熱水采暖系統(tǒng)的水力平衡及穩(wěn)定性探究

李祺威

大連建筑設(shè)計研究所有限公司 遼寧大連 116000

1 水力平衡的概念及水力穩(wěn)定性的意義所在

水力平衡及穩(wěn)定性問題主要存在于區(qū)域綜合供熱系統(tǒng)當(dāng)中，畢竟在該系統(tǒng)不同用戶的用人需求存在本質(zhì)性不同，個別用戶的用熱情況發(fā)生改變時，會直接導(dǎo)致其它用戶的流量也隨之產(chǎn)生變化，這也就是所謂的水力失調(diào)。在單純的熱水采暖系統(tǒng)當(dāng)中，各個用戶改變流量的情況并不多、概率并不高，這也就意味著水力穩(wěn)定性出現(xiàn)問題的概率不大，但就水力工況而言，任何管網(wǎng)都或多或少會面臨水力穩(wěn)定性的問題。

而且水力穩(wěn)定性和平衡性之間既有區(qū)別、也存在聯(lián)系，計算室內(nèi)外管道直徑以及各個節(jié)點的壓力時，為了確保各個用戶、用熱設(shè)備都能捕獲相應(yīng)的流量，必須讓各個環(huán)路的壓力損失盡可能地相等。雖然面向不同用戶所設(shè)置的熱水流量有所不同，但是各個串聯(lián)和并聯(lián)環(huán)路的管徑選擇必須要滿足所需的熱水流量，所以各個環(huán)路之間必須滿足水力平衡。只是因為室內(nèi)采暖系統(tǒng)的并聯(lián)環(huán)路數(shù)量比較多、而且大多數(shù)規(guī)格又十分有限，因此很難達(dá)到真正意義上的平衡，只能適當(dāng)采取措施，控制壓力損失、減少偏差額[1]。

2 水力失調(diào)產(chǎn)生的原因和種類說明

2.1 水力失調(diào)產(chǎn)生的幾個主要原因

概括地說熱水采暖系統(tǒng)水力失調(diào)的原因不外乎這樣幾點：

首先，工程設(shè)計一般是根據(jù)水力學(xué)理論計算而生成相應(yīng)數(shù)據(jù)的，這和管網(wǎng)當(dāng)中流體流動的動力源所提供的設(shè)計、能量存在很大差異。比如管泵的型號、規(guī)格等方面的差異、流體自由頁面差的變化、動力電源的波動等，都會導(dǎo)致管網(wǎng)當(dāng)中的流量和壓頭偏離最初的設(shè)計值。

其次，為施工條件所限，管路的實際用況和設(shè)計存在很大差別，一旦流動阻力出現(xiàn)變化，后續(xù)也會導(dǎo)致管網(wǎng)的阻抗力出現(xiàn)變化。特別是一些管網(wǎng)當(dāng)中所設(shè)置的閥門，改變閥門的開度就能改變管網(wǎng)的阻力，以至于管網(wǎng)在實際運行過程中發(fā)生失衡；

最后，管網(wǎng)建成之后，會出現(xiàn)大量的新增用戶，這會促使原有的水力平衡遭到破壞。一般情況下管網(wǎng)系統(tǒng)是由多個循環(huán)環(huán)路并聯(lián)在一起生成管路系統(tǒng)，而這些環(huán)路之間的水力情況彼此影響，也會影響到其它環(huán)路的流量[2]。

2.2 水力失調(diào)的基本種類

水力失調(diào)的情況主要包括這樣兩大類：

（1）穩(wěn)定性失調(diào)。即靜態(tài)水力失調(diào)，主要是指因為施工、設(shè)計和設(shè)備材料所導(dǎo)致的系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比和設(shè)計要求管道特性阻力數(shù)值比并不相同，進(jìn)而讓系統(tǒng)內(nèi)各個用戶的實際流量和最初設(shè)置的流量存在不同，引發(fā)系統(tǒng)的水力失調(diào)。這種失調(diào)是根本性的、穩(wěn)定性的，更是系統(tǒng)本身所固有的，是熱水采暖系統(tǒng)水力失衡的重要因素之一。

（2）動態(tài)水力失調(diào)。即在用戶閥門開度變化所導(dǎo)致水流改變的情況下，一旦其他用戶的流量也隨之發(fā)生改變、偏離最初的設(shè)計流量，就會導(dǎo)致水力失調(diào)。這種失調(diào)情況并不是系統(tǒng)本身所擁有的，具有動態(tài)的、變化的特征，是系統(tǒng)在運動過程中所產(chǎn)生的。

