引言
根据国家发改委预测，我国每年的能源消耗量将从现在的20亿吨标煤增大到56亿吨标煤，这一巨大的能源消耗量已经成为制约我国经济发展的瓶颈。然而，在这些能源中，建筑能耗约占全国总能耗的1/4~1/3，其中，供热、空调、制冷能耗占建筑总能耗的1/3，特别是供热行业，因为至今供热行业仍处于粗放经营阶段，因此对于集中供热系统进行节能改造势在必行。
对于集中供热系统，其最重要的控制目标之一是追求水力工况的稳定性，满足各用户的温度要求，使得各用户的实际运行流量与设计流量相当，保持各换热站的水力平衡度在0.9~1.15［2］。但由于设计、施工和运行等多种原因，目前我国的集中供热系统普遍存在近热远冷的冷热不均现象，这种水力失调即流量分配和设计流量不相符合而引起的用户水平方向和垂直方向的室温偏差，称为供热系统的热力失调。本文通过对某集中供热管网一次网系统的流量和温度的实测，来分析研究改善热力失调的方法。
1 调研实测对象
新疆某集中供热系统设有17个一次网换热站，其中有6个小区换热站（北路、东路、南路、京都、福利、北校区）和11个楼宇换热站（高层住宅楼、高层学生公寓、临床教学楼、26层住宅、中医实验楼、中医综合教学、一附院新住院大楼、科技大楼、公园、15层住宅、16层住宅）。下面是各换热站的供热面积、设计流量和供热管径（数据来自于该调研对象的供热中心）。具体见下页表1。
2 评价指标与测试仪器
2.1 评价指标
管网的水力平衡度［2］是指建筑物热力入口处循环水量（质量流量）的测量值与设计值之比，其计算公式如下：
HBj=■（1）
式中：HBj——第j个热力入口的水力平衡度；
Gm，j——第j个热力入口处的循环水量测量值，t/h；
Gd，j——第j个热力入口处的循环水量设计值，t/h；
j——热力入口的序号；
管网的输送效率［3］（Heat Transfer
Efficiency）——各用户所得到的热量之和（输入总热量减去各段热损失）与管网输入总热量的比值。用公式表示如下：
η=■（2）
式中η——管网的输送效率；
Gj——某热力入口处检测期间平均流量，m3/h；
G——换热站总管处供水管检测期间平均流量，m3/h；
tjg——某用户在检测期间供水平均温度，℃；
tjh——某用户在检测期间回水平均温度，℃；
tg——换热站总管处在检测期间供水平均温度，℃；
th——换热站总管处在检测期间回水平均温度，℃。
2.2 测试仪器
测量参数包括流量、温度。
2.2.1
流量的测试仪器是TDS-100H型手持式超声波流量计。其主要性能参数：
测量管径在DN20mm~DN6000mm之间；测量流速在－32m/s~+32m/s之间；测量准确度为示值的±1%。其使用方法如下（使用之前必须对流量计进行校核）：
①选择测量位置。测量位置的选择直接影响到测量结果的准确性和精确度。安装传感器要有足够长的直管段，一般上游10倍管径，下游5倍管径，两个探头之间的距离根据不同管径在仪器中直接设定计算，并且一般安装在管道的侧面，以保证探头和管内流体有充分的接触，防止超声波信号中断；
②处理测点。摘下已选好测点的保温层，用砂纸将管道打磨使其不留铁锈，以保证测量的精度，同时在流量计的操作面板上设定管径、管壁厚等要求的参数，读取探头安装距离，用数据线连接操作面板和测试探头；
③安装探头，进行测试。在探头上涂抹一层黄油，必须均匀，以保证里面没有杂质和空气。按照面板上的安装距离进行探头安装（一般采用V法安装），并将其固定，以免滑动造成测试精度降低；
④读取数据。一切安装完毕后，待面板上的流量参数稳定后方可读取。
2.2.2 温度的测量仪器是便携式红外测温仪TN435，其主要性能参数：测量范围为
-60℃～1500℃；距离系数（D:S）为50：1；发射率为0.1～1步长0.01。对于小区换热站（北路、东路、南路、京都、福利、北校区），其温度直接从换热站进行读取。
3 数据分析
下面对实测数据进行整理分析，计算各评价参数。具体见表2。
通过对实测数据的分析及相关参数的计算可以发现，在该集中供热系统的一次网换热站中，其水力平衡度在0.556~2.519不等。而《采暖居住建筑节能检验标准》JCJ132-2007中规定水力平衡度在0.9~1.15。该供热系统的17个换热站中仅有5个换热站的水力平衡度在规范规定范围内。如此严重的水力失调现象必然导致各换热站的热量与设计值不相符。为满足所有低流量换热站的热量需求，供热单位采用了加大流量的方法来满足热力失调度小于1的换热站，这样使得原来水力失调度大于1的换热站的水力失调更加严重。出现了“大流量小温差”的运行模式，势必造成能源的极大浪费。
管网输送效率是衡量管网输送能力的物理量。在该供热系统中，通过式（2）可以计算得出其管网输送效率只有57.55%。而导致管网输送效率低的主要原因是管道的保温效果较差。从现场测试调研发现，该集中供热系统中，由于有的管网建设年代已久，保温棉稀松，保温效果差，有的甚至脱落，冬天下雪后，有的管网地面上基本没有积雪，所以导致其供热系统的输送效率较低。
4 改造方案
通过以上的数据分析，结合该集中供热系统的实际情况，现提出以下三种改造方案：水力平衡调节法、变频调速水泵法、改善管道的保温性能。
4.1 水力平衡调节方法——安装平衡阀
目前常用的平衡阀有静态平衡阀和动态平衡阀。
静态平衡阀是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，旨在解决由于设计、施工、设备材料等方面存在的限制条件导致系统管道特性阻力数比值与设计要求的管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计流量不一致引起的静态水力失调。
动态平衡阀是根据系统工况（压差）变动而自动变化阻力系数，在一定的压差范围内，可以有效地控制通过的流量保持一个常值，即当阀门前后的压差增大时，通过阀门的自动关小的动作能够保持流量不增大，反之，当压差减小时，阀门自动开大，流量仍保持恒定。旨在解决在系统实际运行过程中，由于某些末端设备的阀门开度改变引起流量变化时所系统的压力产生波动，其他末端的流量随之发生改变、偏离末端要求流量而引起的动态水力失调。
所以两个结合使用能够同时解决静态水力失调和动态水力失调。
4.2 变频调速水泵
变频调速水泵是指通过变频器改变电机电流频率而改变转速的水泵。当通过变频器减小电流频率时，流量相应减少。由于电机轴功率与流量3次方成正比，功率下降程度很大，同时又能始终保证水泵在高效段运行，所以它在保持水泵较高机械效率和减少电耗方面是非常有效的。
4.3 改善管道的保温性能
供热管道的保温情况直接关系到管网的输送效率。根据实际调查和分析发现，在含有一次网管道的地沟里，平均温度可达到37℃左右，这样的温度会造成热源在输送过程中大量浪费。福利小区的一次水管网和二次水管网由于敷设年代已久，保温棉脱落现象严重，裸露处比较多，建议对其进行全部更换。同时强烈建议采用聚氨酯供热管道直埋方式代替原有的地沟敷设。--- 重庆大学城市建设与环境工程学院 蔺鹏飞 何雪冰
参考文献
［1］胡延军.供热系统的节能途径，内蒙古科技与经济，2009年5月
［2］《采暖居住建筑节能检验标准》，JGJ132-2007
［3］贺平 孙刚编著.供热工程（第三版）.中国建筑工业出版社，1993
