摘要：現代工程中采用水力平衡調節閥及專用智能儀表能有效解決管網水力失調和熱力失調問題。本文對吉林省某區域供熱管網系統現狀進行了分析，歸納了存在的問題并分析了問題產生的原因。在充分考慮區域內建筑物供熱需求基礎之上，提出了熱網改造方案并進行設計，重點加強了熱網的熱力平衡和平衡閥的設置。分析了平衡閥在區域供熱管網系統中調節的基本原理，結合平衡閥的特點，闡述了供熱系統中平衡閥的選用原則，并通過加設平衡閥進行了供熱管網的改造，解決了水力失調問題。此項技術達到了節能的目的，其社會效益和節能效果顯著。
關鍵詞：區域供熱管網系統 平衡閥 熱力分析改造
1 引言
目前，舊有區域供熱管網系統中，普遍存在著水力工況失調現象，從而造成了各采暖建筑物之間的室內溫度偏差較大，冷熱不均。隨著節能要求的提高，在區域供熱管網系統中準確調節流量愈來愈重要。水力平衡閥具有截止和節流的作用并能夠準確地調節流量，當平衡閥按設計供熱量調整到設計流量鎖定后，可以使供熱管網系統在設計工況下保持長期穩定的熱力平衡狀態下運行。
本文對吉林省某小區供熱管網系統現狀進行了分析，歸納了存在問題，分析了平衡閥調節的基本原理，結合平衡閥的特點，闡述了供熱系統改造中平衡閥的選用方法，并通過系統熱力平衡分析和加設水力平衡調節閥進行了熱力管網的改造，解決了熱力失調問題。此項技術達到了節能的目的，其社會效益和節能效果顯著。
2 管網系統存在問題及分析
2.1 供熱管網現狀
吉林省某小區供熱管網集中低溫熱水供熱系統供熱管網形式為低溫熱水供熱管網，設計供回水溫度為95℃/70℃，熱源為獨立鍋爐房，補給水泵定壓，熱網布置如圖1所示。設計之初，因為區域規模較小（系統總供熱量僅為2223.94kw），供熱系統沒有設置必要的調節裝置，后經多次擴建達到供熱總負荷6011.24kw。供熱負荷的成倍增加以及熱水循環泵運行效率的降低，供熱系統運行效率降低，熱力失衡問題越來越嚴重。
2.2 供熱管網系統水力平衡分析
2.2.1 管網系統平衡原理
水力工況是指管網系統各點的壓力、流量及壓差。流量與阻力損失的關系用下式表示[1]:
（1）
式中，ΔP為壓差(即阻力損失)，MPa; S為管段或者系統的阻抗；Q為管段或系統的體積流量，m3/ h。
水力平衡是指流量的合理分配[2]。供熱管網系統中，水力工況計算是在各分支流量為設計值的假想情況下進行的。由于管材及最高流速的限制，從設計上實現水力平衡幾乎是不可能的。這勢必造成始端阻力系數不能滿足設計的理想狀態，形成始端流量過大，末端流量不足的失調現象。在運行工況下，水泵輸出壓力的工作曲線與外網特性曲線交匯形成的。對于外網特性曲線ΔP=SQ2，一般情況下，由于并聯的始端支路S值遠小于設計值，造成總S值遠小于設計值，循環水泵在小揚程大流量工況下運行，其特點是軸功率大、效率低。
2.2.2 管網系統存在問題及原因
在該區域供熱管網系統運行過程中往往會出現水泵實際揚程小于額定揚程，導致末端缺水，鍋爐阻力大，鍋爐出力不足的情況。在實際運行的主要問題是：
①始端支線阻力小、流量大，造成末端流量小，水泵工作點偏移在大流量、小揚程、低效率工作區。
②總循環水量的加大導致鍋爐、換熱器等阻力加大，水流量增大40% ,阻力會增加100%。
③流量加大后供回水溫差不可能更大，煤質和鼓、引風系統不正常也可能造成鍋爐輸出不足。
分析問題產生的主要原因是：
①供熱管網設計與鍋爐房設計不匹配，外網水力計算不準確，各環路自身又不具備水力調節功能，造成供熱管網系統水力失調。
②原有鍋爐房供熱外網不斷擴建，供熱管網系統出現新的水力失調現象。
③為了保證遠離熱源的建筑物室內采暖溫度，而加大熱水流量，從而造成近環路室內溫度過熱、外管網水平失調，為了保證高層建筑底層室內采暖溫度，而加大流量，從而造成頂層室內溫度過熱，室內管網系統垂直失調。熱用戶熱量分配不均，管網末端用戶的供熱效果欠佳，水力失調情況嚴重。
