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供热常识

新热计量方式下供热平衡与运行调节方式

    过去提倡的热计量方式是:每户分别安装热量表,室内散热器前安装自动温控阀,差压控制阀安装在每户的入口或每栋楼的入口。这种符合热计量的供热系统,本文称之为老式热计量系统。新式热计量方式指的是符合“热量按楼计量,按住户面积分摊”要求的热计量系统,其特点是:在每个单体热用户的进口安装自力式差压控制阀或可调式差压控制阀、热量表,户内的散热气前安装自动温控阀。然而,对于采用这种新式的按热量收费方式的供热系统,怎样调节和运行才能达到比较好的运行效果,很多供热单位却并不十分了解,因此,有必要对这种新的供热形式进行分析,并找出相适宜的运行和调节方式。

    一、按户计量和按楼计量供热系统的不同之处

    我们国家早期进行的热计量试点工程,都是建立在按每一住户进行供热热计量,按实际用热量收取热费的模式。即在每一个楼或住户的进口安装自力式差压控制阀,每一个住户的进口安装热量表、住户的每一组散热器前安自动温控阀。这种模式有以下几方面的问题:第一,大量的户间传热问题不能很好地解决。第二,供热公司的水质普遍较差,影响热量表的计量。第三,热计量设施成本高、使用寿命短。第四,冷山多的顶层住户、底层住户、把山墙住户热耗高与其它住户的问题难于得到很好的解决。第五,当初的热计量,笔者将其定义为“用户主动变流量系统”,供热量的调节权力在于住户,而不在于热力公司,住户的室内温度的最大值是28摄氏度,既有供热公司的循环泵、锅炉是原来按18摄氏度设计的,远远达不到28摄氏度这个要求,所以造成了严重的热力失调。

    “热量按楼计量,按住户面积分摊”的新式热计量(以下称新的热计量)系统克服了上述的几个缺陷,可行性、实用性都比较强,得到了众多人士的认可。这种系统现行的基本做法是:在每一个楼的进口安装自力式差压控制阀、热量表,每一个住户的每一组散热器前安自动温控阀。

    上述这些关于热计量的设备在热计量供热系统中的作用:

    热量表:热计量的收费方式,热量表是必不可少的关键设备,没有它热计量将无从谈起。热量表的主要元件是流量仪、温度传感器件和积算仪。

    温控阀:温控阀是由住户根据自己的愿望,用来调节室内温度并自动维持室内温度恒定的一种自动温控节流阀。温控阀由温包和一个调节阀组成。

    自力式差压控制阀:自力式差压控制阀分为两种,一种是定差压的,另一种是可调差压的。它有两个作用,第一是保证温控阀的正常工作压差,不能超出0.1Mpa;第二是保证并稳定本楼的正常压差,不会因热网其它热用户压力和流量变化而使本楼的压差发生变化。

    与当初以每个住户为目标的热计量不同的是,现在所倡导的热计量是“热量按楼计量,热费按住户面积分摊”的计量方式,是以每一个楼为计量目标的,作为一栋楼内的一个住户,没有可能去左右整个楼的供热量,也不可能主动关小自己家的温控阀,因此,这种热计量系统不再是“用户主动变流量系统”,而是一个供热公司主动的定流量或变流量供热系统。

    二、按面积收费和热计量收费与热用户的不同心态

    按面积收费时:

    热用户的心态:室内温度不低于18摄氏度,温度越高越好,反正热费是一样的。

 

    供热公司的心态:所有用户室温都达到18摄氏度,不能有低的18摄氏度,也不能有高的18摄氏度。温度低了,收费困难;温度高了,公司就要赔钱了。

    按新式计量收费时:

    热用户的心态:室内温度最好18-20摄氏度,温度搞了,热费高;温度低了,虽然热费也低,但舒适度差。

    供热公司的心态:所有用户室温都达到18摄氏度以上,不能有低的18摄氏度,温度低了,收费困难;最好能高于18摄氏度,温度高了,公司可以取得更多的热费收入,更多的利润,如同商场多卖东西可以多挣钱一样。

    在按面积收费时,热力公司的热费收入是固定的,最大目标是,满足所有用户室内18摄氏度,不能过高也不能过低。在按新热计量收费时,供热公司的热费收入是变动的,直接与用户的用热量挂钩,因此,这时的最大目标是,满足所有用户室内温度18摄氏度以上,只能高不能低。由于这个原因,在实行新的热计量收费以后,热用户的室内温度可能会有所提高。。。。。。

