供热专题｜供热系统一次网与二次网解析及全面的二网平衡与水力失调知识

心之悟|宁红伟

热网一次网和二次网是指集中供暖系统中的不同管网，它们在系统中的作用和运行原理有所不同。

一次网是指从热源厂来的高温水进入小区换热站通过热交换成为低温水，再次回到热源厂的水系统。它通常是指集中供暖系统总供热源（供热首站或锅炉房）到各个供暖小区热交换站之间的管网。二次网是指从用户端到换热站的低温水与一次网来的水进入换热器进行热交换的水系统，然后通过循环泵输送到用户家中供暖的管网。

一次网供水设计温度一般在130℃，散热器采暖的二次网供、回水设计温度为75℃/50℃或85℃/60℃。一次网的温度和压力比较高，为了保证热量长距离输送效果会保持一种高温高压的工作状态，用户室内的采暖系统无法承受这种高温高压的工作参数，而且高的水温更易引发烫伤等伤害事故，存在很大的安全隐患，所以供热用一次网水不可直接供给用户。

在运行原理方面，主要是通过热源厂、一次网、二次网、换热站、用户等环节进行热量传递和分配。锅炉以不变流量调节热量方式运行，电动调节阀或一次网二级泵与带气候补偿的温控器配合，实现一次网的自动动态热力平衡。分布式变频与传统方式的区别在于一次网循环靠换热站一次网循环泵，而不是靠热源厂一次网循环泵，这减少了热网平衡的难度。

1.什么是供热二网水力平衡和水力失调？

供热管网是一个复杂的流体网络系统，其水力平衡十分关键，决定着系统运行效果的好坏。水力平衡不仅能节约资源、能源，还是实现供热系统安全可靠运行，提升供热质量的重要环节。

供热管网通常分为一次管网和二次管网，一次管网联通着热源厂锅炉或汽轮机与小区换热站高温侧，运行温度相对较高，多数供热企业在一次管网的安全运行和输配调节方面投入了大量资金和精力，使得管网设备和运行管理水平得到很大发展和提高。

二次管网联通着小区换热站低温侧和用户室内的暖气设施，通常为暖气片或者地暖，运行温度相对较低。但是因为系统数量庞大、情况更为敏感和复杂，在二次管网调节与运行方面，水力失调问题还比较普遍且难以实现平衡。

二次管网水力失调最直观的表现，各个环路的流量输配不均衡，致使各个用户的室温冷热不均，距循环泵较近的室温偏高，用户被迫开窗散热，大量热能流失；距循环泵较远的用户却因室温偏低经常投诉，甚至拒交采暖费。另外一些问题也和水力失调密切相关，例如，系统在大流量小温差的工况下运行，锅炉或换热器等热源设备难以达到其额定出力，投入运行的设备超过实际负荷的需求，水泵的工作点偏离高效区，能量输配效率低，无法进行整体调控和节能运行，燃料和输热电能的消耗过高等等。如何克服水力失调，实现供热管网的水力平衡，改善供热质量一直是供热行业所面临的问题。

2.我国供热管网水力平衡现状

我国北方城镇建筑取暖面积约150亿平方米，南方供暖区域有从秦岭-淮河一线向南推移的趋势。同时，国家对清洁取暖提出了更高要求。在此背景下，二次网水力平衡调节成为集中供热的首要工作。

目前，大量供暖企业已实现换热站无人值守，一次网水力失调得到很好的控制。但二次网系统复杂，大部分企业仍在使用关断阀门代替调节阀门。理论上讲，自力式平衡阀、手动调节阀在水力计算完善，运行工况偏离设计工况不大的前提下，可以很好的解决水力平衡问题。

但老旧小区原始设计资料不足，更换或加装热网平衡装置又需要较大投资，供暖企业改造热情不高；部分新建小区用户私改户内散热设施，导致系统运行工况偏离设计工况，造成按设计工况安装的平衡装置失灵、闲置。