在該供熱管網系統改造中，水力工況的調整過程就是用平衡閥增加始端阻力，使始端支路S值增大至設計值，總S值增大至設計值。使始末端流量分配均勻合理，循環水泵在設計工況下運行，達到節能目的，提高供熱質量。
3 平衡閥的選用
平衡閥是供熱管網中不可缺少的重要部件，正確、合理地應用平衡閥，對管網系統的正常運行有非常重要的意義。
3.1 平衡閥的選用原則
圖2 SP型平衡閥的Kv值
平衡閥具有造價低和使用壽命長等優點，對支路不多的小型管網也可方便地進行水力工況平衡。 閥門特性曲線決定了閥門的調節性能[2] [3]。由于閥門理論特性曲線是在定壓差下測試，而實際工況只要閥門開度不為1，則閥門在小開度情況下，閥前后壓差大，大開度時閥門前后壓差小，使閥門實際工作曲線向快開方向偏移，閥權度越小其偏移越大。對具有直線特性的閥門，由于實際性能的偏移會導致閥門有效調節的開度空間變小，因此閥門的理論性曲線以等百分比特性為好。對等百分比(對數)特性曲線閥門，在閥權度0.3-0.5時實際工作曲線可能接近直線特性[4]。選用閥門時盡量加大閥權度，以避免閥門在小開度下運行。
3.2 平衡閥的選用方法
平衡閥的作用是消除環路剩余壓頭，限定環路水流量。為合理地選擇平衡閥的型號，在設計供熱系統時，仍要進行管網水力平衡計算，在計算的基礎上按管徑選取平衡閥型號。
通過閥門的流量 G與閥門前后的壓差△P之間的關系可以寫為下式[5]:
(2)
式中Kv即閥門的流量系數。對應不同的開度有不同的Kv值，Kv值的大小反映了閥門在某一開度的流通能力。圖2為SP系列平衡閥DN32-DN80口徑平衡閥的Kv與開度的關系曲線[6]。
在初選平衡閥時，只要知道所要求的流量及應該消耗的壓差，則可通過式(1)計算出所選閥門的流量系數Kv，再由各種型號平衡閥的Kv曲線就可查到相應的閥門型號，并同時確定開度。以吉林省某區域供熱管網系統支路L9為例，由水力計算結果（表2）通過流量G=14.94m3/h, 環路節點處提供壓頭124.98kPa, 用戶所需資用壓頭66.97kPa，平衡閥用壓頭58.01kPa，則 ，由圖2可查得與此對應的DN80，DN65,DN50三種口徑的平衡閥開度分別為12%，28%，50%，應選取DN50，開度為50%的平衡閥。選小口徑平衡閥，一方面是可以提高調節精度，因為相對于同樣的開度改變，小口徑閥門的流量變化較小，另一方面節省了投資。一般要求所選平衡閥的設計開度在60%一90%之間，這樣既可在滿足設計流量的條件下，所選平衡閥口徑較小，又有一定的調節余地。其余用戶平衡閥的選用見表3。
對原系統改造時，直接以平衡閥取代原有的截止閥或閘閥，但需要壓降校核計算以避免平衡閥產生的壓降過小，造成較大誤差。校核步驟[7]為按該平衡閥負擔的供熱面積計算出設計流量，按管徑求出設計流量時管內的流速v，由該型號的平衡閥全開時的ξ值，按公式ΔP=ξ•ρv2/2，求得壓降值ΔP，如果ΔP＜ 2 kPa-3 kPa，可選用小口徑型號平衡閥，重新計算v和ΔP,直到所選平衡閥在設計流量時的壓降ΔP≥2 kPa-3kPa為止。
4 實例分析
以供熱管網中部主環路為例，負擔“電工室”，“介入科”，“食堂”，“1號住院樓”，“圖書館”，“走廊”，“2號住院樓” ，“車庫”，“辦公樓”，“吉興餐廳”及“新住院樓”供熱負荷，供回水總管徑為DN200，其總熱負荷為2530.5kw。該環路管網情況復雜且作用半徑大，長期以來熱力失衡嚴重，沿途用戶供暖冷熱不均，最不利用戶“新住院樓”供熱系統效果較差。
基于上述原因，對該小區供熱管網進行水力計算及分析，采取平衡閥對管網進行水力平衡調節，改善區域供熱的整體效果。
4.1 計算條件
