摘 要：我国目前集中供热二次系统运行效率偏低，尤其是老旧小区二次管网及各用户没有调节措施，各热用户实际分配水量与设计水量不符，近端热用户流量大，而远端热用户的流量小，“近热远冷”的现象较为严重。本文结合北京市西城区某热力站二次系统安装流量控制阀改造工程实例，通过理论和数据测试与分析，验证在二次系统安装流量控制阀，首先能够调节换热站二次系统水力平衡，保障供热质量，其次能够实现节能降耗，提高用户的热费收缴率。

关键字：流量控制阀 调节 水力平衡 节能

1 引言

目前，我国部分热力站的二次管网规模大、管线长，缺乏有效的调节手段，致使水力失调现象严重。为保护末端用户的利益，热力站运行经常采用大流量、小温差的运行方式予以弥补。为了解决此问题，可以采取在建筑物入口处安装流量调节阀的技术方案。我公司2010年在西城区某座热力站二次系统的建筑物引入口安装了流量控制阀，从而改变二次供热系统大流量、小温差的运行方式。

2 热力站概况

某热力站建于1992年，供热面积6.06万m²，共有两路系统，其中：北区供热面积4.15万m²，系统循环水泵型号为：G150-40-25NY，流量150m³/h，扬程40m，电机功率25kW。南区采暖供热面积1.91万m²，系统循环水泵型号为：G100-32-15NY，流量100m³/h，扬程32m，电机功率15kW。均为一用一备，采用开式膨胀水箱定压。

该热力站是一座建成近20年的老换热站，虽然近年来对站内主要设备进行了改造，但是由于二次系统老化且管线较长，因此存在以下两点问题：

（1）近端热用户与远端热用户给水温差达6~7℃，最大达到10℃，造成近端用户室温个别超过25℃，远端热用户室温个别低于16℃的近热远冷现象。

（2）由于二次系统水力失调，远端用户不热，只能增加水泵的运行频率或开启备用泵，采用大流量的运行方式，大大地增加了电耗，水泵不能在最佳工作点下运行。

由于二次系统水力失调不仅会造成能源的浪费，而且也会使供暖质量不断下降。为此我们在西城区某热力站的二次系统安装了自力式流量控制阀。

3 流量控制阀的工作原理

自力式流量控制阀是一个多孔板组合的联动装置，是目前国内较可靠的动态水力平衡元件。它由一个流量可设定的可视调节阀，即手动孔板（相当于一个动态水力平衡元件）和两个阀瓣几弹簧、膜片组成的动态调节装置。手动可调孔板是用户根据设计热负荷的循环流量值，使用专用设备旋转流量可视调节线，调至所需流量值对准流量刻度线指示值即可。流量一经设定，其值是永恒的，不受供热系统的压差、热负荷等影响。自力式流量控制器中的自动孔板将借助于系统的压差为动力，自动调整阻力，直到完全消除该系统的剩余压头为止，从而确保流量设定值保持不变。

4 热力站二次系统流量控制阀安装示意图

该热力站在二次系统中热用户14个入口处全部安装了自力式流量控制阀（如图1所示）。我们根据供回水管的管径选用等管径规格的流量控制阀，水平安装在热用户入户阀门井的回水管上。

图1 二次系统流量控制阀安装位置平面图

5 流量控制阀在二次系统中的调试与效果

由于该站末端（64号院，文华园2号）不热用户较多，经入户测温用户室内平均温度在16℃左右，最低的仅14℃，供热投诉率较高，而近端用户（百万庄大街3号，水关宿舍）最高温度达到了25℃，用户开窗现象较多，造成了能源的浪费。为此，安装流量控制阀前使用超声波流量计对二次系统各用户入户实际流量进行了测试，同时计算了水力失调度。测试结果见表1。

表1 安装调试前水力平衡度

5.1 水力平衡度

在热水供热系统运行过程中，往往由于种种原因，使网路的流量分配不符合各热用户的要求，因而造成各热用户的供热量不符合要求。热水供热系统中各热用户的实际流量与要求的流量之间的不一致性，称为该热用户的水力失调。它的水力平衡程度可用实际流量与规定流量的比值来衡量，即：

X=Vs/Vg     （1）

式中：X——水力平衡度；

Vs——热用户的实际流量；

Vg——热用户的规定流量。

5.2 未端不热用户原因分析

造成供热管网中水力失调的主要原因是由于系统内的阻力分配不当，不能按设计要求的参数运行。通过对各热用户水力平衡度的计算（见表1），可以看出在系统末端的热用户64号院，文华园2号的水力平衡度分别为均0.8。以文华园2号为例，该热用户供热面积9000m²，而实测流量仅为24.6t/h，大大低于该热用户的设计流量30.6t/h，而且该楼属于80年代的建筑，保温性能也不是很好。

