1 引言
近些年来随着供热区域内建筑面积的不断增加，供热管网的系统半径不断增大，在运行期由于各种因素的影响，使得管网出现实际流量与设计流量不一致的现象，即出现了水力失调。虽然在设计初期会考虑到水力失调带来的影响，由于水力计算步骤较为复杂，会选择一些型号较大的设备，如加大水泵扬程，提高水泵的运行频率来弥补系统水力失调。这种“大流量”的措施，放在以前的小规模系统，舒适度要求较低、能耗要求也较低的供热管网循环系统中，还可以用。但是现在来看，系统规模不断扩大，高舒适性、低耗能性等要求被提出，因此寻求新的解决水力失调的方法迫在眉睫。据不完全统计，选用较大型号设备，会增加供热设备的系统投资20%以上，同时热能和电能也有不同程度的增加，耗热能增加15%以上，浪费电能30%以上。
管网水力失调不仅造成能源的大量浪费，而且造成了各采暖建筑物之间的室内温度偏差较大,冷热不均。因此，必须采取有效措施解决供热管网水力失调问题。笔者分析了某小区的供热管网中存在的问题，利用加装涡街流量计方法解决管网水力失调的现象，以实现节能的目的。
2 小区供热管网系统现状
某小区住宅楼建设于1996年，建筑结构为砖混建筑，建筑面积为54931m2，共30栋住宅楼。2017年缴费739户，总采暖面积为47141m2。换热站位于小区中部，板式换热机组设计换热面积为50000m2，循环泵额定功率为30kW，流量为200m³/h，扬程为32m。庭院管网共分为2个支状供回水环路，该小区供热管网见图1所示。
管网平衡改造前，2017~2018 年*寒期循环泵频率为45HZ，实测总供水量为189m³/h，供水温度为 55.4℃，回水温度为47.1℃；换热站总供水压力0.37MPa,回水压力为 0.27MPa；采暖期电指标为1.221kW·h/m2。管网近端末端部分用户*寒期室温实测数据详见表1。基于以上数据可以看出，该小区庭院管网采用“大流量、小温差”的供热运行方式，同时热用户室温存在近热远冷现象，管网处于水力失调状态，耗电指标偏大，节能改造潜力巨大。
3 涡街流量计的选用及调试方案
3.1 涡街流量计的选用
该小区建造年代较早，供热系统未采用热计量，因此供热系统属于定流量系统。在定流量系统中，运行过程流量不发生改变，因此只会出现静态水力失调。只需要使用静态涡街流量计平衡系统阻力，达到静态水力平衡即可。2018年夏季，我公司在小区每个楼单元前，回水干管上KPF静态水力涡街流量计，共安装88台DN50涡街流量计。为使系统在*大程度上达到静态水力平衡，供热前期即可用专用仪表进行平衡调试。KPF静态水力涡街流量计有良好的流量调节特性及开度锁定记忆装置，配合使用专用智能仪表可测量单体建筑的供热流量。该阀门可实现系统平衡后、总流量增减时，各支路、各用户的流量同比例增减，同步传至每一个末端装置，可有效避免流量失衡、各个环路相互干扰造成的热量浪费。
3.2 涡街流量计调试方案
目前国内平衡调节的主要方法有温差法、比例法和CCR法。结合公司选择使用KPF涡街流量计的现状，现采用KPF 综合
调节法。该方法是计算出每栋单体建筑的理论循环流量，通过安装KPF涡街流量计，利用其专用智能仪表标定通过阀门的实际流量，调节阀门开度，使实际流量趋近于理论流量，实现水力工况平衡。
3.2.1 计算理论流量
考虑到该小区建造年代较早，建造围护保温性较差，查阅《城市热网设计规范》后选用40W/m²的采暖热指标进行计算。
根据公式（1）和公式（2）计算出每个单元理论设计流量。使用涡街流量计专用智能仪表，通过调整涡街流量计开度，使实际流量趋近于理论流量。
3.2.2 涡街流量计调试
在庭院管网涡街流量计调试中，采取“先近后远”的原则。*先利用专用智能仪表对管网近端涡街流量计进行流量调试，使其实际流量趋近于理论流量，这样可以有效增大管网末端用户的使用流量，防止末端流量不足的情况出现；其次再依次进行管网中端和末端涡街流量计调节，使整个环路水力工况达到平衡。在涡街流量计调试过程中，需将每台阀门的开度设定值、实际流量值等数据进行记录和整理，并撰写涡街流量计调试报告，以便为以后调试提供依据。部分涡街流量计调试结果见表2所示。
4 管网平衡改造效果
4.1 管网不平衡率分析
将所有涡街流量计调试后不平衡率做成图片，如图2所示。
图2中横坐标代表涡街流量计安装单元数，纵坐标表示每个涡街流量计不平衡率，当未使用静态水力涡街流量计进行调节前，水力不平衡率数据不集中，比较分散，*大能达到98%，从图中还可以看出，调节前管网近端涡街流量计不平衡率较大，而管网末端不平衡率均为负值，流量严重不足。说明调节前管网存在严重水力失调现象，近端流量大，远端流量不足。管网平衡改造后，水力不平衡率全部集中在8%以内，也就是说，整个管网基本处于水力平衡状态，即实际流量与理论流量相当接近。另外从图中可以看出，一些涡街流量计不平衡率存在负值，说明该涡街流量计的循环流量不足，原因可能为此阀盗用压差不足，静态涡街流量计的加装，无疑使得管路阻力增大了，因此必须考虑加大阀门开度。如果仍不能满足循环流量，应考虑该处静态涡街流量计安装的必要性。
4.2 用户室温分析
我公司在该小区管网改造前，在不同单元不同楼层分别安装100台室温采集器。涡街流量计调前数据采集于2017~2018年供热期，调后数据采集于2018~2019年供热期。经过两个采暖期，共有96台室温采集器可以正常提供数据。数据分析结果见图3所示。
图3中的曲线 A和B供热管网涡街流量计调节前后的热用户室温变化情况，横坐标表示室温分布，纵坐标表示热用户数量。从图中可以看出，涡街流量计调节前热用户室温比较分散，既有室温小于18℃的热用户，也有室温大于24℃的热用户。热用户室温“近热远冷”，供热管网存在水力不平衡现象。涡街流量计调节后，有49户用户室温在20℃~21℃之间，从图中可以看出室温分布范围缩小，平均室温降低，从而，不仅减少了供热量，也大大提高了供热品质。一般来讲，对采暖系统，每增加 1℃平均室温，能耗增多 5%~10%。采暖系统实现平衡后，常常可以降低平均室温1℃~3℃。
4.3 换热站内数据分析
管网平衡改造后，2018~2019年*寒期换热站内供水温度为55.4℃，回水温度为 44.8℃，供回水温差较上一采暖期增大2.3℃。换热站总供水压力0.37MPa,回水压力为 0.25MPa，供回水压差较上一采暖期增大0.02MPa。通过多次调试涡街流量计，已将循环泵频率降至39HZ，采暖期电指标为0.877kW·h/m²。可见管网平衡改造后，节能效果明显。
5 结论
通过对上述案例的分析，熟悉了静态水力涡街流量计的调试方法，通过对比平衡调试前后的不平衡率、室温等数据，得出管网平衡改造对改善管网水力失调的效果明显，不仅节约能源，而且提高了管网末端热用户室温，缓解了热力公司与热用户之间的矛盾。
