用静态水力平衡算法实现供热管网水力平衡

用静态水力平衡计算机算法和变流量运行全面实现供热管网水力平衡

前言
供热中国著名专家石兆玉教授在“2017年中国智能供热制冷产业技术创新联盟成立大会——暨智慧供热制冷产业高峰论坛”上曾讲过：
（管网）智能信息管理主要依靠高水平计算，我们要想进一步深入的挖掘智能信息管理，主要靠“算法”。运行中的变流量调节，电费可以省70%到80%，热量可以节约20%到30%。

一、唐山晓世科技有限公司简介  
唐山晓世科技有限公司（以后简“称“晓世科技”）成立于2019年，一直从事水力平衡算法的基础研究与应用，发明了计算机水力平衡算法，获得了国家发明专利。

二、水力平衡计算软件研发及应用

1、研发
多年来，“晓世科技”始终如一致力于计算机水力平衡算法应用软件的研发与应用，从基础上为企业和用户解决水力失调问题。
计算机水力平衡算法研发成功后，基于水力平衡算法的应用软件 也在持续的开发和升级。

2、应用
自2014年开始，第一版基于“晓世科技”水力平衡计算机算法软件广泛用于唐山市热力总公司， 解决热力站的水力失调问题。唐山市丰润区国能热力有限公司也得到充分应用。
2019年，水力平衡计算软件功能得到丰富，水力平衡的调节精度进一步提高。2019至2021年 ,新版软件在唐山市丰润区国能热力有限公司得到广泛应用，水力平衡调节程度、供热效果、节能降耗效果已得到企业认可。新版软件已臻于完美，我们称其为第二版本。2021年，“晓世科技”的水力平衡技术第一次走出唐山，运用水力平衡算法+孔板阀门技术为山西吕梁地区某热力公司的一个小区解决了困扰企业多年的水力失调问题，且节能效果突出。

3、开发高算力版本
2021年，在第二版基础上再次开发高算力版本。以前版本支持终节点用户数量很少，不能满足大型楼宇群、大型村落供热管网的户前水力平衡计算，高算力版支持20000个终节点用户的户前水力平衡大规模运算。调节阀可采用可在线更换孔板的全焊接阀门，也可采用廉价的静态水力平衡调节器。

三、算控能效管理软件
1、2022年，“晓世科技”开发了基于水力平衡算法的算控与能效管理软件平台。能够管理热企全域热力管网的供热控制与静态水力平衡调节。“晓世科技”的管理平台不同于其他智慧供热系统。“晓世科技”管理平台的灵魂是潜入了水力平衡算法，这是真正的静态水力平衡变流量调节的技术。

算控能效管理软件亮点：
基于水力平衡算法研发，执行器的每个动作执行的结果管网都是处于静态水力平衡状态，而且是瞬间达到平衡状态，有核心算法根基深厚。而基于供热平衡的管理平台算法再先进，核心就是温度控制开度的算法，用惰性的温度作为参数，根基不牢。

2、空调管网水力计算
2022年新开发了中央空调冷水管网水力平衡调节计算软件，用于解决中央空调系统的近冷远热，冷热不均问题。
中央空调系统算控与能效管理软件平台
2022年专门为中央空调系统开发了静态水力平衡变流量运行的能效控制平台软件。中央空调系统更大的节能空间在机组之外，随着冷气用户节点的负荷需求变化，改变空调机组的制冷量，保证压缩机开机数量的最小化，这里的难点是随着制冷量需求的变化冷水管网的流量也随着变化，可能出现的问题就是，在减小流量的时候远端可能没水了，供热信息网了解到原因是管网设计阶段的严重水力失调问题，该软件能很好的改善这类问题，水力平衡调节到位，流量变小，远端依旧有水，这项技术节电的潜力巨大。

3、“晓世科技”水力平衡计算机算法专利和水力平衡计算系统相关软件授权
    （1）“水力平衡计算系统”可以在唐山市热力总公司（现更名为唐山市热力集团有限公司）内部专用。基础版获得仅公司内部使用权限，水力平衡计算机算法专利使用未获“晓世科技”授权。
    （2）天津中车唐车轨道车辆有限公司水力平衡计算机算法、水力平衡计算系统软件已获得“晓世科技”授权在全国推广使用。
    （3）天津滨海高新区禹盟科技有限公司、河北络阵科技有限公司、山西禹创环境科技有限责任公司、洛阳中伟环保科技有限公司已获得相关授权。