    三、新热计量系统平衡方法的现状

    几年来,天津市在热计量设备的使用上走在了其他省市的前面,山东、河北、北京紧随其后,我们接触了一些供热公司,他们大多安装了适应老式热计量系统的控制设备,在供热调试阶段,普遍出现了严重的水力失调,调节起来滚南很多,笔者认为其原因是:用户的散热系统包括温控阀,其散热能力是达到室内28摄氏度以上,但由于现行的收费方法还是按面积收取热费,所以,用户没有人去关小温控阀,关到18-20摄氏度,而我们的热源、循环泵即使全部开启,也达不到这样高的要求,这就造成了热力和水力的失调。所以,为了达到水力平衡,供热公司不得不进行人为的初调节。正是由于这个原因,定差压的自力式差压控制阀满足不了供热公司的需要,生产企业又开发出了可调差压的自力式差压控制阀(据笔者了解,目前,国内还没有一个行业的或国家的可调式差压控制阀的标准)。实际使用时,用超声波流量计测量热用户的流量,用可调式差压控制阀调节用户流量,达到管网的平衡。这又有两方面的困难,第一,多数热用户不具备足够的直观段,测量的精度大打折扣;第二,国产差压控制阀的精度不够,很多的流量值调节不出来。

    由于热用户没有人去关自己家的温控阀,因此,虽然安装了适用于“用户主动变流量”的热计量控制装置,在供热收费方式没有改成按热量收费之前,实际运行还是和传统的供热系统一样按定流量运行。

    传统的按面积收费和“热量按楼计量,按住户面积分摊” 的热计量系统对于任意一栋楼的住户来讲,只是供热收费的计价基础变了,假设室外温度和往年一样,室内温度还是18摄氏度,所交的热费也基本一样。由于热费是“按楼计量,按住户面积分摊”,所以自家热费的高低自己没有决定权,既适你关小自己家的暖气阀门,少用了热量,热费却不能少。由此,住户没有人去关自己家的暖气阀门,那么,住户的循环流量还是比较稳定的,供热系统的循环流量也基本是定流量的。因此,即使实现了供热收费的按热计量收费,从热网的控制方式来看,这种系统将依然是和传统的供热系统一样,是定流量系统。

    四、新式热计量系统运行调节方式

    1、楼前可调差压控制阀加流量计加散热气前温控阀

    新建的供热小区,大多使用楼前可调差压控制阀加流量计加散热气前温控阀的这种设计方式,与之相适应的运行方式有两种:第一,供热公司主导的定流量质调节的运行方式;第二,“热用户主动变流量”而供热公司被动变流量的运行方式。

    根据前面的分析,新式热计量系统是一个定流量的供热系统,用户不会自己去进行调解,因此,这种形式的热计量只能采用供热公司主动的定流量质调节运行方式。

    可调差压控制阀调节的目标是差压,用差压来调流量虽然也是可以的,必须配合超声波流量计,比起使用自力式流量控制阀来,要麻烦很多,精度也要差一些。

     温控阀的开度调节范围是满足热用户室内5-28摄氏度。然而,在新式计量收费形势下,没有人去关小自己家的温控阀,供热系统将是一个定流量系统。由于存在上述两个因素,散热气前的温控阀是否还有必要?如果有必要,温控阀最高28摄氏度的设定温度是否还适用?这个问题值得讨论。笔者的观点是:温控阀没再安装的必要。

    2、楼前自力式流量控制阀加流量计加散热气前温控阀

    大量使用自力式流量控制阀进行热网平衡的既有供热小区和新建的供热小区,也可以使用楼前自力式流量控制阀加流量计加散热气前温控阀的这种设计方式,它适用的运行方式只能是定流量质调节运行方式,与新式热计量系统的定流量运行方式正好匹配。

    使用自力式流量控制阀进行管网调节,调节的对象是热用户的流量,比较直观、简便、准确,不必使用超声波流量计。

    温控阀的问题同上。

    3、楼前自力式阻力平衡阀加流量计加散热气前温控阀

    自力式阻力平衡阀是一种吸收了自立式流量控制阀和平衡阀各自的优点、克服各自的缺点而发明的一种全新的水力平衡元件(后面有具体的讲解)。

     新建的供热小区,也可以使用楼前自力式阻力平衡阀加流量计加散热气前温控阀的这种设计方式,适用的运行方式有三种:第一,供热公司的定流量质调节运行方式;第二,“热力公司主动变流量”的变流量运行方式;第三,供热公司主导的质量同时改变的质量并调运行方式。而根据理论的论证,质量并调的方式是供热效果与节能效果都能能达到最好的最佳的运行方式,现在,由于具有了自力式阻力平衡阀这样一种方便的、有效的管网阻力平衡工具,使得质量并调这一先进科学的运行方式得以推广开来。

    温控阀的问题同上。

    五、自力式阻力平衡阀

    要认识自力式阻力平衡阀首先要懂得热网的水力特性。

    一、热网水力特性公式:

    供热系统中热网上各用户之间总体上来讲都是并联的。由并联网路的特性公式:

    △P=S1?V12=S2?V22=S3?V32=…

    得并联网路V1:V2:V3…=1/:1/:1/…

    式中△P表示一个水力元件、一段管道或一个循环环路两端的压差;Pa/m2

    式中V1、V2、V3分别表示并联段管1、2、3的流量,m3/h;