5.3 调试方案

我们此次采用的调节方法是理论与经验相结合的方法，即参考用户的设计流量，又考虑用户历年的采暖情况（如文华园1号设计流量为34t/h，该建筑为80年代的老建筑，保温性能较差，且楼底盘楼腐蚀严重，我们就把它的实际流量调节到35.9t/h，效果良好）。首先根据各用户设计流量（见表1），由末端开始对每个分支用户进行流量调节，调节前所有分支平衡阀门均处于关闭状态，当调节到中间部分分支时，末端经过调节后的分支出现流量变化是正常现象，此时可不必理会。待首次调节全部完毕后，对所有采暖分支的流量进行测试，并一一记录，与设计流量进行比较后得出水力平衡度，对于水力平衡度较大的分支，对其进行二次调节，即微调。由图2可以看出，经过调节后的热力站系统二次侧各分支的水力平衡度趋近于1，即管网易达到水力平衡状态。经调节后各分支的流量见表2。

表2 安装调试后水力平衡度

图2 改造前后系统的水力平衡度

5.4 安装调试前后热用户室温跟踪

改造前后我们在该小区的用户家里放置了温度自计仪（按远端、中端、近端分别放置）来测试流量控制阀的实际使用效果。表3为在二次系统安装流量控制阀后用户室温变化情况。根据对表中的数据分析，原来处于系统末端热室温较低的文华园2号温度提升近2℃，而处于系统近端百万庄大街3号通过流量控制阀的调节用户室温从23℃下降到20℃左右，用户开窗现象较少，提高了热舒适度（已修正）。

表3 安装流量控制阀前后室温数据对比

6 使用流量调节阀后经济效益分析

6.1 节电分析

在热水供暖系统中，循环水泵所产生压力恰好与网路需要的压力相等，泵才能在效率最高的最佳状态下运行。由于系统的水力失调，整个系统均处于大流量的运行方式，泵常处在不经济的条件下运行，且为了避免循环水泵在大流量运行过程中出现电机过热，甚至过载烧坏，操作人员不得不将泵出口阀门关小，让电机在额定电流下运行，要用这种方式增大水泵的出口阻力，限制流量，对供热管网来说无疑是一种无用的阻力。

该热力站南区系统安装的是G100-32-15NY型水泵，北区系统安装的是G150-40-25NY型水泵。图3为南区水泵和管网特性曲线，图4为北区水泵和管网特性曲线。图3中，绿色曲线为安装流量控制阀之前的水泵特性曲线，红色曲线为安装流量控制阀之后的管网特性曲线。可以看出，在管网中安装自力式流量控制阀，实现动态调节后，管网中的阻力能自动调整，确保水泵在最佳的工况下运行，水泵电机的能耗亦相应下降。

图3 南区水泵和管网特性曲线

图4 北区水泵和管网特性曲线

该热力站南区水泵在安装流量控制阀前，使用超生波流量计测试水泵流量为85m³/h，实际运行功率为15kW，以水泵运行3000h，电费为1.07RMB/kWh计算，则水泵的运行费用（整个采暖季，以125天计算）为：

Cpt=Q×P×T     （2）

即：1.07×15×3000=48150元

式中：Q——电费，元/（kWh）；

P——水泵功率，kW；

T——水泵运行时间，h。

在安装流量控制阀后，测试水泵流量为77m³/h，实际运行功率为13.7kW，水泵运行费用（整个采暖季，以125天计算）为：

Cpt=Q×P×T      （3）

即：1.07×13.7×3000=43977元

节省水泵运行费用：48150-43977=4173（元）。

同理计算北区水泵在安装流量控制阀前，测试水泵流量为154m³/h，实际运行功率为25.5kW。则水泵的运行费用为81855元。

在安装流量控制阀后，测试水泵流量为145m³/h，实际运行功率为23.5kW调节流量，水泵运行费用（整个采暖季，以125天计算）为：75435元。

节省水泵运行费用：81855-75435=6420（元）。

该站安装流量控制阀后共节省电费4173+6420=10593元。

6.2 节热分析

在二次系统安装流量控制阀后，近端用户室温从平均23℃下降到20℃左右，用户开窗现象明显较少，避免了大量的热能的浪费。安装前09-10采暖季共耗热23105GJ，

安装后10-11采暖季共耗热22423GJ（已按当年气温折算），共节热682GJ。若热电厂燃煤热价按33元/GJ计算，共节省费用22506元。

6.3 热费收缴率变化

安装流量控制阀后，末端用户室内平均温度升高，供热质量提高，用户满意度增加，供热投诉率下降，热费收缴率（见表4）也从52.63%提高到了62.13%，共计增收65448元。

表4 热费收缴对比表

6.4 投资回收年限计算

该站安装流量控制阀项目总投资为17.78万元（包括材料费，施工费，阀门井扩建费），安装后当年共节省电费10593元，节省热费22506元，增收采暖费65448元，总计98547元。按每年9.85万元的投资回报测算，预计投资回收期为1.8年。

结论

1）在换热站的二次系统安装流量控制阀可以解决一个小区供热系统内，各用户之间的水力失调问题，使各个建筑物用热均衡，按实际所需供热。

2）在二次系统安装流量控制阀，改造成本低，工程规模小，可操作性强，不仅可以使系统的水力平衡度趋近于1，还能够降低换热站的能耗，提高热费收缴率。通过节省的电费，热能费，增收的供暖费，两年左右即可收回改造费用。

3）通过改造及加强管理，提高了供热质量，增加了用户满意度，解决了近端用户过热开窗，远端用户不热投诉率高的问题，提升了“北京热力”的品牌形象，创造出良好的社会效益。