引言面对城市新老建筑更替、拆旧盖新、新老建筑末端并存等复杂情况，原有的供热系统受到包括管网设计、水力平衡调节等方面的考验。石兆玉［1］为供热系统调节拓宽了思路，给出二次侧有源水力平衡调节的方法。赵鹏飞［2］等研究了基于地热供暖的动力分布式系统，从经济节能方面论证其优势。刘亚男［3］等分析了供热管网的有源式水力平衡和控制阀联动控制系统的优势和特点。虽然针对分布式水力调节的方法研究较多，但涉及新老建筑并存等复杂系统的水力工况的研究分析仍然很少。尤其对于地热供暖系统，较低的热源温度使热网没有足够的柔性［4］进行质调节，因而二级管网的水力工况直接关系到地热系统的节能效率。文中参照实际案例，针对地热低温供暖系统的二级网水力调节优化，分析对比有源调节和泵阀调节在实际案例应用的模拟，为降低系统运行能耗提供方法。1案例分析1.1案例简述研究案例位于陕西省咸阳市迎宾大道西侧，采用深层地热能利用系统为建筑面积31.63万m2的居民建筑提供冬季供暖。6个小区设备运行概况汇总如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.T001表16个小区设备运行概况汇总项目编号供暖面积/万m2末端方式热指标/（W/m2）热负荷/kW设计流量/(m³/h)11.14暖气片6068439.222.47暖气片551 358.577.932.2地板辐射4088050.441.95暖气片551 072.561.558.78地板辐射403512201.364.69暖气片552 579.5147.972.49地板辐射4099657.181.25暖气片55687.539.496.66地板辐射402664152.71031.63——14 434827.4设计供回水温差60 ℃/45 ℃主管网供回水温度为57 ℃/46 ℃。供暖入口7个，其中6个小区入口供水管道先后设置了分布式管道泵进行水力调节。实际运行中发现主管网回水压力高于供水压力（供回水压力0.27/0.4 MPa），说明管道泵选型不合理，富余压头过大。1.2水力平衡分析为综合判断系统水力工况对系统供热的影响，将本案例的末端系统、外管网纳入水力计算模型，进行设计和实际的动态对比分析。供热系统示意图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.F001图1供热系统示意图各水力节点进行统一编号，管段编号如图2所示。按设计工况和实际管径、管长进行水力计算［5］：10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.F002图2管段编号示意图（1）计算管网流量：G'=Qc∇t (1)式中：Q——供暖用户系统的设计热负荷，MW；c——水的质量比热，取c =4.186 8 kJ/(kg·℃)；Δt ——管路供回水温度差，℃。（2）计算每米管长的沿程损失（比摩阻）：R=6.88×10-3K0.25G2ρd5.25 (2)式中：ρ——热媒实际密度，℃·kg/m³；d——管道的内径，m；K——管道当量绝对粗糙度，K=0.5 m。（3）热水网路局部损失：∇Pj=∑ξρv22 (3)式中：∇Pj——局部阻力损失，Pa；ν——流体流速,m/s。（4）采用当量长度法：Id=∑ξdλ=9.1d1.25K0.25•∑ξ (4)式中：∑ξ——管段的总局部阻力系数；Id——当量长度,m;λ——管道延程阻力系数。（5）总压降：ΔP=R(l+ld)=Rlzh (5)式中：lzh——管段的折算长度，m；ΔP——总压力降, Pa；l——管道长度，m；R——比摩阻，Pa/m。环路1、环路2为不同分支的并联环路，主管段计算参数相同，管段计算参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.T002表2管段计算参数管段编号计算流量G＇/(t/h)管段长度l/m公称直径d/mm流速v/(m/s)比摩阻R/(Pa/m)管段的阻力损失△P/Pa合计2 092.0041 348.25139.20120.002000.356.8960.842+3128.3020.003500.508.01 546.734+5262.8015.003500.8015.02 956.216147.90285.002500.7626.311 715.22合计578.2017 179.00139.40120.002000.356.8960.84757.1035.001500.9272.613 130.69839.4085.001500.6435.26558.569152.70185.002500.8128.07 563.65合计288.6028 213.74①866.80280.006000.95103 114.30②578.20241.525000.96154 373.55③410.70108.004001202 332.12④147.90294.202500.8279 028.09⑤147.90200.002500.8276 044.81⑥147.90494.202500.82715 945.93⑦410.70108.0040012024 45.73⑧578.20241.525000.96154 694.29⑨866.80280.006000.95103 571.47合计2 247.4451550.31a866.80280.006000.95103 114.30b288.60421.004000.96209677.22c192.10140.004000.915743.03d152.70185.002500.7926.35 469.26e152.7020.002500.7926.31 557.42f152.70205.002500.7926.35 995.26g192.10140.004000.915743.03h288.60421.004000.962010 477.27i866.80280.006000.95103 571.47计算显示，环路1中的用户6为最不利环路，设计工况下供回水管网的压损为51 550.31 Pa，环路1和环路2的不平衡率19.77%＞15%［5］，即环路1、环路2需要进行平衡调节。