    式中S1、S2、S3分别表示并联段管1、2、3阻力系数,Pa/(m3/h)。

    根据上面的基本公式,可以得出下面的结论:

    1、并联管段中各分支管的阻力状况(即阻力系数S值)不变时,即供热系统中各热用户的阻力系数不变时,网路总流量增加多少倍或减少多少倍,并联管段中各分支管段即供热系统中各热用户的流量也相应增加多少倍或减少多少倍。

    2、当并联管段中任一分支管段的阻力状况(即阻力系数S值)发生变化时,网路总阻力系数必然随着变化,而且网路总流量在各分支管段中的分配比例也相应地发生变化。

    根据上面的基本公式,又可以推导出下面的结论:(推导过程省略)

    当热网中某一节点的阻力系数发生变化之后,这一节点前面的管段(即热用户),流量将呈不等比例的变化;这一节点后面的管段(即热用户),流量将呈等比例的变化。

    根据供热管网的这些水力特性,当一个供热系统采用质量并调的运行调节方式时,循环水泵的变速运行相当于热网总出口的阻力状况(即阻力系数S值)发生了变化,循环泵出口后面的热用户即全部的热用户,其循环流量将等比例的变化。这就保证了循环泵变速之后管网的平衡。

    也就是当热网达到阻力(阻力系数)平衡后,管网上各支线、各用户阀门不再操作,其开度固定不变(各个热用户环路阻力系数不变),热网总流量再增减变化多少,网上各用户流量也按相同的比例增减变化多少,而不会改变原来的平衡状态。

    二、自力式阻力平衡阀的工作原理:

    自力式阻力平衡阀是在自力式流量控制阀和平衡阀的基础上,保留了这两种产品各自的优点,克服各自的缺点而发明的一种全新的水力平衡元件。

     该产在保留了自力式流量控制阀的自动调节孔板、压差自动平衡机构、手动调节孔板、压力控制反馈管路、设定流量的刻度标尺等结构基础上,增加了一个自动孔板锁定装置和两个与平衡阀相同的压力检测孔。锁定装置用来锁定自动孔板和压差自动平衡机构,不使用锁定装置时本阀与自力式流量控制阀功能完全相同——具有恒定流量的功能。在热网初调节阶段,锁定装置完全打开,该阀按自力式流量控制阀方法进行调节,热用户的流量很快达到平衡状态,发挥了自力式流量控制阀在热网平衡控制上的优势。然后。使用锁定装置锁定本阀中的自动孔板和压差自动平衡机构,自动调节孔板将不再随本阀前后压差变化而自动调节开度,使本阀变成了一个开度不变的、具有变流量性能的平衡阀。由于在使用锁定装置进行锁定前,各个热用户达到了平衡状态,所以,热源循环泵再进行变速时,根据上面讲的热网水力特性,各用户流量将成等比例的变化,依然保持平衡状态。自力式流量控制阀的定流量和平衡法的变流量,两种功能可以根据具体需要进行转换。测压检测孔用来测量阀的进出口压力,并根据定流量状态下的实际流量,计算出相应状态下的阻力和阻力系数,这个性能对于设计人员进行水力平衡工程设计和运行人员分析运行中的压力、流量、阻力情况提供了简便准确的工具。

    举例说明:如上图,在进行阻力平衡的初调节过程中,先使用自力式阻力平衡阀中恒流量功能,将5个热用户的流量按设计流量调节好,此时,5个热用户的流量是平衡的,在此流量状态下的5个热用户环路的阻力(阻力系数)也是平衡的。此时,使用自力式阻力平衡阀的锁定装置,将压差感应部分和自动孔板的位置锁定,也就是锁定了的5个热用户在此流量状态下的平衡状态(即5个热用户环路的阻力和阻力系数),由于各个热用户的阻力系数处于一个比较精确的平衡状态,那末,当我们改变热网循环泵流量的时候,5个热用户的流量将呈等比例的变化,依然保持平衡状态。

     使用自力式阻力平衡阀进行热网调节时,首先进行流量平衡,然后再进行阻力平衡,它是以热用户的阻力平衡为目标。既克服了以平衡阀为代表的水力调节元件在初调节中热网难于平衡这一缺点;又克服了采用自力式流量控制阀调节的热网只能按定流量的质调节方式运行的缺点。使之既能适用于定流量的质调节运行方式,又能适用于变流量或质量并调的运行方式;既适用于传统的按面积收费、又适用于现行的“按楼计量,按住户面积分摊”的热计量收费系统的供热运行方式。

     结论:在“热量按楼计量,按住户面积分摊”的热计量收费系统中,户内散热气前的温控阀存在的意义已经不大;供热的运行方式将是供热公司为主导的定流量或变流量运行方式,差压控制阀的作用与自力式流量控制阀和自力式阻力平衡阀相比相对差一些;而由于有了自力式阻力平衡阀这一新的水力平衡工具,使质量并调这一先进、节能、灵活的运行方式将得到广泛的应用。