供热系统篇1

随着全球能源危机的加剧，节约能源已成为全球关注的焦点。我国是耗能大国，现在国家大力推广建筑节能和系统节能，降低能源消耗，倡导建设节能型社会，走可持续发展的道路。为了建立节约型企业，深入挖掘公司的内部潜力，进一步提高能源利用水平是当务之急。

供热系统作为一种城市基础设施直接服务于社会，造福于人民。供热系统一方面应最大限度地满足需求，提高生活质量和水平；另一方面供热系统企业作为能源的经营商，又必须采取系统优化的技术措施，以降低供热成本，提高企业经济效益。由于在供热企业运营成本中能源消耗（热、电）占总成本的75%以上，所以供热企业要发展就必须节能降耗。

1供热系统消耗能量的环节

供热系统以集中供热系统为主，它由热源、管网、热用户组成，一般都要经过热制备、转换、输送和用热几个环节。集中供热制备主要通过区域锅炉房或城市热电厂而获得。区域锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓（引）风机、水处理和输配系统的水泵（循环水泵、补水泵和加压泵），它们耗用的能源是燃料、电、水和热。热网承担热能输送。供热管网由管道、管道设备及附件组成，其敷设方式有架空、管沟和直埋。管网的能量损失是沿途散热的热损失和泄漏的水、热。热力站是二级网的热源，主要耗能设备是热交换器、系统循环水泵和补水泵。热用户一般是通过采暖散热器把热传给房间以保持舒适的室内温度。其能量损失一方面取决于散热器的性能，另一方面取决于建筑围护结构保温性能、室内温度的要求和外界环境的温度。近年来，以地热等其他能源利用为热源的供热系统得到了很快发展，为供热节能开辟了新的领域。

2供热系统能耗的评价

2.1热能：供热系统由多个部分组成。热力站、二级网和终端热用户组成二级网系统，热力站热交换器为该子系统的能量转换点；热电厂首站（或锅炉房）、一级网和热力站组成一级网系统，热力站是该系统的热用户，首站热交换器（或锅炉受热面）为能量的转换设备，热电厂（或锅炉）是热源。

2.2电能：供热系统主要耗电设备有循环泵、补水泵、鼓风机和引风机等。

2.3系统的泄漏损失：系统泄漏损失导致水资源和热能两方面损失。失水造成的损失和成本分为直接损失和间接损失。直接损失主要是由于自来水成本、加热水的燃煤损失和耗电损失、水处理成本和人工维修成本；间接损失主要是由于失水造成的系统失调、系统补水造成的供热温度降低对收费工作的影响、加速水泵等设备老化及对企业形象的影响。

3供热系统能源浪费的原因与节能潜力分析

3.1造成企业电能浪费的原因

3.1.1不合理的选型造成的电能浪费。一些设计人员“墨守成规”或生搬硬套，不加分析地按习惯做法搞设计，存在“宁大勿小”的心理，总是把用电设备选得很大，因而造成能源浪费严重。

3.1.2不合理的技改措施造成的电能浪费。一些企业的工程技术人员在供热系统运行过程中出现问题而影响供热质量时，不做认真的分析研究、找出问题的主要原因，而是凭经验、凭感觉采取了更换用电设备或盲目增加用电设备的方法（如热网水力失调，不去调网，却增加循环水泵台数或更换大泵）。虽然使问题有了一定程度的改善，却进一步浪费了大量的电能。

3.1.3运行管理不善造成的电能浪费。如对供热设备的使用条件认识不清或运行管理不到位，造成水循环阻力增加等，都可造成电能白白浪费掉，使企业一直处在高电耗的情况中。造成了运行成本过高，企业亏损严重。

3.2输送过程能量损失大

3.2.1热网热效率是输送过程保热程度的指标，体现管道保温结构的效果。一般热网热效率应大于90%-95%，直埋敷设管道能达到这一要求，而架空和管沟都达不到要求，其热损失远大于10%。如果地沟积水，管道泡水，保温层遭破坏，其热损失甚至大于裸管。

3.2.2热网补水率可近似地认为（忽略水热胀冷缩的补充）是输送过程失水的指标。目前，热网（特别是二级网）运行补水率差别很大，在0.5%～10%范围内变化。正常情况下，应在2%左右；情况好的，补水率可在1%以下；差的，管道泄漏和用户放（偷）水严重，补水率可达10%左右。系统泄漏丢失的是热水，补充的是比回水温度低得多的冷水（一般是10℃～l5℃），要把它加热到供水温度至少是循环水的3倍（二级网运行供水温度一般是55℃-85℃，回水温度40℃-60℃）。这就是说，系统补水不仅是水耗，而且热耗是更大的问题。如：补水率1%，即相当于减少至少3%的供热量；补水率10%，即相当于减少至少30%的供热量。

