用靜態水力平衡算法實現供熱管網水力平衡

用靜態水力平衡計算機算法和變流量運行全面實現供熱管網水力平衡

前言
供熱中國著名專家石兆玉教授在“2017年中國智能供熱制冷產業技術創新聯盟成立大會——暨智慧供熱制冷產業高峰論壇”上曾講過：
（管網）智能信息管理主要依靠高水平計算，我們要想進一步深入的挖掘智能信息管理，主要靠“算法”。運行中的變流量調節，電費可以省70%到80%，熱量可以節約20%到30%。

一、唐山曉世科技有限公司簡介  
唐山曉世科技有限公司（以后簡“稱“曉世科技”）成立于2019年，一直從事水力平衡算法的基礎研究與應用，發明了計算機水力平衡算法，獲得了國家發明專利。

二、水力平衡計算軟件研發及應用

1、研發
多年來，“曉世科技”始終如一致力于計算機水力平衡算法應用軟件的研發與應用，從基礎上為企業和用戶解決水力失調問題。
計算機水力平衡算法研發成功后，基于水力平衡算法的應用軟件 也在持續的開發和升級。

2、應用
自2014年開始，第一版基于“曉世科技”水力平衡計算機算法軟件廣泛用于唐山市熱力總公司， 解決熱力站的水力失調問題。唐山市豐潤區國能熱力有限公司也得到充分應用。
2019年，水力平衡計算軟件功能得到豐富，水力平衡的調節精度進一步提高。2019至2021年 ,新版軟件在唐山市豐潤區國能熱力有限公司得到廣泛應用，水力平衡調節程度、供熱效果、節能降耗效果已得到企業認可。新版軟件已臻于完美，我們稱其為第二版本。2021年，“曉世科技”的水力平衡技術第一次走出唐山，運用水力平衡算法+孔板閥門技術為山西呂梁地區某熱力公司的一個小區解決了困擾企業多年的水力失調問題，且節能效果突出。

3、開發高算力版本
2021年，在第二版基礎上再次開發高算力版本。以前版本支持終節點用戶數量很少，不能滿足大型樓宇群、大型村落供熱管網的戶前水力平衡計算，高算力版支持20000個終節點用戶的戶前水力平衡大規模運算。調節閥可采用可在線更換孔板的全焊接閥門，也可采用廉價的靜態水力平衡調節器。

三、算控能效管理軟件
1、2022年，“曉世科技”開發了基于水力平衡算法的算控與能效管理軟件平臺。能夠管理熱企全域熱力管網的供熱控制與靜態水力平衡調節�！皶允揽萍肌钡墓芾砥脚_不同于其他智慧供熱系統�！皶允揽萍肌惫芾砥脚_的靈魂是潛入了水力平衡算法，這是真正的靜態水力平衡變流量調節的技術。

算控能效管理軟件亮點：
基于水力平衡算法研發，執行器的每個動作執行的結果管網都是處于靜態水力平衡狀態，而且是瞬間達到平衡狀態，有核心算法根基深厚。而基于供熱平衡的管理平臺算法再先進，核心就是溫度控制開度的算法，用惰性的溫度作為參數，根基不牢。

2、空調管網水力計算
2022年新開發了中央空調冷水管網水力平衡調節計算軟件，用于解決中央空調系統的近冷遠熱，冷熱不均問題。
中央空調系統算控與能效管理軟件平臺
2022年專門為中央空調系統開發了靜態水力平衡變流量運行的能效控制平臺軟件。中央空調系統更大的節能空間在機組之外，隨著冷氣用戶節點的負荷需求變化，改變空調機組的制冷量，保證壓縮機開機數量的最小化，這里的難點是隨著制冷量需求的變化冷水管網的流量也隨著變化，可能出現的問題就是，在減小流量的時候遠端可能沒水了，供熱信息網了解到原因是管網設計階段的嚴重水力失調問題，該軟件能很好的改善這類問題，水力平衡調節到位，流量變小，遠端依舊有水，這項技術節電的潛力巨大。

3、“曉世科技”水力平衡計算機算法專利和水力平衡計算系統相關軟件授權
    （1）“水力平衡計算系統”可以在唐山市熱力總公司（現更名為唐山市熱力集團有限公司）內部專用�；�礎版獲得僅公司內部使用權限，水力平衡計算機算法專利使用未獲“曉世科技”授權。
    （2）天津中車唐車軌道車輛有限公司水力平衡計算機算法、水力平衡計算系統軟件已獲得“曉世科技”授權在全國推廣使用。
    （3）天津濱海高新區禹盟科技有限公司、河北絡陣科技有限公司、山西禹創環境科技有限責任公司、洛陽中偉環�？萍加邢薰�司已獲得相關授權。