综上，通过平衡装置解决二次网水力平衡问题虽有可行性，但并未大范围推广，而操作人员对该问题认识不足，水力平衡工作繁琐导致二次网水力失调问题一直困扰着供暖企业。

3.常用的二网水力平衡调节的方法

3.1粗调法

（1）全开系统所有阀门，用便携流量计测量循环泵出口总流量，调节变频器调整系统总循环流量到设计流量的1.1倍。（2）以换热站为基准，由近及远，最近的支线、用户，将其过渡流量调到设计流量的80-85%，较近的支线、用户，过渡流量调到设计流量的85-90%，较远的支线、用户，过渡流量调到设计流量的90-95%，最远用户不予调节。

粗调法调节速度快，可以在冷态运行中完成大面积水力平衡调节。供暖后，再辅助以温度调节法，能取得很好的效果。

3.2回水温度平衡法

根据散热器散热量计算公式：Q=CGΔt，（其中Q:散热量；C：水的比热容，常数；G：通过散热设备流量；Δt：供回水温差）

当实际流量大于设计流量时，供回水温差减小，回水温度高于规定值，当实际流量小于设计流量时，供回水温差增大，回水温度低于规定值。只要将回水温度调节到相等，就可以达到均匀调节的目的。

供暖后，员工携测温装置，逐单元测回水温度，并根据结果调节出口阀门开度，隔一段时间，系统再平衡后，进行下一轮调节，直到用户水力平衡为止。

上述方法缺点：

1、只有热运行后才能调节；

2、每次调节后都要等一段时间，系统再平衡后才能进行下一轮调节；

3、对供热半径大的小区，近端水力失调严重的时候，效果不明显。

4、测温装置受操作影响大，但方法简易，对人员要求不高，使用工具简单，投资费用低，可在整个采暖期进行操作。

3.3比例法

当用户系统阻力系数一定时，系统上游端的调节，将引起用户流量成比例变化。也就是说，当用户阀门未调节时，系统上游端的调节，将使用户流量的变化遵循一致等比失调的规律。

该种方法每组需要配备流量计2台，笔记本电脑1台，操作人员3名，对讲机若干。

(1)全开系统所有阀门，用便携流量计测量循环泵出口流量，调节变频器调整系统总循环流量到设计流量的1.1倍。

(2)利用便携流量计测量FA,FB,FC支线流量。

(3)计算各支线的水力失调度x

xi=Gi/Gi’ i=1.2.3

xi—— 支线序号

Gi——支线中实测流量，m3/h

Gi’——支线中设计流量，m3/h

(4)对水力失调度按从大到小排序，作为调节顺序。枝状管网未进行初调节时，近端用户的水力失调度大于1，远端用户的水力失调度小于1，一般都从近端支线开始调节。在本例中，从A支线开始调节

