節約能源和環境保護已經成爲了我(wǒ)國的基本國策。近年來分(fēn)布式集中(zhōng)供熱和熱電聯産項目的不斷建設，有力地提高了供熱系統的熱能利用率。當前國家對節能問題的重視，不僅在于産品本身，供熱系統的節能運行也受到越來越多的關注。

    根據中(zhōng)國節能協會最新發布的2017年《中(zhōng)國建築能耗研究報告》表明全國建築總能耗爲8.57億噸标煤，其中(zhōng)采暖占比50%，城鎮單位能耗強度爲12.9 kg标煤/m2, 供熱方式中(zhōng)三分(fēn)之一(yī)來自于熱電聯産，三分(fēn)二來自于鍋爐，這些供熱管網中(zhōng)都存在不同程度的熱量損耗。

    供熱管網能耗主要由水力失調所産生(shēng)，克服水力失調，實現供熱管網的水力平衡，提高管網的經濟性、安全性和可靠性，改善供熱質量，是供熱行業需要達到的目标。

本文将對供熱管網水力失調的原因和平衡的調節方法進行簡單的探讨和數學分(fēn)析

1、水力失調産生(shēng)的原因

     水力失調的定義：在熱水供熱系統中(zhōng)各熱用戶（各鍋爐）的實際流量與設計要求流量之間的不一(yī)緻性。在供熱學中(zhōng)，水力失調的程度可以用實際流量與設計要求流量的比值來衡量。

（1）、水力失調的根本原因

    水力失調産生(shēng)的根本原因就是供熱管網在運行狀态下(xià)的動力特性不能夠與在用戶所需要的流量下(xià)産生(shēng)的各用戶間阻力完美匹配，從而産生(shēng)阻力不平衡的情況，就會直接導緻供熱系統中(zhōng)熱用戶的實際流量與要求的流量不一(yī)緻，也就是水力失調。

（2）、水力失調的客觀原因

   客觀原因一(yī)，供熱管網系統較爲複雜(zá)，有很多不規則的設施和多種規格的管道，這些設備和管道都需要人爲的進行調節，才能夠調節水力的平衡，不過在實際操作中(zhōng)，對于這些設施和管道的調節難度很大(dà)，很難達到完美的水力平衡調節效果。同時，在設計供熱管網時，一(yī)般都遵循滿足最不利點所必需的資(zī)用壓頭的原則。這樣其他管道用戶資(zī)用壓頭都會出現富裕的情況，各管道用戶的流量分(fēn)配就會産生(shēng)差異，導緻水力失調。

   客觀原因二，供熱管網系統的循環水泵選擇不合理，流量、揚程與供熱管網系統的要求不相符，導緻實際工(gōng)作點不符合設計要求的技術條件，所以就産生(shēng)了水力失調的情況。

   客觀原因三，供熱系統中(zhōng)發生(shēng)了用戶量增減的情況，這時候供熱管網中(zhōng)的節點數量發生(shēng)了變化，各管道流量也會重新進行分(fēn)配，阻力參數也随之産生(shēng)變化，這時候就會使水力失調。

2、供熱管網水力失調分(fēn)析及其危害

（1）供熱管網水力失調分(fēn)析

      當某個用戶調節其流量時，其他用戶的流量也發生(shēng)變化。從設計思路來說，所有用戶的總流量之和應與鍋爐的流量保持一(yī)緻，但實際使用過程中(zhōng)，用戶側的使用并不能保證同步，所以大(dà)多數情況下(xià)，一(yī)次側流量都會大(dà)于二次則流量；

從另一(yī)個角度來說，用戶之間離(lí)一(yī)次側的距離(lí)不同，所以各用戶的管網阻力不同，流量分(fēn)配也因阻力的原因而不相同。如上圖示，實際使用中(zhōng)，最靠近鍋爐側的用戶1會出現過熱現象，而鍋爐側最遠處的用戶n會出現溫度達不到要求的現象；在實際運行中(zhōng)，供熱公司一(yī)般隻能采用，增大(dà)一(yī)次側流量或者提高供熱溫度的方法來解決遠端用戶不熱的問題，但這種做法是通過犧牲管網能耗來實現的，存在很多弊端，嚴重的會出現水泵過載造成停機。

（2）一(yī)次熱網水力失調的危害

  ◢  “燒”泵，使水泵超出其工(gōng)作範圍。

  ◢  “盜用”，使水泵不能提供要求的特性。

  ◢  造成反向水流，使水泵沒有工(gōng)作環路的末端仍 然加熱。

  ◢  使系統工(gōng)作條件與設計條件不相符，即有别于最佳工(gōng)作條件。

       水力平衡具有一(yī)網中(zhōng)各個熱源在其他熱源流量改變時保持本身流量不變的能力。供熱管網是一(yī)個複雜(zá)的流體(tǐ)網絡系統，不管是熱源和熱用戶，它的運行工(gōng)況受工(gōng)作條件、環境、時間、制造和施工(gōng)等多方面的影響。

（3）、 二次熱網水力失調的危害

      從節約能源的角度，通過合理的二次網水力平衡調節，可以有效降低水、電、熱的單耗，節約水、電、熱的運行成本，爲供熱企業節省成本支出，提高企業效益。在二次網水力工(gōng)況存在不平衡的情況下(xià)，有的樓棟尤其是近端住戶，室内溫度偏高，遠端住戶室溫偏低不達标。這時會産生(shēng)以下(xià)幾種情況：

     一(yī)方面，爲了保證上述住戶室溫達标，供熱企業要提高整個二次網供熱溫度參數，普遍提高住戶室内溫度，熱的用戶室溫更加熱，冷的用戶室溫接近達标，浪費(fèi)了大(dà)量的熱 能；

