构：它由阀体、自动阀瓣、感温元件和弹簧等部件组成；4．4．4 原理：当室内温度高于给定的温度值时，感温元件热膨胀增大，克服弹簧弹力，带动自动阀瓣，关小阀口，减小进入散热器的流量，散热器的散热量自动减小，室温随之下降；反之，室温随之升高。

5．热网平衡控制设备使用方案假设一采暖系统：无平衡设备，每平米循环流量4kg/h时，热网末端根本到达所需温度16℃；此时热网平均室温20℃，采暖期热能费用20元/平米，循环泵耗电费用1.2元/平米以下使用方案，不但介绍了方案的组成，还介绍了设备投入与效益的比照，而节能效益的计算是以上述假设为前提的5．1 楼间的平衡此安装方案：在单体建筑热入口回水管上安装一个流量控制阀，按每平米循环流量3.5kg/h调节此方案节电33%，节电费0.4元/平米；室温平均降低0.5℃，节热5%，节热费1元/平米；装阀投资0.5元/平米，一个采暖期节能费减投资为0.9元/平米，即一个采暖期就可收回装流量阀投资，并获利0.9元/平米5．2 单元间平衡此安装方案：在每个单元热入口回水管上装一个流量控制阀，按每平米循环流量3kg/h调节，此方案节电57.8%，节电费0.69元/平米；室温平均降低1℃，节热10%，节热费2元/平米；装阀投资0.7元/平米，一个采暖期节能费减投资为2元/平米，即一个采暖期就可收回装流量阀投资，并获利2元/平米5．3 户间的平衡此安装方案：在每户热入口回水管上安装一个锁闭流量阀，按每平米循环流量2.5kg/h调节。

此方案节电75.6%，节电费0.91元/平米；室温平均降低1.5℃，节热15%，节热费3元/平米；装阀投资1.4元/平米，一个采暖期节能费减投资为2.51元/平米，即一个采暖期就可收回装流量阀投资，并获利2.51元/平米5．4 暖器间的平衡此安装方案：在每户入口回水管安装一个锁闭流量阀，流量按每平米2kg/h调节并锁闭；在每个散热器回水管装一个均流阀，将流量调均此方案节电87.5%，节电费1.05元/平米；室温平均降低2℃，节热20%，节热费4元/平米；装阀投资2元/平米，一个采暖期节能费减投资为3.05元/平米，即一个采暖期就可收回。