(5)支线内用户的平衡调节

1）首先测量被A支线内各用户的流量，并计算水力失调度,以水力失调度最小的作为参考用户。

2）从调节末端用户A1开始，调节FA1，将A1的水力失调度调节到A3水力失调度的95%。

3）调节A2的平衡阀，使A2和1的水力失调度相等，在调节FA2时，保持对A1的流量监测，但不对阀门调节。

4）始终以A1为参考，按步骤（3）的方法，依次调整A3,A4的水力失调度。

5）A支线内部调节完毕后，按上述方法依次调节B,C支线。

(6)支线之间的平衡调节

（1）重新测量各支线流量，并以水力失调度最小的支线作为参考。

（2）从末端支线开始调节，调节Fc，使C支线水力失调度调节到参考值的95%。（3）采用和5中一样的方法，调节FB,FA,最终使三条支线水力失调度相同。

(7)调整水泵频率，使整个管网的水力失调度x=1。调节工作完成。

此方法缺点：

1.人员要求高，调节速度不快，对于熟练人员，预先做好准备工作的前提下，调节10万平的小区要2到3天。

2.设备基本为进口，昂贵，当大范围应用该方案时，需要2到3组人同时工作才能在供暖前期完成。设备投资不可小视，且要考虑大量进行测量工作时设备的探头损坏问题。

3.管道保温需要清除，防锈漆要打磨掉，随身携带的工具多，管网锈蚀严重的流量数据读数不准。

4.在测量读数时，静态徒手操作多，严寒期户外温度低，无法长时间测。

5.不适用于同程式系统。

6.对小区管网实际管网走向情况掌握要求较高。

7.流量计前后直管段无法保障的情况下测量误差不可避免。

此方法优点：

1.读数直观，调节阀门时能看到即时流量反应，比较精确。

2.冷态运行就可以调节，供暖运行后工作量少，节能减排效果好。

3.在供热半径较大的情况下，比例法仍可奏效。

4.水力失调的原因主要有哪些？

4.1本质原因

在某运行状态下供热管网的阻力特性不能与在用户所需要的流量下实现各用户管段的阻力相等，也就是我们通常所说的阻力不平衡。

4.2客观原因

（1）供热管网管道规格的离散型，加上供热管网上各种设施的不规则性，使系统必须经过人为调节，才能实现水力平衡。目前，绝大多数的用户系统是单管顺流式采暖系统，缺少必要的调节设备。在供热管网设计时，通常所遵循的原则是，满足最不利点所必需的资用压头，这样就会使其他管段的资用压头都会有不同程度的富余量。在自然状态下来分配各个管段流量，必然产生水力失调。

（2）在设计合理的前提下，施工质量控制是整个工程项目得以实现其投资效益重要环节之一，其着重表现在施工安装和施工验收阶段。由于材料供应不及、工期延误等缘故，施工队伍凭经验更改设计施工图，另外，技术工艺水平的高低，也决定了施工质量的优劣，例如施工中发生的偷工减料及大块杂物进入供热管网，形成局部阻塞。这些都直接影响着工程质量的保证，造成实际施工情况和理论设计之间出现较大偏差，水力失衡再平常不过。

（3）循环水泵选择不当，流量、扬程过大或过小，都会使工作点偏离设计状态，从而导致水力失调。

（4）系统中用户的增加或减少，即供热管网中用户点发生变化，要求各管段流量重新分配，从而导致水力失调。

（5）系统中用户用热量的增加或减少，即用户的流量发生变化，也要求各管段流量重新分配，导致水力失调。

（6）管网腐蚀结垢，增大了管网阻力系数，导致水力失调。

（7）维修不及时。管网附件失灵， 阀门开度不能满足要求。

（8）用户端不良操作。为一己私欲，个别热用户偷窃系统供热用水、擅自改动室内管线布置、擅自对室内的散热器加片等情况，这些都将增大管网的阻力系数，加大管路实际流量与理论设计流量的偏差，对供热管网的水力工况产生很大影响。

5.解决水力失调的措施及思路

5.1设计方面

（1）合理选择换热站循环水泵，尽量保证水泵运行参数与实际外网的阻力相匹配。

（2）楼栋供暖入口或单元支干管或住户支管安装电动调节阀。此方案原理为回水温度法。

1）回水管安装自带温度传感器的电动调节阀，阀门要求具备通讯功能;

2）楼栋或单元供暖入口安装电动调节阀，实现楼间或单元间水平衡;

3）安装户端智能调节阀即解决二级网水平失调又垂直失调问题;

4）由云平台或控制中心统一设定参数，下发调节指令。

（3）二网侧在各个楼栋单元热计量间内安装单元分布式循环泵结合自控系统进行调节。

（4）换热站选址的时候，可以与开发商协商，在条件允许的情况下，尽量布置在小区的中心位置，保证各个支线的长度基本一致。

5.2施工方面

（1）在设计合理的前提下，施工质量控制是整个工程项目得以实现其投资效益重要环节之一，其着重表现在施工安装和施工验收阶段。

（2）由于材料供应不及、工期延误等缘故，施工队伍凭经验更改设计施工图。（3）另外，技术工艺水平的高低，也决定了施工质量的优劣，例如施工中发生的偷工减料及大块杂物进入供热管网，形成局部的阻塞。

（4）供热管网随意翻身，而未设置排污、排气等装置。这些，都直接影响着工程质量的保证，造成实际施工情况和理论设计之间出现较大偏差，水力失衡再平常不过。

5.3运行方面

运行调节过程中的水力失调现象,人为因素影响较大,系统在日常运行中必须加强管理,以保证供热质量,并使系统安全、经济地运行。系统运行过程中要严格按制度办事,避免管网系统因污物堵塞、“空气塞”、排污不及时等原因造成的水力失调。管网系统设立巡回检查制度,以便及时发现系统不热、漏水和其他不正常现象。

本文内容源自公众号“瓴熙能源经济”