     另一(yī)方面，供熱企業加大(dà)二次網循環泵的流量，使管網趨于平衡，浪費(fèi)了大(dà)量的電能；同時，不達标住戶在散熱器各末端私接水龍頭洩放(fàng)供熱系統水，也導緻系統熱能和水的流失。如果能夠做好二次網水力平衡調節，将消除供熱系統的水力失調，節省水、電、熱的單耗，避免通過簡單提高供熱溫度參數和循環泵流量或在用戶端加水龍頭的方法來應付解決。從而減少二網的水平和垂直失調程度。

3、水力不平衡問題的解決方案

      供熱管網中(zhōng)存在水力不平衡問題長期以來都是供暖行業必須面臨的一(yī)個問題，随着行業的發展，大(dà)家都進行了不同程度的研究并提出了不同的解決方案，有采用變流量系統的，也有采用流量調節閥的，最終目标都是爲了實現水力平衡。我(wǒ)們今天要提出的是一(yī)種更簡單直接的解決方案，那就是在一(yī)次側和二次側之間安裝均壓罐（又(yòu)名去(qù)耦罐）。

     在詳細介紹去(qù)耦罐前，我(wǒ)們先建立一(yī)個數學模型從原理上來分(fēn)析一(yī)下(xià)供熱管路。

（1）帶均壓罐的水利系統模型

     無論是外(wài)網還是内網，熱水管路都是由許多串聯和并聯管段組成的，熱水管路系統中(zhōng)各管段的壓力損失和流量分(fēn)配，取決于各管段的連接方法——串聯或并聯連接，以及各管段的阻力數S值。

    電學中(zhōng)所接觸的電流定律（基爾霍夫第一(yī)定律）和電壓定律（基爾霍夫第二定律）同樣适用于供暖系統的水力計算。

（一(yī)）  基爾霍夫流量定律：

    流入節點與流出節點的流量代數和爲0；

（二）  基爾霍夫壓降定律：

    供暖系統任意一(yī)個回路，各管段的壓降代數和爲0。

    由此，我(wǒ)們構建一(yī)個數學模型，将熱源或者熱用戶等效爲“電阻”1,2,3；支路阻力數用S表示，流量用G表示。

    分(fēn)析可得：在運行工(gōng)況和設計工(gōng)況一(yī)緻時，所有支路阻力均爲S0時，流量比G1：G2：G3=3:1:1，流量在1處“抄近道”，即出現水平失調；當降低紅色管段阻力至爲原來的1/10時，水力失調度出現大(dà)幅下(xià)降。然而在用戶或者熱源位置确定的情況下(xià)，管段阻力跟長度和直徑有關，無法一(yī)味降低管段長度來降低水力耦合度，增加直徑等提高了管網成本，也不現實。

（2）均壓罐的定性分(fēn)析

      因此在一(yī)網采用均壓罐，消除水力耦合是一(yī)個經濟且容易實現的方法；而在二網采用閥間的相互配合調節流量等是一(yī)種快速使用戶獲得舒适供熱的途徑，以及采用分(fēn)布式輸配理念特别是在高層供暖時。

     同時，當用戶流量變化時，鍋爐流量也将發生(shēng)變化。

    均壓罐避免了不同循環水路的水泵相互幹擾的現象，我(wǒ)們注意到這些現象尤其存在于老系統中(zhōng)，一(yī)次側流量（Q1）和二次流量（Q2）相比通常有三種狀态，即：Q1=Q2、Q1>Q2、Q1<Q2。 從圖示的分(fēn)析中(zhōng)可以看出，三種情況下(xià)循環系統内流量都能通過均壓罐實現平衡。

4、均壓罐實現水力平衡的項目驗證

      下(xià)面爲北(běi)京某集中(zhōng)25萬平米供暖項目采用的均壓罐水力平衡系統，該項目采用5台ELCO的R3410冷凝燃氣鍋爐，每台制熱量爲2MW，爲了得到一(yī)手數據來驗證均壓罐的作用，我(wǒ)們對安裝均壓罐前後的流量都做了檢測和統計。

       采用均壓罐後，流量波動很大(dà)程度得到了緩解，流量振幅偏差收窄，節能效果大(dà)大(dà)提升。

在供熱系統中(zhōng)使用均壓罐能有效緩解水力不平衡現象從理論分(fēn)析上是正确的，實際應用也很好地驗證了這個理論。

      ELCO冷凝鍋爐采用獨特的全預混燃燒技術，根據負荷需求自動調節燃燒所用的空氣和燃氣比例，使空氣和燃氣始終保持在最佳的混合比，實現完全燃燒。同時鍋爐配備的專業燃燒控制系統，具有氣候補償功能。可以根據外(wài)界氣候變化，自動調節鍋爐出水溫度以及運行數量，達到最佳節能的目的。

冷凝鍋爐采用ELCO專業開(kāi)發的水冷式熱交換器，不鏽鋼管外(wài)部帶有螺旋形翅片，熱導性能非常好，換熱充分(fēn)。管内流動的冷水能夠迅速降低火(huǒ)焰的溫度，抑制有害物(wù)的生(shēng)成，與表面輻射式燃燒相比，在不犧牲熱效率的同時，達到低氮排放(fàng)的要求。

     在輸配系統方面，在一(yī)網采用水力去(qù)耦理念，配備了均壓罐，使每台鍋爐實現自助式流量分(fēn)配，大(dà)大(dà)減少了水力失調帶來的泵耗。