通過在管道系統(tǒng)當(dāng)中增加流量調(diào)節(jié)器或壓力調(diào)節(jié)器等動態(tài)水力平衡措施，如果閥門的開度出現(xiàn)變化，屏蔽動態(tài)水力平衡設(shè)備，讓自身的流量不會產(chǎn)生變化，而不會干擾末端流量，這時也會出現(xiàn)動態(tài)的水力平衡[3]。

3 熱水采暖系統(tǒng)的水力平衡措施

根據(jù)我國《供熱通風(fēng)設(shè)計手冊》當(dāng)中的規(guī)定，在計算熱水采暖系統(tǒng)當(dāng)中各個并聯(lián)環(huán)路之間的壓力差時，不能超過相應(yīng)的規(guī)定，必須使用調(diào)節(jié)閥門、調(diào)節(jié)孔板、減少支管管井等措施來消耗或瓦解剩余的壓力。否則一旦用戶改變流量，就會直接影響到其它用戶的流量，也就是所謂的影響水力穩(wěn)定性的主要方法，就是減少網(wǎng)路干管的壓力，或者相對增加用戶系統(tǒng)的壓力下降幅度。

為了減少網(wǎng)絡(luò)干管的壓力下降程度，要盡可能地增加網(wǎng)路干管的管徑，也就是說在進(jìn)行網(wǎng)路水力情況的計算時，要選擇比較小的比摩阻值；而為了增加網(wǎng)絡(luò)干管的壓力下降程度，可以使用水噴射器調(diào)壓板，通過安裝高阻力、小管徑閥門等措施來有所實現(xiàn)[4]。此外，在具體運行過程中，要合理地對網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡可能將網(wǎng)路干管上的閥門全部打開，將剩余的作用壓力差損耗在用戶系統(tǒng)當(dāng)中。

而對于那些在供暖質(zhì)量方面有著較高要求的系統(tǒng)，則可以在各個用戶引入口安置的地方，安裝流量調(diào)節(jié)器，這樣可以適當(dāng)改變系統(tǒng)的總阻數(shù)，進(jìn)而適應(yīng)用戶數(shù)量的變化，保證熱水網(wǎng)路的水力穩(wěn)定性。同時，這樣還有利于系統(tǒng)調(diào)節(jié)和運行，所以在進(jìn)行熱水采暖系統(tǒng)設(shè)計的過程中，既要考慮到成本節(jié)約的因素，還要考慮到水力穩(wěn)定性的問題。

4 結(jié)語

熱水采暖系統(tǒng)的室內(nèi)外管網(wǎng)都有一定程度的水力穩(wěn)定性，但具體好壞則表現(xiàn)在某些用戶流量發(fā)生改變時，其他用戶的流量也隨之發(fā)生改變的程度。而對室內(nèi)管網(wǎng)而言，可采用串聯(lián)式或者增加設(shè)備阻力的方式，來提高水力的穩(wěn)定性，這樣有利于最終水力平衡的實現(xiàn)。

在后續(xù)的設(shè)計與安裝階段，若水力平衡不夠理想，就會導(dǎo)致水力失調(diào)。而且這種失調(diào)并不是后天所帶來的，而是先天性的，其所帶來的影響可謂由始自終，因此必須重視水力平衡工作。而在管網(wǎng)達(dá)到水力平衡之后，某些用戶流量的改變還會導(dǎo)致水力失調(diào)，但這些失調(diào)就屬于后天性的失調(diào)，是暫時性的[5]。

此外，還必須觀察到水力平衡以及水力穩(wěn)定性——二者之間的差別，不能單純地將水力平衡問題看作是水力穩(wěn)定性的問題，也不能簡單將如何增加熱用戶系統(tǒng)作用是做網(wǎng)路不進(jìn)行阻力平衡。有的工作人員認(rèn)為在投運之后，在不進(jìn)行最初調(diào)整設(shè)定的情況下，只是簡單地將用戶和網(wǎng)路的壓力損失控制在一定的比例和范圍之內(nèi)，就不會產(chǎn)生嚴(yán)重的水力失調(diào)和壓力失調(diào)的觀點，明顯是錯誤的。

對于室外管網(wǎng)而言，使用近端熱用戶增加調(diào)壓裝置的做法是比較正常的，盡管其本質(zhì)上也是對能量的損耗。致使因為很多用戶共用管網(wǎng)和循環(huán)水泵，致使各個用戶的遠(yuǎn)近又存在很大的不同，所以這種能量損耗本身也不算意外。