4供热系统在其他方面的节能技术措施

4.1设置热网和热力站的微机监控系统，可实行最优化的运行调节和控制。实践证明，该方法是目前实现运行节能的有效技术措施。通过远程监控和传输技术，可以对热力站内所有热媒参数进行采集、监控及设定。通过这种方法，可以最大限度地降低供热管网的耗热量，避免不必要的热量损失，同时节约了大量的人力、物力，更有利于整个供热管网的水力平衡，避免了局部水力失调现象的发生，从而进一步提高了供热质量。

4.2管理体制的完善是节能的有效保证：供热单位管理水平；人员和技术管理；系统和设备的检查、保养、维修和改造更新等显著影响能耗。

总之，要进一步把节能潜力转化为效益，就要充分利用科学技术成果，采取技术上可行、经济上合理、优化系统和设备，提高热力设备的热效率，还应采取热计量收费等措施。供热系统不仅要节能降耗和提高供热质量，更重要的是要加强供热企业和用户的节能意识。

参考文献：

[1]《城市供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-2004J372-2004.

供热系统篇2

关键词：太阳能水环热泵供热

1概述

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，我国正面临着越来越大的能源压力，特别是用于采暖、空调建筑能耗的增加，已成为我国不少城市缺电的诱因。地球上的化石燃料——煤、石油、天然气等将逐渐开采枯竭，开发包括太阳能、风能在内的可再生能源利用的任务已十分迫切。所以，在提高太阳能热利用应用技术水平的同时，应积极创造条件，将现有成熟技术在实际工程中推广应用，以积累经验，通过实践进行技术的改善、提高，起到样板和示范作用。

净雅集团娱乐中心是集餐饮、洗浴、演艺综合性服务的娱乐中心，其特点是热水用量大，对全年室内环境的舒适度要求高，用于采暖、空调和热水供应的耗能量大。为尽可能降低运行费用，减轻业主负担，我们提出了太阳能水环热泵的供热方案，利用太阳能进行冬季采暖，春、夏、秋三季供应生活热水，作到全年综合利用，并提高太阳能集热系统在冬季的热效率，得到了业主的认可和采纳，现已完成了初步设计。

2太阳能集热系统的设计2.1太阳能集热器总面积的确定

太阳能集热系统能够获取的有效得热量主要受两个因素的影响，一是太阳能集热器本身的热性能质量，二是安装的太阳能集热器总面积。在相同的太阳能资源和气候条件下，为得到要求的得热量，热性能好的太阳能集热器需要安装的面积小，必须选择高效集热器，才能降低初投资，获取最大的投资收益比。为适应冬季采暖和三季供热水的要求，太阳能集热系统应是闭式循环系统，这就要求太阳能集热器应有较高的承压能力。

因此，为保证太阳能集热系统运行的高效、安全和可靠，我们采用了清华阳光集团生产的全玻璃真空管U型管式太阳能集热器。其特点是在全玻璃真空管内置入铜制U型管作为集热介质的通道，使集热器的承压能力提高至1.0Mpa。该太阳能集热器在国际权威机构瑞士Rapperswil太阳能检测中心进行的热性能测试结果，为确定太阳能集热器的面积提供了依据。

全玻璃真空管U型管式太阳能集热器的瞬时集热效率方程为：

η=0.5608-0.92(Tm-Ta)/G–0.010(Tm-Ta)2/G

G——太阳辐照度

Tm——太阳集热器平均水温

Ta——环境温度

用该瞬时集热效率方程和北京地区20年的气象统计资料，我们分别按冬季运行和夏季运行的两个工况，逐时计算了冬夏两季在极端条件（1月、7月逐时最大总辐照度情况）和一般条件（1月、7月逐时平均总辐照度情况）下太阳能集热器的集热效率，以及单位面积的累计日得热量，即单位面积太阳能集热器的日产热水量。对所得结果进行综合分析，并参照太阳热水器企业过去的工程经验，按照最大小时热水用水量，确定基本符合用水量要求的太阳能集热器总面积。

确定太阳能集热器面积更为准确的方法，应在对太阳能热水系统进行热性能检测，得出了日热性能检测结果的基础上，再使用标准年的逐日太阳辐照量和平均环境温度，计算得出全年的单位面积逐日太阳能得热量，即年逐日单位面积太阳能产热水量。空调所负责的“十五”国家科技攻关课题将开发可进行太阳能热水系统全年热性能预测的计算软件，课题于2004年底完成后，将为太阳能集热系统的设计提供方便的计算工具。

2.2太阳能集热系统设计

本工程太阳能集热系统所产生的太阳热水，在冬季作为水环热泵的热源用于采暖，在春、夏、秋三季则用于生活热水供应。这样既可达到全年综合利用太阳能的目的，又可因为水环热泵所需的一次水温度较低，而提高太阳能集热系统在冬季运行时的热效率。

