集中供热管网水力平衡调节技术对供热效率提升的实际分析

引言：随着城市集中供热规模的不断扩大，管网水力失衡问题日益突出，传统依赖大流量运行的粗放调节方式已难以满足高效供热需求，水力平衡调节技术通过科学分配管网流量，消除局部过流或欠流问题，成为提升供热效率的核心手段[1]。

一、水力失衡对供热效率的影响

水力失衡是集中供热系统普遍存在的关键问题，严重制约着系统整体能效，直接导致系统内热量分配不均：管网水力特性不匹配使得不同位置的用户单元所获得的循环流量出现显著偏差。距热源近端的用户单元循环流量过大，室温远超需求标准，不得不通过开窗散热以缓解不适；而位于管网末端或高区的用户单元则因循环流量不足难以达到基本供暖温度，长期处于“冷热不均”的状态。为补偿这一失衡状态，运行方常被迫采用简单且粗放的调节方式——大流量运行策略，即通过提高系统循环泵的工作频率，强制增大系统总流量；或采用高温运行策略，即提升热源首站的出口供回水温度设定值，试图以增大温差的形式提升末端热量输送能力 [2]。这种补偿失衡的操作造成两方面的巨大能耗浪费：一方面，循环泵电耗急剧攀升。循环泵的耗电量约与其转速的三次方成正比，流量大幅增加将导致其电耗急剧上升。据研究统计，因水力失衡需过量循环，其输送能耗（循环泵电耗）在集中供热系统总能消耗中的占比常高达20%～30% ，远超过设计值（正常应控制在 10% 以内）。另一方面，管网系统的无效热损失显著加剧。大流量高温差运行导致管道内流速加快，单位时间流经管壁的热量增多；更高的管壁温度又导致管壁与环境间的温差扩大。两项因素叠加，促使管网散热损失大幅增加。工程实际数据表明，在失衡系统中，仅热力站至用户入口这一段一次网或二次网的热损失率便可高达 10%～20% ，远高于平衡良好系统的损失率（通常控制在 5% 以下）[3]。

水力失衡引发的流量或温度补偿措施，还会带来其他隐性能耗浪费：水泵阀门开度调整不当造成的局部节流损失、部分用户过流造成的无效热输送等。实证研究结果清晰揭示了其影响程度：在同等气候条件与供暖面积下，因水力失衡且需依靠增大负荷弥补的系统，其单位面积的供暖总耗热量（包括热源能耗与输配能耗）较水力平衡良好的系统普遍高出 15% 以上，个别严重案例甚至超过 30‰ 。这种系统性低效不仅造成了巨大的能源浪费与经济损失，也增加了供热企业的运行成本和环境污染排放[4]。

二、 集中供热管网水力平衡调节技术对供热效率提升原理与方法

（一） 静态平衡调节：基础阻力匹配与运行局限性

静态平衡调节是管网水力平衡的根基技术，在关键节点（如热力站分支管、楼栋单元入口）加装手动调节阀（典型如具有开度刻度与压力测试口的手动平衡阀），依据设计流量分配值进行预设，具体操作需借助专用仪表进行等比流量法调试：逐级从热源近端向末端调节，利用阀体前后压差读数，参照阀门的流量特性曲线（ Kv 值），配合超声波流量计或压差计测量，反复调整阀门开度直至各支路实测流量与设计流量偏差 ⩽5%_∘ 。例如某小区供暖系统初调中，通过预设 42 处平衡阀开度，使最不利环路的循环量从设计值的 60% 提升至 97% ，基础水力失调得到矫正，静态平衡的本质是建立阻力匹配的网络结构：通过预加阻力补偿原系统各支路阻抗差异（如近端管路短阻力小、末端管路长阻力大），迫使总循环泵输送的流量按需分配至各末端用户，消除“近端过流、远端欠流”的基础失衡。工程验证表明，成功实施静态平衡可使系统输送能耗下降 15‰ ，但存在明显局限：其平衡状态基于设计工况设定，无法响应动态运行中的变量干扰——当部分用户主动变流量调节（如温控阀动作）、换热站变频泵切换工况或管网局部堵塞时，原预平衡状态被打破，导致二次水力失调，因此静态调节仅作为系统初装或改造后的基础工作，需与其他技术配合以应对实际运行的复杂性。

（二）动态平衡调节：实时稳流与变工况适应性

动态平衡调节安装自力式流量控制装置，在无需外部能源条件下实现各分支支路流量的自动恒定，根据控制原理可分为两类：自力式压差控制阀（如动态压差平衡阀）通过内置隔膜感应阀前后压差，当管网压力波动时自动调整阀芯开度，维持设定压差（ΔP 恒定），保证用户入口调节阀（如恒温阀）在有效工作压差范围内动作；自力式流量限制器（如定流量阀）内部设有带弹簧预紧力的可动阀芯，当实际流量超过设定值时，阀芯压缩弹簧减小流通截面，反之则增大开度，实现流量稳定（Q 恒定）。某医院供热系统加装 187 台自力式压差阀后，二次网最不利用户资用压头从 3kPa 增至稳定 15kPa，恒温阀调节效率提升 80% 。

（三）智能调控系统：全时域协同优化

智能调控系统代表水力平衡技术的最高发展阶段，通过物联网架构实现感知 - 分析 - 决策 - 执行的闭环控制，系统构架包含三层：感知层部署压力 / 温度 / 流量传感器于热源、管网关键节点及典型用户室内；传输层通过 LoRa/NB-IoT 等低功耗广域网络回传数据；决策层基于大数据平台实施多目标优化：（1）实时水力计算：以每 5 分钟为周期重建全网水力模型，解析各节点压损与流量分配；（2）自适应寻优算法：以最小输送功耗为优化目标，通过改进型遗传算法迭代计算水泵最优频率与各调节阀最佳开度组合；（3）预测性补偿：依据气象数据与历史负荷曲线，预判未来 2 小时的热需求变化趋势，提前调整设备参数以避免滞后响应。在某大型区域供热项目中（覆盖 230 万㎡），智能系统将96 座热力站的水泵电耗同比降低 24.7% 。其节能机理包含三重优化：阀门精细调控：动态生成各节点平衡阀的开度指令（精确至 0.1% ），取代手动预设与自力阀的单点控制；泵站协同变频：根据全网水力解算结果智能设定主泵频率，避免“末端欠压 - 近端超压”的循环矛盾；热源负荷匹配：依据回水温度分布精准推算全网实际需热量，反馈至热源调度系统避免过量供热。虽然智能系统需较高初始投入（占项目总投资 5‰ ），但在管网规模大、负荷变动频繁的系统中，投资回收期通常可控制在 3 个供暖季以内，其通过全时域动态平衡，将传统调节技术难以解决的系统耦合失衡降至最低，实现能效的最大化挖掘。

结语：

水力平衡调节技术是提升集中供热效率的关键途径，通过精细化流量分配显著降低能耗与运营成本，之后需进一步推广智能调控系统，结合数字孪生技术实现管网全生命周期优化，推动供热系统向低碳、高效化方向转型。

参考文献：

[1] 郝冠宇. 室外供热管网设计与水力平衡调节技术研究[J]. 中国高新科技,2025, (13): 100-102.

[2] 毋仁杰. 集中供热管网水力平衡智能调节装置的开发研究[D]. 河南理工大学 , 2024.

[3] 张毅 . 城市集中供热管网热平衡调节技术研究 [J]. 中国新技术新产品 ,2023, (01): 94-96.

[4] 王要伟. 一种集中供热管网静态水力平衡调节方法[J]. 内蒙古煤炭经济,2020, (10): 127-129.