①外網各環路管段管徑及沿程長度，熱用戶供熱設計熱負荷。環路熱用戶供熱負荷見表1。
表1 環路用戶采暖熱負荷
用戶名稱 電工室 車庫 辦公樓 吉興餐廳 介入科 食堂 走廊 住院樓2 新住院樓 住院樓1 圖書館 熱負荷（kw） 17.6 15.4 292.4 39.9 166.7 180.0 49.6 671.9 300.6 769.3 27.1
②各環路用戶室內采暖水系統所需資用壓頭，由該小區供熱設計圖紙及資料獲得，參見表3中“用戶所需資用壓頭”項。
③由于鍋爐及換熱器效率的降低，根據該系統運行經驗供熱供水最高溫度為80℃，最大供回水溫差15～18℃。供熱供回水溫度取80/60℃。
④由于系統運行多年管道內壁粗糙度增大，擬采用焊接鋼管更新管道，管道內壁粗糙度取K=0.5mm。
4.2 管網系統水力計算[8][9][10]
環路負擔總熱負荷為2530.5kw，循環水量為108.61t/h，其供回水總管管徑為DN200，計算見表2。
表2 環路水力計算表
管段 編號 流量 （t/h） 管徑 （mm） 流速 （m/s） 單位摩阻 （Pa/m） 管段長度 （m） 管段摩阻 （kPa） 累計摩阻 （kPa） L1 108.6 200 0.92 52.1 52 2.72 2.72 L2 107.8 200 0.89 51.2 44 2.32 5.04 L3 92.9 200 0.78 34.2 176
6.19
11.23
L4
85.2
200
0.73
30.4
91
2.77
14.00
L5
52.1
150
0.86
62.8
133
8.35
22.35
L6
50.9
150
0.84
59.5
71
4.23
26.58
L7
48.23
150
0.79
53.3
70
3.73
30.31
L8
19.34
100
0.74
79.2
164
12.99
主干線1總阻力：43.30
L9
14.94
80
0.82
127.5
54
6.89
6.89
L10
14.28
80
0.77
110.8
82
9.09
15.98
L11
1.71
50
0.27
26.1
38
0.99
16.97
4.3 管網系統平衡閥選用及水力平衡分析
環路最不利用戶為“新住院樓”，供熱管網沿程阻力損失為43.3kPa，考慮沿程局部阻力為摩阻的10%即4.3 kPa，沿程總阻力為47.6 kPa，“新住院樓”資用壓頭為50 kPa，環路所需資用壓頭為97.6 kPa，可取值為130 kPa。各用戶入戶管徑及所需資用壓頭不等。環路水力平衡計算詳見表3。從水力平衡計算表3可以看出，近端用戶入戶供水管均設數字鎖定平衡閥，閥門口徑均比相應管徑小1-2號，同時可以看出各平衡閥的開度均較小，尚未達到開度應在60～90%的理想范圍。其中電工室、圖書館及走廊因負荷較小，平衡閥開度小于10%，設計考慮就近將其接入臨近用戶室內管網系統，不設平衡閥。最不利用戶“新住院樓”入口不設平衡閥。
表3 環路水力平衡計算表
用戶 名稱 用戶流量 （t/h） 環路提供壓頭（kPa） 用戶所需資用壓頭（kPa） 平衡閥用壓頭（kPa） 入戶管徑 （mm） 平衡閥閥徑（mm） 平衡閥開度 （%） 電工室 0.76 127.3 50 77.3 50 32 5（不設閥） L9支路 14.94 124.98 66.97 58.01 80 50 50 介入科 7.17 118.79 50 68.79 80 50 30 食堂 7.74 116.02 50 66.02 80 50 30 1號樓 33.08 107.67 50 57.67 125 80 35 圖書館 1.17 103.44 50 53.44 40 32 8（不設閥） 走廊 2.67 99.71 50 49.71 50 32 8（不設閥） 2號樓 28.89 86.98 50 36.98 125 80 32 新樓 12.93 50 50 0 100 不設閥
