第 1 章 绪 论
1.1 问题的提出
据统计数据显示，目前在我国的北方集中供热系统的面积超过 120 亿平方米。集中供热系统中，热电联产平均承担着 50%的热源供应，而燃煤燃气锅炉占热源的 50%。每年，我国北方地区约五到八亿平方米的新增供热面积，这导致多数城市热源严重不足。一方面，供给严重不足，另一方面，能源浪费也较为严重。而在相同条件下，发达国家较我国的住宅建筑采暖能源消耗方面，却仅仅是我国的三分之一。由此可见，在我国采暖供热系统的节能课题研究显得尤为重要。因而，为了降低供热成本，我们优化集中供热系统的运行调节，提高能源的有效利用率，具有现实意义[1]。 在供热体系的运转过程当中，为了避免供热管网水利工况的失衡，在集中供热系统的所有用户组成一个有机架构体系，其中某一用户自行进行自主热量调节，或管网结构的变化，都可能会影响到该整体当中的其余用户。 因而，供热系统当中的管网水力的计算，是供热系统运行体现可靠性、技术性进行分析的理论性基础。在这一基础上，制定切实可行的调节策略，指导供热运行实践。在20 世纪 70 年代末，80 年代初，以研究供热系统水力工况为基础，进而拓展探究了热力的工况，并结合水力工况和热力工况之间的相互关系，得出了奠基性论断[2]。即指出系统的水力不稳定，是致使系统中冷热不均的重要原因；并就本国长期推广的"大流量、小温差”运转形式，从理论上对其进行较为透彻的利弊剖析，从根本上指出了这种"大流量、小温差”运转形式尽管可以自动消除系统的冷热不均问题，但这是一种大投入、高能耗、低产出，十分落伍的运转形式。
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1.2 国内外研究现状
人类生存、经济发展和社会进步离不开能源消耗，在现代社会，随着社会经济的发展，人类生活水平的提高，人均能源消耗量逐年上升，经过上亿年的积淀，传统化石能源的形成，比如煤、石油、天然气等正趋于枯竭。人们已经意识到了这一困境，一方面应该有效的利用能源，节约资源，提高能源在生产生活方面的利用效率；另一方面，着力开发新能源，如核能、太阳能、地热能等，来代替传统的化石能源。北方城市冬季的集中供热覆盖率逐年提高，以北京为例，到十二五末，北京热力供热总面积 2.54 亿平方米，一次管线长度 1459 公里，热力站 3562 座，热用户 121 万户。其中市区内供热面积 2.3 亿平方米，站全市总供热面积的 30.67%，城市热网供热面积 1.85 亿平方米。大型复杂管网在城市已非常普遍。随之而来的是管网的水利失调的课题，它使得整个供热系统质量下降，能源利用率不断降低，热媒通过长距离的输送，管路的水利失调现象更为突出[3]。供热设计选型中，都会在用户的要求上增加一定的富裕量，势必要增加管网的流量，最大流量只应在极端天气下才能达到。但这样会使得平时供给用户热量超标，造成了"大流量、小温差”的运行方式。改善管网的运行状况，以用户的用热需求得到满足为目标，提升管网的安全性和经济性，是众多研究人员探索解决的问题。
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第 2 章 春风小区二次管网热力平衡的数学模型
为了冬季供暖既要达到用户的供暖舒适性标准，又要降低运行成本实现节能。也为了更好的研究水力工况以及建立相应模型体系，本文特意关注了热力集团西城分公司所辖热力站：牛街危改二期东热力站。详尽的记录并总结了 2015-2016 采暖季，该小区的水力工况以及实际供暖效果。在对大量的运行参数的分析中，不断寻求供热系统的最佳平衡点。在 2015-2016 年的釆暖季，热力站二次管网运行中，以满足用户需求为目标持续对整个管网运行工况进行调整，调节系统的供热量从而追踪热负荷的变化。在运行调节中，系统的掌握了一些春风小区二次管网热负荷的变化规律，并逐步的找到了最佳的平衡手段以及调节方案，保证了居民室内供暖达标温度，实现节能运行，节省了冬季宝贵的能源。
2.1 春风小区概况
牛街春风小区坐落在北京市西城区牛街中心地带，占地 103000m2,共有 1970 户，5600人。社区主要用热建筑有清真寺，牛街地区的敬老院，殡仪馆，卫生中心，是一个民族特色极为浓郁，充分体现党中央对各个少数民族关心社区，又是一个建筑年代为上个世纪 90 年代的老旧小区。所以，这里的供热管理工作十分重要的。 另外，选取牛街春风社区为调研对象是很具有代表性的，因为春风社区是一所建筑年代参差、供热半径较长，供热问题突出的社区。如今，集中供热管网日趋复杂化，供热管网水力、热力失调的现象也越来越普遍。近些年新的热用户的加入，对热力管网的热力工况也会造成一定的影响。水力失调的出现不但影响了供热效率和供热质量，同时也使得能耗和运行费用大大增加，对供热管网的热经济性大打折扣。
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2.2 春风小区二次管网水力工况模型
