供熱系統中垂直失調問題的分析及解決方案

摘要：本文主要針對當前集中供熱系統中存在的垂直失調進行簡要的分析，并提出若干種行之有效的解決方案，希望對供熱行業人員有一定的幫助。

隨著我國經濟快速發展，城鎮化水平也在不斷提高。伴隨著城鎮化的推進，北方城市的集中供熱面積在快速增加，熱力管網工程也越來越多。

但是城市建筑數量的增多，建筑結構也愈加復雜，配套的供熱系統更為多樣化，熱力管網出現水力失調的可能性正在增加，水力失調的具體表現形式與過去相比有了一些新的變化，如：熱源系統的水力失調，頂層不熱的垂直失調等。

水力失調是供熱系統普遍存在的問題，系統水力失調可分為水平失調和垂直失調兩種。水平失調表現為水平方向上熱用戶實際流量偏離設計值，導致出現近端熱遠端。垂直失調則表現為垂直方向上熱用戶實際流量偏離設計值，導致樓層上下溫度有高有低，冷熱不均。本文主要是針對供熱系統中存在的垂直失調問題進行簡要分析，并將通常采取的措施進行總結，希望能對廣大供熱單位解決垂直失調問題有所幫助。

1、垂直失調的問題分析

與其他供熱系統相比，上供下回式系統所需流量較少就可以滿足供熱的需要，因此在我國很多地區被優先采用。在大力推廣分戶改造的今天，這種供熱系統的數量依然很多。

這種供熱系統，熱源供水從最上面房間的散熱器進入，也就是頂層先進行供熱，越往下層供水溫度越低。因為靠近熱源（頂層）的散熱器里水溫高，經過散熱器散熱后，水溫降低進入下一層散熱器。導致樓層逐漸降低時供水溫度也在逐層降低。當然設計初期，各樓層的散熱器配置會根據垂直溫降理論進行，但是由于計算復雜難以完全準確、管道系統規格受限、運行水溫和流量偏離設計目標等，使得這種供熱系統普遍性存在上熱下冷的垂直失調問題。（立式單管跨越式系統存在同樣的垂直失調問題。）

2、解決垂直失調的常用措施

針對供熱系統垂直失調問題，如果是在供熱端進行調整，比如減小供回水溫，加大循環水量，僅能夠解決底層用戶溫度達標的問題。但同時又會帶來頂層用戶溫度過熱的問題，而且增加了能耗，造成熱量損失、環境污染，影響管網安全。

在不斷的探索中，供熱行業在解決垂直失調的問題上已有很多經驗，比較常見的措施有以下幾類。

2.1 分戶改造工程

現階段的分戶改造工程，多數是在原來上供下回立式系統的基礎上進行。改造方法是保留室內的散熱器，拆除上供下回的立管，然后安裝共用的供水回水立管，每層用戶各引一根供水管和回水管進入室內。

分戶改造后，會緩解原有的垂直失調問題，然而在供暖期內，常常會出現新的垂直失調問題：頂層不熱、底層熱。

出現這種問題的原因有兩方面：第一，原來上供下回時，散熱器配置是根據垂直溫降理論進行設計的，即頂層用戶散熱器配置依照高溫進水設計，底層用戶散熱器配置依照低溫進水設計。分戶改造后，實際運行的供熱循環水進入每層散熱器的入口溫度卻是一樣的。這就意味著改造后，頂層用戶散熱器的散熱量低于底層用戶散熱器的散熱量。第二，原來的系統中，頂層用戶房屋頂的一圈母管在分戶改造時被拆除，使得散熱面積減小。

2.2 增設調節性能好的閥門

在供熱系統的立管和散熱器入口的支管上設置調節性能好的閥門，并對系統實施初調節。調節時消除各立管之間、各層之間的水力不平衡，從而解決系統的垂直失調問題。

這種改造方式，投資較少，但是初調節是在運行工況下進行的，如果運行參數改變，供熱系統依然會出現垂直失調的問題。在進行彈性供暖時，這種改造方式會大大增加后期的運維成本。

2.3 增設平衡閥和溫控閥

在供熱系統的立管增設平衡閥，在散熱器入口的支管上增設溫控閥。

溫控閥是流量調節設備，一般安裝在散熱器前，通過自動調節流量，實現居民需要的室溫。在各層散熱器入口的支管上增加溫控閥后，隨著室內負荷的變化，溫控閥隨之自動變化，通過散熱器的流量也隨之變化以達到室內目標溫度。

熱網的流量隨著室內負荷在變化，在立管增設動態平衡閥，可以保證該閥門所負責的支路上的流量保持不變，即使供熱系統新增用戶后，原有支路的動態平衡閥不需要進行調整。

如果在立管增設靜態平衡閥，當供熱系統新增用戶或原有用戶工況發生變化后，因為流量分配比例發生變化，需要對平衡閥進行重新調節。

2.4 動態調節系統介質的流量和流向

在供熱系統中建筑物的熱力入口處增設建筑供熱機器人。

建筑供熱機器人主體結構部分為四通換向閥，可以在0%~100%的范圍內調節系統流量使得用戶室內溫度較為舒適，并且可以通過換向改變上供下回的供熱方式，從而解決垂直失調的問題。換向后系統的下供上回方式，形成反沖洗，可以帶走管路里的腐銹，以及彎管處的存留氣泡，增大散熱器的散熱效率。

建筑供熱機器人的控制部分內置有算法，集成了末端熱負荷自動識別技術和CC^?連續調試技術。末端熱負荷自動識別技術，即測量主體采集的溫度、壓差等熱媒參數，經過算法處理后得到建筑物的目標溫度。然后結合CC^?連續調試技術，建筑供熱機器人可以在安裝初調試后，自學習3-5天，轉入自動、智能、精準控溫的狀態。后期即使供熱系統新增用戶或原有用戶工況發生變化，也不需要進行重新調試。

以上內容，對當前供熱系統存在的垂直失調問題作了簡要的分析，介紹了在垂直水力平衡調節工作中采用的一些措施。河北百時得在此拋磚引玉，期待與廣大供熱行業人士共同探索水力平衡技術，為提高我國的供熱水平而共同努力。

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