4.4 供熱管網改造及效果
在2005年采暖季之前，小區集中供熱管網根據上述水力平衡方案進行了改造。
①對絕大多數熱用戶熱力入口處的供水干管均增設SP型數字鎖定平衡閥，并將平衡閥設定在計算所確定的開度，用戶供回水干管上原有手動截止閥或閘閥全部滿開；
②通過調節換熱站內集分水器處各環路供回水管上的主閥，使環路的資用壓頭為130 kPa。
2005年入冬后，醫院集中供暖系統投入運行，長期以來困繞醫院的熱力失調問題得到了解決。該環路原供熱效果最差的用戶“新建住院樓”室內供熱系統完全正常，該環路已實現熱力平衡，其水力平衡已得到體現。
5 總結
①該供熱管網系統改造后的運行效果證明上述水力平衡的計算及分析結果是正確可靠的，為今后熱網的平衡積累了一定的經驗。
②平衡閥是熱力管網平衡的有力工具，借助于平衡閥可以實現水力平衡的量化。對于供熱管網系統，平衡閥可裝設于熱源出口的供水總管、各支干管、用戶入口處及室內供暖系統的各個環路上。對室溫要求較高的建筑，可裝在室內供暖系統的各立管上，所裝設的平衡閥可以代替關斷閥門。
③對于整個熱力管網而言，單體室內供熱系統設計的入戶管徑偏大的情況普遍存在，對支狀管網的近端用戶尤為嚴重。通過對管網系統及用戶水力平衡的分析，應用平衡閥進行管網系統調節是管網系統平衡調節的必要手段。
參考文獻
[1] 付祥釗．流體輸配管網[M]．北京，中國建筑工業出版社,2001．
[2] 孟燕,張宏都,王旭東,平衡閥及其應用[J]．石油化工設備,2005,34(5):72-73.
[3] 史登峰,衣惠昌,陶進.供熱系統中調節閥的研究與應用[J]．暖通空調,1997,(2):.
[4] 田琦, 供熱系統中平衡閥選用探析[J]．暖用空調，2001,31(1):48-49.
[5] 符永正,平衡閥應用中的計算及其工具[J]．建筑熱能通風空調,1999,4:46-47.
[6] 符永正,劉萬嶺．平衡閥的選用[J]．暖用空調,1998，23（3）：73-74．
[7] 劉軍,平衡閥在建筑節能中的應用[J]．山西建筑,2005,31(1):104-105.
[8] 曾志誠．城市冷·暖·汽三聯供手冊[M]．北京,中國建筑工業出版社,1995．
[9] 陸耀慶．實用供熱空調設計手冊[M]．北京,中國建筑工業出版社,1993．
[10] 北京市煤氣熱力工程設計院等,城市熱力網設計規范(CJJ34-2002)[M].中國建筑工業出版社,2002．
關鍵詞：區域供熱管網系統 平衡閥 熱力分析改造
1 引言
目前，舊有區域供熱管網系統中，普遍存在著水力工況失調現象，從而造成了各采暖建筑物之間的室內溫度偏差較大，冷熱不均。隨著節能要求的提高，在區域供熱管網系統中準確調節流量愈來愈重要。水力平衡閥具有截止和節流的作用并能夠準確地調節流量，當平衡閥按設計供熱量調整到設計流量鎖定后，可以使供熱管網系統在設計工況下保持長期穩定的熱力平衡狀態下運行。
本文對吉林省某小區供熱管網系統現狀進行了分析，歸納了存在問題，分析了平衡閥調節的基本原理，結合平衡閥的特點，闡述了供熱系統改造中平衡閥的選用方法，并通過系統熱力平衡分析和加設水力平衡調節閥進行了熱力管網的改造，解決了熱力失調問題。此項技術達到了節能的目的，其社會效益和節能效果顯著。
2 管網系統存在問題及分析
2.1 供熱管網現狀
吉林省某小區供熱管網集中低溫熱水供熱系統供熱管網形式為低溫熱水供熱管網，設計供回水溫度為95℃/70℃，熱源為獨立鍋爐房，補給水泵定壓，熱網布置如圖1所示。設計之初，因為區域規模較小（系統總供熱量僅為2223.94kw），供熱系統沒有設置必要的調節裝置，后經多次擴建達到供熱總負荷6011.24kw。供熱負荷的成倍增加以及熱水循環泵運行效率的降低，供熱系統運行效率降低，熱力失衡問題越來越嚴重。