四、管網阻力的調節是水力平衡調節的核心
    不管是供熱管網還是冷水管網，管網的阻力分布和作用于管網總口的壓差值決定了管網末端水流量的大小，在管網阻力（不是比摩阻）不變的情況下，改變管網的壓差值，末端流量也隨之改變。設計和施工階段的管網是處于水力失調狀態下的，在這種狀態下，壓力加大供給，由于近端阻力小，水流量偏大，遠端阻力大，水流量偏小，遠近端的流量可能差幾倍到十幾倍。 總口給予的壓差小，遠端可能就沒水，總口給予的壓差大，近端用戶流量大幾倍而遠端用戶流量可能仍然很小，這就是水力失調最令人頭痛的問題，水力平衡的調節其實就是管網阻力的調節。水力平衡調節的三要素是壓差、阻力和流量，靜態水力平衡調節就調總口到各個終節點用戶管段的阻力值。這就需要水力平衡計算機算法進行管網阻力的計算，還要知道不同孔徑的孔板阻力值是多少。水力平衡調節與溫度沒有關系，而現在普遍用溫度控制的調節技術都不算真正的水力平衡調節，而是供熱平衡調節。

管網節能降耗的關鍵
    企業管網節能降耗的關鍵是把水力平衡工作做好。水力平衡調節到位，節能降耗效果就一定到位；水力平衡調節到極致，節能降耗程度就達到極致。所以，靜態水力平衡調節技術一定優于供熱平衡調節技術，因為溫度是一個惰性參數，它作為平衡調節的參數有問題。舉例：終端用戶3 KG流量與6公斤流量室溫區別不大。

五、“曉世科技”水力平衡技術優點
    1、水力平衡方案是經過大規�？茖W計算得出的。水力平衡是供熱的基礎，水力調節平衡供熱自然平衡；
    2、水力平衡調節精度高，供熱效果好。近熱遠冷、冷熱不均等水力失調問題迎刃而解。
    3、水力平衡調節到位，總流量可大大降低，揚程需求大幅降低 ,節電最少50%以上。
    4、節熱最高30%,大幅減少人為失水，還能節省人工。
    5、水力平衡調節在供熱前就完成了。它與溫度沒有關系。
    6、“曉世科技”水力平衡算法具有診斷管網阻塞位置的能力。

六、分布式水力平衡方案理念
化整為零，降低成本，精準調節。解決負荷改孌的蘇平衡變流量運行的技術難題。
分布式能源水力平衡

步驟一：主干管網的水力平衡調節。

    主干管網采用電動靜態水力平衡調節閥進行閥門開度控制隨著建筑體冷熱負荷的變化，電動平衡閥的開度由工作站水力平衡計算軟件瞬時計算出來，www.tribalhearth.com將閥門開度參數傳遞給效能控制軟件系統來執行，保障主干管網的總是處于靜態水力平衡狀態。企業可以自己確定冷熱負荷變化的采集時間。

變驟二：主干以下各個建筑體的戶前水力平衡調節。

    電動平衡閥以下是建筑體（可能是高層建筑、普通民用居住樓房、企業廠房或辦公樓等），建筑體內部各個房間水力失調現象普遍存在，各個房間住室戶前水力平衡調節解越來越引起重視，運用“曉世科技”水力平衡計算機算法計算出各個建筑體的水力平衡方案，以建筑體為單位加工孔板，孔板的載體可以選擇孔板閥，也可以選擇靜態水力平衡調節器。供熱信息網了解到在各個樓宇戶前加裝孔板后，各個樓宇內部戶前處于水力平衡狀態。

七、“曉世科技”應用最廣的水力平衡方案：
    1、水力平衡算法+孔板閥方案
    在社區樓宇單元前安裝孔板閥門，計算求得水力平衡狀態下的一組孔板孔徑方案，安裝到對應的孔板閥內，社區管網水力平衡調節結束。該方案不考慮熱用戶的戶前平衡。多年的實踐充分驗證了該方案的可行性。

    2、“曉世科技”城鎮、村落水力平衡方案：水力平衡算法+水力平衡調節器
    城鎮、村落居住分散，終節點用戶龐大，可以考慮采用水力平衡調節器來降低成本。水力平衡調節的精算在于水力計算，各種閥門只是載體。

孔板閥門的特點：
1、孔板閥門結構嚴謹，球心和孔板采用304不銹鋼材料，使用壽命長，壽命在20年左右。
2、可芾壓更換孔板，為精調奠定基礎。
3、調節精度高，孔板孔徑加工精度為0.1毫米， 這已經是其他調節手段無法比擬的了。

大家最關心的問題
入住率時常變化會不會影響靜態水力平衡調節？

下邊的圖是一個住戶單元，單元前加裝了孔板閥，比如這是去年該小區管網整體做了靜態水力平衡調節，為了進一步提高供熱效果，運用戶前平衡調節器做了樓宇戶前水力平衡調節，這種調節是分布式水力平衡調節。去年該單元所有用戶都付費采暖了�？墒� 今年B1和D2兩戶提出報停要求。那么一樓的孔板閥的孔板孔徑還需要重新調整嗎？

運用“曉世科技”水力平衡計算軟件，去年已經求得了孔板閥到12 家住戶的各個管段阻力值，即使關閉了B1和D2的鎖閉閥，其他10 家的阻力是不變的，而且，如果孔板閥后的差壓值也基本保持不變，根據管網水力計算三要素即差壓值保持不變，阻力保持不變，