四、管网阻力的调节是水力平衡调节的核心
    不管是供热管网还是冷水管网，管网的阻力分布和作用于管网总口的压差值决定了管网末端水流量的大小，在管网阻力（不是比摩阻）不变的情况下，改变管网的压差值，末端流量也随之改变。设计和施工阶段的管网是处于水力失调状态下的，在这种状态下，压力加大供给，由于近端阻力小，水流量偏大，远端阻力大，水流量偏小，远近端的流量可能差几倍到十几倍。 总口给予的压差小，远端可能就没水，总口给予的压差大，近端用户流量大几倍而远端用户流量可能仍然很小，这就是水力失调最令人头痛的问题，水力平衡的调节其实就是管网阻力的调节。水力平衡调节的三要素是压差、阻力和流量，静态水力平衡调节就调总口到各个终节点用户管段的阻力值。这就需要水力平衡计算机算法进行管网阻力的计算，还要知道不同孔径的孔板阻力值是多少。水力平衡调节与温度没有关系，而现在普遍用温度控制的调节技术都不算真正的水力平衡调节，而是供热平衡调节。

管网节能降耗的关键
    企业管网节能降耗的关键是把水力平衡工作做好。水力平衡调节到位，节能降耗效果就一定到位；水力平衡调节到极致，节能降耗程度就达到极致。所以，静态水力平衡调节技术一定优于供热平衡调节技术，因为温度是一个惰性参数，它作为平衡调节的参数有问题。举例：终端用户3 KG流量与6公斤流量室温区别不大。

五、“晓世科技”水力平衡技术优点
    1、水力平衡方案是经过大规模科学计算得出的。水力平衡是供热的基础，水力调节平衡供热自然平衡；
    2、水力平衡调节精度高，供热效果好。近热远冷、冷热不均等水力失调问题迎刃而解。
    3、水力平衡调节到位，总流量可大大降低，扬程需求大幅降低 ,节电最少50%以上。
    4、节热最高30%,大幅减少人为失水，还能节省人工。
    5、水力平衡调节在供热前就完成了。它与温度没有关系。
    6、“晓世科技”水力平衡算法具有诊断管网阻塞位置的能力。

六、分布式水力平衡方案理念
化整为零，降低成本，精准调节。解决负荷改娈的苏平衡变流量运行的技术难题。
分布式能源水力平衡

步骤一：主干管网的水力平衡调节。

    主干管网采用电动静态水力平衡调节阀进行阀门开度控制随着建筑体冷热负荷的变化，电动平衡阀的开度由工作站水力平衡计算软件瞬时计算出来，www.china-heating.com将阀门开度参数传递给效能控制软件系统来执行，保障主干管网的总是处于静态水力平衡状态。企业可以自己确定冷热负荷变化的采集时间。

变骤二：主干以下各个建筑体的户前水力平衡调节。

    电动平衡阀以下是建筑体（可能是高层建筑、普通民用居住楼房、企业厂房或办公楼等），建筑体内部各个房间水力失调现象普遍存在，各个房间住室户前水力平衡调节解越来越引起重视，运用“晓世科技”水力平衡计算机算法计算出各个建筑体的水力平衡方案，以建筑体为单位加工孔板，孔板的载体可以选择孔板阀，也可以选择静态水力平衡调节器。供热信息网了解到在各个楼宇户前加装孔板后，各个楼宇内部户前处于水力平衡状态。

七、“晓世科技”应用最广的水力平衡方案：
    1、水力平衡算法+孔板阀方案
    在社区楼宇单元前安装孔板阀门，计算求得水力平衡状态下的一组孔板孔径方案，安装到对应的孔板阀内，社区管网水力平衡调节结束。该方案不考虑热用户的户前平衡。多年的实践充分验证了该方案的可行性。

    2、“晓世科技”城镇、村落水力平衡方案：水力平衡算法+水力平衡调节器
    城镇、村落居住分散，终节点用户庞大，可以考虑采用水力平衡调节器来降低成本。水力平衡调节的精算在于水力计算，各种阀门只是载体。

孔板阀门的特点：
1、孔板阀门结构严谨，球心和孔板采用304不锈钢材料，使用寿命长，寿命在20年左右。
2、可芾压更换孔板，为精调奠定基础。
3、调节精度高，孔板孔径加工精度为0.1毫米， 这已经是其他调节手段无法比拟的了。

大家最关心的问题
入住率时常变化会不会影响静态水力平衡调节？

下边的图是一个住户单元，单元前加装了孔板阀，比如这是去年该小区管网整体做了静态水力平衡调节，为了进一步提高供热效果，运用户前平衡调节器做了楼宇户前水力平衡调节，这种调节是分布式水力平衡调节。去年该单元所有用户都付费采暖了。可是 今年B1和D2两户提出报停要求。那么一楼的孔板阀的孔板孔径还需要重新调整吗？

运用“晓世科技”水力平衡计算软件，去年已经求得了孔板阀到12 家住户的各个管段阻力值，即使关闭了B1和D2的锁闭阀，其他10 家的阻力是不变的，而且，如果孔板阀后的差压值也基本保持不变，根据管网水力计算三要素即差压值保持不变，阻力保持不变，