2.2 供熱管網系統水力平衡分析
2.2.1 管網系統平衡原理
水力工況是指管網系統各點的壓力、流量及壓差。流量與阻力損失的關系用下式表示[1]:
（1）
式中，ΔP為壓差(即阻力損失)，MPa; S為管段或者系統的阻抗；Q為管段或系統的體積流量，m3/ h。
水力平衡是指流量的合理分配[2]。供熱管網系統中，水力工況計算是在各分支流量為設計值的假想情況下進行的。由于管材及最高流速的限制，從設計上實現水力平衡幾乎是不可能的。這勢必造成始端阻力系數不能滿足設計的理想狀態，形成始端流量過大，末端流量不足的失調現象。在運行工況下，水泵輸出壓力的工作曲線與外網特性曲線交匯形成的。對于外網特性曲線ΔP=SQ2，一般情況下，由于并聯的始端支路S值遠小于設計值，造成總S值遠小于設計值，循環水泵在小揚程大流量工況下運行，其特點是軸功率大、效率低。
2.2.2 管網系統存在問題及原因
在該區域供熱管網系統運行過程中往往會出現水泵實際揚程小于額定揚程，導致末端缺水，鍋爐阻力大，鍋爐出力不足的情況。在實際運行的主要問題是：
①始端支線阻力小、流量大，造成末端流量小，水泵工作點偏移在大流量、小揚程、低效率工作區。
②總循環水量的加大導致鍋爐、換熱器等阻力加大，水流量增大40% ,阻力會增加100%。
③流量加大后供回水溫差不可能更大，煤質和鼓、引風系統不正常也可能造成鍋爐輸出不足。
分析問題產生的主要原因是：
①供熱管網設計與鍋爐房設計不匹配，外網水力計算不準確，各環路自身又不具備水力調節功能，造成供熱管網系統水力失調。
②原有鍋爐房供熱外網不斷擴建，供熱管網系統出現新的水力失調現象。
③為了保證遠離熱源的建筑物室內采暖溫度，而加大熱水流量，從而造成近環路室內溫度過熱、外管網水平失調，為了保證高層建筑底層室內采暖溫度，而加大流量，從而造成頂層室內溫度過熱，室內管網系統垂直失調。熱用戶熱量分配不均，管網末端用戶的供熱效果欠佳，水力失調情況嚴重。
在該供熱管網系統改造中，水力工況的調整過程就是用平衡閥增加始端阻力，使始端支路S值增大至設計值，總S值增大至設計值。使始末端流量分配均勻合理，循環水泵在設計工況下運行，達到節能目的，提高供熱質量。
3 平衡閥的選用
平衡閥是供熱管網中不可缺少的重要部件，正確、合理地應用平衡閥，對管網系統的正常運行有非常重要的意義。
3.1 平衡閥的選用原則
圖2 SP型平衡閥的Kv值
平衡閥具有造價低和使用壽命長等優點，對支路不多的小型管網也可方便地進行水力工況平衡。 閥門特性曲線決定了閥門的調節性能[2] [3]。由于閥門理論特性曲線是在定壓差下測試，而實際工況只要閥門開度不為1，則閥門在小開度情況下，閥前后壓差大，大開度時閥門前后壓差小，使閥門實際工作曲線向快開方向偏移，閥權度越小其偏移越大。對具有直線特性的閥門，由于實際性能的偏移會導致閥門有效調節的開度空間變小，因此閥門的理論性曲線以等百分比特性為好。對等百分比(對數)特性曲線閥門，在閥權度0.3-0.5時實際工作曲線可能接近直線特性[4]。選用閥門時盡量加大閥權度，以避免閥門在小開度下運行。
3.2 平衡閥的選用方法
平衡閥的作用是消除環路剩余壓頭，限定環路水流量。為合理地選擇平衡閥的型號，在設計供熱系統時，仍要進行管網水力平衡計算，在計算的基礎上按管徑選取平衡閥型號。
通過閥門的流量 G與閥門前后的壓差△P之間的關系可以寫為下式[5]:
(2)
式中Kv即閥門的流量系數。對應不同的開度有不同的Kv值，Kv值的大小反映了閥門在某一開度的流通能力。圖2為SP系列平衡閥DN32-DN80口徑平衡閥的Kv與開度的關系曲線[6]。