各分支之间的不平衡率仅用户8和用户9小于15%，管段不平衡计算结果如表3所示。由表3计算结果可见，管网不平衡率过大，需要对各分支进行水力调节。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.T003表3管段不平衡率计算结果用户分支编号管段阻力损失△P/Pa不平衡率/%1 2+3960.84 1 546.7337.82+3 4+51 546.73 2 956.2147.74+5 62 956.21 11 715.2274.86 111 715.22 960.00-91.81 7960.84 13 130.6992.77 813 130.69 6 558.56-1008 96 558.56 7 563.6513.39 17 563.65 960.00-87.31.3原因分析除用户1未安装管道泵外，其余小区目前采用有源调节的方式进行系统调节，已有管道泵参数和压头富余情况如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.T004表4管道泵参数情况汇总表编号设计流量/(m³/h)管道泵流量/(m³/h)管道泵扬程/mH2O加压泵功率/kW流量匹配度/%富余压头/mH2O1128.301431611偏大11%5.532262.803581622偏大36%10.703147.902002018.5偏大35%13.81457.1010084偏大75%1.66539.4089157.5偏大125%9.336152.702801618.5偏大83%10.23781.5由表4可知，管道增压泵配置未经统一核算，出现流量、压头双过剩的情况。同时系统未配置平衡阀门消耗富余压头，因而出现了回水主网压力上升，使未设置管道泵的用户1回水压力高，供水压力低，系统发生倒流现象，供暖品质下降。2平衡措施分析由于本案例历史形成有源分布式的调节方式，因而改造措施优先考虑在此基础上进行优化，按照以上水力计算和零压差点［6］分布式变频泵调节思路，需对设置的管道泵统一配置变频，采用变频调速方式进行流量和压力调节，并以平衡阀门进行辅助调节。同时，从节约系统水泵能耗和降低末端运行压力出发，分析仅依靠平衡阀门进行系统平衡调节的可能性。具体调节参数核算时考虑本案例主循环泵设置在系统供水管道上，因而零压差点需前置。2.1泵调节分析结合以上计算，按照尽量减小富裕压头，使得零压差点向支路偏移，同时使得水泵在高效区间运行的原则，对各支路增压泵进行调整或叶轮切削，必要时可以结合调整局部管道直径的方法改变工况结合点，管网-水泵特性曲线匹配图如图3所示［7］，其中A点为理想的水泵-管网运行最佳结合点。管道泵参数调整表如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.F003图3管网-水泵特性曲线匹配图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.T005表5管道泵参数调整表项目编号设计流量/(m³/h)实际流量/(m³/h)实际扬程/mH2O实际功率/kW调整后流量/(m³/h)调整后扬/mH2O调整方式139.20---408新增+变频2128.301431611.014316变频3262.803581622.035816变频4147.902002018.520020变频557.1010084.06010更换+变频639.4089157.54010更换+变频7152.702801618.516010更换+变频8合计81.52.2泵-阀调节分析若水泵仅设置变频调速，管网特性不变的情况下，管路富余压头需要依靠平衡阀门进行节流和消耗富余压头，参考手动平衡阀门Kv值曲线图，具体如图4所示。图4Kv值曲线图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.F004（a）阀门口径DN150压力损失曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.F005(b)阀门口径DN300压力损失曲线由图4可知，DN150-DN300范围内的手动平衡阀门，在设计流量下，选择合适的Kv值对应压力损耗量如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.01.021.T006表6各用户模拟Kv-△P值项目编号设计流量/(m³/h)水泵功率/kW入口管径/mm富余压头平衡阀口径/mmKv值△P/bar139.2无DN200-DN1506.50.02277.911.0DN3505.53DN2004.00.04350.45.53DN2002.40.05461.522.0DN35010.70DN2002.00.095201.310.70DN2506.00.106147.918.5DN25013.81DN2504.00.10757.14.0DN1501.66DN1509.50.02839.47.5DN1509.33DN1503.50.909152.718.5DN25010.23DN2504.00.1010827.4由表6可知，部分平衡阀Kv值达到2可以消耗水泵产生的富余压头。通过进一步优化阀门管路管径可以减小Kv值，因而泵-阀联合调节方式具有可行性和可控性。由于用户2、用户4、用户6、用户8均为老式铸铁暖气片系统，运行或停止运行时系统压力不宜超过4 bar［8］以减小暖气片爆管风险。3结语通过泵-阀联合调节，可以解决系统水力失调问题。建议按表5调整管道泵，按表6配置数字锁定式平衡阀；加强运行调节管理，平衡阀设定后不能随意变更参数，避免系统产生振荡［9］；若有新增用户，必须进行新的水力核算和平衡调节。