供热系统篇3

关键字：集中供热；节电；变频技术

中图分类号：TS914文献标识码：A

1.1研究背景

目前由于我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，促使用电设备的增长速度超过发电设备的增长速度，造成能源短缺，电力供需矛盾十分突出，严重影响我国经济的可持续性发展和节约型社会的建设。供热企业是耗电大户，各种水泵、风机都会消耗很多电能。因此，必须采取措施，合理有效地利用电能。

1.2本文主要研究的问题

本文以太原市热力公司东山热源厂所带的某小区热力站为例，介绍集中供热系统的节电措施。该小区的基本情况如下：

（1）热水供水温度90℃，回水温度70℃，采暖热负荷为233kw，阻力损失为11kpa。

（2）采暖系统采用上供下回单管同程式，回水管走于地沟，每个环路的分支及汇合处均安装TS16手动调节阀，采暖入口回水干管上设平衡阀，各环路最低点设泄水装置，最高处设E21型自动排气阀。

（3）该小区热力站内循环水泵的型号是KQL100/350-11/4，流量Q=50t/h，扬程H=32m，功率N=11kw。

2.1热力站循环水泵正确的选型

在水泵的选型上，目前普遍存在着一些不合理的地方，许多时候不依照水力计算，而是照搬“规定”，并层层加码或参照别人的设计、以前的设计，因此，在水泵的问题上存在大量的电能浪费。

循环水泵扬程选择过高会造成电能的浪费。造成水泵扬程偏高的原因最主要的是：错误地把楼房高度加在循环水泵的扬程中。这是错误认识造成的。他们把循环水泵的作用和补水定压泵的作用混到了一起,不知道循环水泵的扬程只是用来克服采暖系统的循环阻力,而补水定压泵的扬程是维持采暖系统所需静水压强。循环水泵的扬程不应负担楼房的高度。

2.2采用变频调速技术

2.2.1变频控制水泵的节电原理

水泵在转速控制时，流量Q、扬程H、轴功率N,三者之间的关系为Q∝n,H∝n2，N∝n3，由于轴功率与转速的立方成正比,当水泵速度下降时,其功率将以立方根方式大幅度下降。因此,通过调节水泵转速(即流量)可充分节能。根据水泵的特性曲线可知,在工频运行时,若流量增大,扬程会降低;若流量减小时,扬程会升高。即用户失水量(或补水量)的变化会不断引起管网水压的上下波动。变频设备通过安装在循环泵出口上的压力仪表，将压力信号转换成电信号,进行运算处理，同时与设定值不断进行比较,自动调节变频器的输出频率,从而改变水泵运转速度。当失水量大时,使水泵运行速度加快;当失水量减小时,使水泵速度降低。从而达到压力稳定、高效节能的补水效果。进而可以保证水泵的合理运行，同时达到节电的效果。

2.2.2变频技术的改进方式

该热力站循环水泵的型号是KQL100/350-11/4，流量Q=50t/h，扬程H=32m，功率N=11kw。

该换热站在供热期间采用两台循环水泵同时运转，用变频器调至70%，在这种运行方式下，我们能够使扬程、流量、功率的相互关系达到合适供热站的实际情况，使之趋于合理。根据泵的特性：

其中，G―流量、H―扬程、N―功率、n-转速

因此，将转速n调至70%时，则流量为：G¹=×G=0.7×50t/h=35t/h；

两台泵并联：G¹=2×35×0.7=49t/h；

扬程则为：H¹=（）2×H=0.49×32=15.68m；

功率为：N¹=（）3×N=0.343×11=3.773Kw；

两台泵的功率为:2N¹=2×（）3×N=2×0.343×11=7.546Kw。

通过计算结果可知,两台泵并联运行变频后,流量和单台泵大致相同,扬程降低一半左右,而功率单台泵降至1/3左右,两台泵则为2/3。

用以上计算结果测算节电效果为:

我们与单台满负荷运转项对比,则可看出节电的效果,单台泵月用电量:

11×24×30=7920kw・h；

而两台泵变频后月用电量为：7.546×24×30=5433.12kw・h。

2.3采用分布式变频泵

2.3.1传统集中供热一次网的设计方法

在传统的设计方法中，一次网循环水泵的流量是根据系统的总热负荷进行计算，扬程是根据最不利环路的供热站进行计算。而一次网循环水泵一般都设置在热源处。这种传统的设计方法必然产生以下问题：

1．水力失调严重：由于一次网循环水泵扬程是按照最远端用户选择，这就导致近端热用户有过多的资用压头，在调节手段不到位的情况下，近端热用户流量过大是很难避免的。因一次网循环水的设计流量是一定的，这种近端流量超标必然又带来远端流量不足，最终形成供热系统冷热不均的现象。