在初選平衡閥時，只要知道所要求的流量及應該消耗的壓差，則可通過式(1)計算出所選閥門的流量系數Kv，再由各種型號平衡閥的Kv曲線就可查到相應的閥門型號，并同時確定開度。以吉林省某區域供熱管網系統支路L9為例，由水力計算結果（表2）通過流量G=14.94m3/h, 環路節點處提供壓頭124.98kPa, 用戶所需資用壓頭66.97kPa，平衡閥用壓頭58.01kPa，則 ，由圖2可查得與此對應的DN80，DN65,DN50三種口徑的平衡閥開度分別為12%，28%，50%，應選取DN50，開度為50%的平衡閥。選小口徑平衡閥，一方面是可以提高調節精度，因為相對于同樣的開度改變，小口徑閥門的流量變化較小，另一方面節省了投資。一般要求所選平衡閥的設計開度在60%一90%之間，這樣既可在滿足設計流量的條件下，所選平衡閥口徑較小，又有一定的調節余地。其余用戶平衡閥的選用見表3。
對原系統改造時，直接以平衡閥取代原有的截止閥或閘閥，但需要壓降校核計算以避免平衡閥產生的壓降過小，造成較大誤差。校核步驟[7]為按該平衡閥負擔的供熱面積計算出設計流量，按管徑求出設計流量時管內的流速v，由該型號的平衡閥全開時的ξ值，按公式ΔP=ξ•ρv2/2，求得壓降值ΔP，如果ΔP＜ 2 kPa-3 kPa，可選用小口徑型號平衡閥，重新計算v和ΔP,直到所選平衡閥在設計流量時的壓降ΔP≥2 kPa-3kPa為止。
4 實例分析
以供熱管網中部主環路為例，負擔“電工室”，“介入科”，“食堂”，“1號住院樓”，“圖書館”，“走廊”，“2號住院樓” ，“車庫”，“辦公樓”，“吉興餐廳”及“新住院樓”供熱負荷，供回水總管徑為DN200，其總熱負荷為2530.5kw。該環路管網情況復雜且作用半徑大，長期以來熱力失衡嚴重，沿途用戶供暖冷熱不均，最不利用戶“新住院樓”供熱系統效果較差。
基于上述原因，對該小區供熱管網進行水力計算及分析，采取平衡閥對管網進行水力平衡調節，改善區域供熱的整體效果。
4.1 計算條件
①外網各環路管段管徑及沿程長度，熱用戶供熱設計熱負荷。環路熱用戶供熱負荷見表1。
表1 環路用戶采暖熱負荷
用戶名稱 電工室 車庫 辦公樓 吉興餐廳 介入科 食堂 走廊 住院樓2 新住院樓 住院樓1 圖書館 熱負荷（kw） 17.6 15.4 292.4 39.9 166.7 180.0 49.6 671.9 300.6 769.3 27.1
②各環路用戶室內采暖水系統所需資用壓頭，由該小區供熱設計圖紙及資料獲得，參見表3中“用戶所需資用壓頭”項。
③由于鍋爐及換熱器效率的降低，根據該系統運行經驗供熱供水最高溫度為80℃，最大供回水溫差15～18℃。供熱供回水溫度取80/60℃。
④由于系統運行多年管道內壁粗糙度增大，擬采用焊接鋼管更新管道，管道內壁粗糙度取K=0.5mm。
4.2 管網系統水力計算[8][9][10]
環路負擔總熱負荷為2530.5kw，循環水量為108.61t/h，其供回水總管管徑為DN200，計算見表2。
表2 環路水力計算表
管段 編號 流量 （t/h） 管徑 （mm） 流速 （m/s） 單位摩阻 （Pa/m） 管段長度 （m） 管段摩阻 （kPa） 累計摩阻 （kPa） L1 108.6 200 0.92 52.1 52 2.72 2.72 L2 107.8 200 0.89 51.2 44 2.32 5.04 L3 92.9 200 0.78 34.2 176
4.3 管網系統平衡閥選用及水力平衡分析