任何流体网络，都具有和电路相类似的性质定理。对于供热管网流体，也可以应用网络理论研究流体系统。物理模型目前应用很广泛，物理模型主要研究的就是所研究对象系统内物件之间的连接关系，以特定的关系通过点和线来简化表示。对于实际供热管网，多是规模大且复杂多变，不利于实际的监测计算、诊断分析，所以可以利用图论及相关的定理和结论，将实际管网本质上保持不变，简化为由各管段和所对应的的节点组成的相关联、有序的集合。 实际的供热管网，管路复杂、系统庞大，并且局部会有一些热量损失，为方便了解二次网络运行状态和连接走向，现根据供热系统现场实际区域布局图，按照管网的抽象和简化的要求与宏观等效、最小误差原则，只显示出主要连接点和大概分支方位，模拟出实际管网运行简图，如图 2-2 所示。
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第 3 章 春风小区二次线实验测试 ........... 21
3.1 实验方案设计 ............ 21
3.2 供热运行数据采集 .... 24
3.3 数据分析及讨论 ........ 30
3.3.1 数据整理 ..... 30
3.3.2 水力工况分析 ..... 33
3.3.3 水力失调分析 ..... 34
3.4 春风小区二次线调节方案 .......... 36
第 4 章 分户计量情景下春风小区二次管网运行调节方案 ......... 38
4.1 分户热计量的调节作用分析 ...... 38
4.2 其他调节手段 ............ 46
4.3 室内数据综合采集器 ......... 50
4.4 本章小结 ........... 51
第 5 章 结论 .......... 52
第 4 章 分户计量情景下春风小区二次管网运行调节方案
供热管网的调节除了上一段中介绍的关键节点加装平衡阀以及二次管线最佳平衡点的选择，还有在热力站内的温度曲线调控、站内动力设备的变频改造以及系统最末端居民的自行调控。热力集团目前主推的两个项目一个是热力站监控检测项目，另一个是分户热计量项目。 站内的一些节能措施也能调节外网工况，改变热力站热量输出，从而改变各个用热单位的实施能耗。同时为了适应分户计量系统流量自主调节的特性预计监控监测热力站实时调节二次供水温度的特性，站内循环水泵的调控方式也要发生变化。本章主要讨论分户水平双管系统同一立管上某些用户调节温控阀时水力工况的变化规律，监控监测热力站微调节对水利工况的影响以及系统水力工况变化时循环水泵的控制方式，这对于实现居民全面分户热计量和远程无人值守无人值守系统的整体完善具有极高的应用价值。
4.1 分户热计量的调节作用分析
在现阶段供暖条件下，热用户很难根据自生需求来决定用热的多少，供热企业也很难判断住户是否温度达标或是严重超标，用多用少无法准确判定，有时供热过足用户只能开窗通风，而一些老旧小区的末端用户还需要额外的采暖设备以维持室内温度的正常。在这种背景下，采用分户计量是势在必行之举!在分户计量的供热系统中，用户可根据室内温度需求，自主调节室内环境温度，自主决定用热量的多少。用户的主动调节会造成供热管网成为变流量系统，热力站出口端的流量随着热用户的需微观的调节。加装压力平衡阀门后系统的压力波动将被有效的减弱，热量的需求也会被慢慢稳定在一定的区域，不会造成热负荷忽高忽低从而形象外网平衡。下面我们主要讨论分户计量系统如何作为网络图论的辅助手段，辅助供热调节，以及分户计量系统的计量调控设备和运行调节方式，并在此基础上建立一二次网的供热调节模型并根据用户的用热习惯进行求解。
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结论
本文在热力集团与北京建筑大学的共同指导下，基于热力集团西城分公司槐柏树中心所辖热力站——牛街危改二期东热力站（春风胡同小区）所提供的运行数据撰写而成。本文首先对目前国内外水力平衡的研究进展以及发展方向加以介绍和说明。根据国内外发展的现状以及热力集团目前的经营现状与发展趋势，结合网络图论的思想，运用到实际测量和计算过程。然后根据牛街危改二期东热力站（春风胡同小区）实地测量的参数，分析数据，总结公式，得出了二次管线水力平衡的理论公式以及调控建议。最后从实际出发总结了一些行之有效的调控手段。下面是对文章主要论点的总结：
（1）在一个供热系统中，存在多个用热建筑，而且各建筑的高度、热负荷、内部阻力均不相同，对这样的二次管网进行平衡调节的方法应是，对距离热力站较近的用热建筑通过平衡装置安装，调节供回水压差，以保证末端用热建筑供回水压差为标准，实现二次管网的平衡。
（2）对于楼内是水平双管分户供暖的系统，较容易出现供回水压差低的情况，特别是在二次管网末端的用户。解决办法，一是对主干线做好平衡调节，二是对楼内各层管井做好流量平衡，按照控低层、保高层的原则做好各层流量调节。
（3）户内失调的处理，由于水平双管分户系统的供回水压差比传统的单管或双管上供下回系统压差小很多，入户后的热媒流速低，易造成管道中的杂质在暖气片中沉积，多年运行后，末端散热器就会出现部分或全部堵塞，表现为室内最远端散热器不热。解决的方法，拆卸散热器片进行冲洗，将杂质污物清除，恢复管道畅通。
（4）对于分户计量供热系统，为了应对用户侧自主调节的流量变化，在对二次管网平衡调解中，可通过管道阻力计算和实际测量，找到管网中平衡控制点，使得在该点的压差得到满足时，整个管网处于平衡状态。当该点供回水压差偏大或偏小时，热力站循环水泵可通过变频调速进行调整，使该点的压差恢复到设定值，实现二次管网平衡下电能的节约。
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参考文献（略）