環路最不利用戶為“新住院樓”，供熱管網沿程阻力損失為43.3kPa，考慮沿程局部阻力為摩阻的10%即4.3 kPa，沿程總阻力為47.6 kPa，“新住院樓”資用壓頭為50 kPa，環路所需資用壓頭為97.6 kPa，可取值為130 kPa。各用戶入戶管徑及所需資用壓頭不等。環路水力平衡計算詳見表3。從水力平衡計算表3可以看出，近端用戶入戶供水管均設數字鎖定平衡閥，閥門口徑均比相應管徑小1-2號，同時可以看出各平衡閥的開度均較小，尚未達到開度應在60～90%的理想范圍。其中電工室、圖書館及走廊因負荷較小，平衡閥開度小于10%，設計考慮就近將其接入臨近用戶室內管網系統，不設平衡閥。最不利用戶“新住院樓”入口不設平衡閥。
表3 環路水力平衡計算表
用戶 名稱 用戶流量 （t/h） 環路提供壓頭（kPa） 用戶所需資用壓頭（kPa） 平衡閥用壓頭（kPa） 入戶管徑 （mm） 平衡閥閥徑（mm） 平衡閥開度 （%） 電工室 0.76 127.3 50 77.3 50 32 5（不設閥） L9支路 14.94 124.98 66.97 58.01 80 50 50 介入科 7.17 118.79 50 68.79 80 50 30 食堂 7.74 116.02 50 66.02 80 50 30 1號樓 33.08 107.67 50 57.67 125 80 35 圖書館 1.17 103.44 50 53.44 40 32 8（不設閥） 走廊 2.67 99.71 50 49.71 50 32 8（不設閥） 2號樓 28.89 86.98 50 36.98 125 80 32 新樓 12.93 50 50 0 100 不設閥
4.4 供熱管網改造及效果
在2005年采暖季之前，小區集中供熱管網根據上述水力平衡方案進行了改造。
①對絕大多數熱用戶熱力入口處的供水干管均增設SP型數字鎖定平衡閥，并將平衡閥設定在計算所確定的開度，用戶供回水干管上原有手動截止閥或閘閥全部滿開；
②通過調節換熱站內集分水器處各環路供回水管上的主閥，使環路的資用壓頭為130 kPa。
2005年入冬后，醫院集中供暖系統投入運行，長期以來困繞醫院的熱力失調問題得到了解決。該環路原供熱效果最差的用戶“新建住院樓”室內供熱系統完全正常，該環路已實現熱力平衡，其水力平衡已得到體現。
5 總結
①該供熱管網系統改造后的運行效果證明上述水力平衡的計算及分析結果是正確可靠的，為今后熱網的平衡積累了一定的經驗。
②平衡閥是熱力管網平衡的有力工具，借助于平衡閥可以實現水力平衡的量化。對于供熱管網系統，平衡閥可裝設于熱源出口的供水總管、各支干管、用戶入口處及室內供暖系統的各個環路上。對室溫要求較高的建筑，可裝在室內供暖系統的各立管上，所裝設的平衡閥可以代替關斷閥門。
③對于整個熱力管網而言，單體室內供熱系統設計的入戶管徑偏大的情況普遍存在，對支狀管網的近端用戶尤為嚴重。通過對管網系統及用戶水力平衡的分析，應用平衡閥進行管網系統調節是管網系統平衡調節的必要手段。
參考文獻
[1] 付祥釗．流體輸配管網[M]．北京，中國建筑工業出版社,2001．
[2] 孟燕,張宏都,王旭東,平衡閥及其應用[J]．石油化工設備,2005,34(5):72-73.
[3] 史登峰,衣惠昌,陶進.供熱系統中調節閥的研究與應用[J]．暖通空調,1997,(2):.
[4] 田琦, 供熱系統中平衡閥選用探析[J]．暖用空調，2001,31(1):48-49.
[5] 符永正,平衡閥應用中的計算及其工具[J]．建筑熱能通風空調,1999,4:46-47.
[6] 符永正,劉萬嶺．平衡閥的選用[J]．暖用空調,1998，23（3）：73-74．
[7] 劉軍,平衡閥在建筑節能中的應用[J]．山西建筑,2005,31(1):104-105.
[8] 曾志誠．城市冷·暖·汽三聯供手冊[M]．北京,中國建筑工業出版社,1995．
[9] 陸耀慶．實用供熱空調設計手冊[M]．北京,中國建筑工業出版社,1993．
[10] 北京市煤氣熱力工程設計院等,城市熱力網設計規范(CJJ34-2002)[M].中國建筑工業出版社,2002．