2．循环水泵及配电投资过高：由于供热系统很大，为保证最远端热力站一级网供回水压差和流量，热源厂必须选用电机电压值高的水泵作为循环水泵，这就增加了水泵及配电系统的一次性投资。

3．水泵电耗过大：为了解决供热系统的水力失调问题，不得不在一次网近端用户设置高阻力阀门消耗一级热网多余的压头，这样近端将有大量压头消耗在阀门上，使整个循环系统的很多电耗消耗在热水输送系统上。

2.3.2分布式变频泵的做法

集中供热分布式变频水泵系统是指在热源处设置一级循环水泵，该水泵的扬程仅负责热源厂内循环水量及循环动力，而在各热力站的一次网上设置二级循环水泵分布式变频泵，该泵负责各热力站循环流量及克服一次网和热力站的循环阻力。分布式二级循环水泵的方式是用二级变频水泵取代设在热力站一级网的电动调节阀。二级变频泵可安装在热力站一次网供水管上，也可安装在一级网回水管上。图一为分布式变频水泵系统在热力站中应用的示意图。

图1分布式变频水泵系统在热力站中的应用

供热系统换热站一级网上安装二级变频泵后有以下优点：

（1)降低锅炉(首站)运行压力：由于分布式变频泵二级泵承担了由热源厂至换热站一次网的热水流动阻力，这就大大降低了热源厂循环水泵的运行压力。当出现事故造成热源厂内一级主循环泵停转时，外网可通过变频二级泵继续运行，防止热源厂停电产生汽化等安全事故的发生。

（2)二级变频泵取代电动调节阀：在分布式变频泵设计方案中，由于变换热站的一次热水变被动接受为主动索取，因此基本上消除了多余资用压头的节流，不需要在一次网上加装流量调节阀门。在采用变流量调节时，可改变变频泵转速来实现，从而消除了无效电耗，实现按需供热，达到节约能源的目的。

（3)集中监控方便可靠：由于变频器控制系统已相当成熟可靠，因此对换热站可通过有线或无线数据远传系统，远程监控整个供热系统运行，包括各设备的状态和参数。在满足用户舒适度的前提下，二级变频水泵更易实现无人值守自动监控的目的。

结语：从国家实施节能的长远发展战略角度出发，集中供热系统节电措施的应用前景良好，我们应当在在设计过程当中抓住系统的关键环节，尽量将供热系统设计的更加节能。虽然近些年城市集中供热系统设计取得了一定的成绩，但还存在很多问题，我们在供热系统节能设计中仍需不断开展节能方案研究，不断探索新技术，使新节能方案发挥更好作用。

参考文献

[1]韩忠，浅谈供热系统的节能措施与办法[B]，山西能源与节能，2003年，（03）：25-26.

[2]田宾、张楠、陈明，供热系统的节电与节能，资料汇编技术论文，2009年，（06）：99-103.

[3]王魁吉，供热系统全方位节电节能技术，区域供热，2005年，（01）：21-25,20.

[4]于洋，集中供热系统热力站及供热管网节电技术探讨，区域供热，2005年，（03）：16-23.

[5]贾文霞，浅谈水泵节电在供热系统节能降耗中的重要作用，资源节约，2007年，23，（96）：26-27.

[6孙卿，供热系统节电技术研究[B]，石河子科技，2011年，（01）：53-54.

供热系统篇4

【关键词】供热系统；热计量

目前国内住宅产业正处于快速发展阶段，而且在相当长的时间内呈上升趋势，带动了很多相关产业的发展。同时，供暖体制改革也越来越多地受到重视，与供热收费改革密切相关、互为充分的必要条件就是温度控制与热量计量的发展问题。这是市场经济发展的要求，人民生活水平提高的要求，也是节能与环保事业发展的要求。在这样的背景下，计量与温控技术得到了快速发展，基础性研究、示范工程（新建和改造）、相关产品的研制和产业化都有了不同程度的进展，取得了宝贵的经验和应用推广效益。随着事物的发展，新的问题也随之出现。在这里，我们提出以下若干问题，以便热改和温控计量工作正确顺利地发展。

1实现热计量

以我国供暖现状，采暖能耗指标是同类气候条件下发达国家的3-5倍，而且供暖效果也远远不如，能耗大量浪费的原因中固然有百姓用户节能意识淡薄、收费体制不能刺激节能，但主要的原因还是因为我们设计、施工与运行管理的落后。如果不提高自身能力水平，而一味地追求收费，就是将自身水平落后造成的浪费转嫁给消费者，这样显然不合理，也不利于节能工作。按热收费，比以前进步了，实现了交易公开的原则，但是用户不能主动控制以实现节能，也就是不能主动地去省钱或是选择其他方式供暖，违背了公平与公正的原则，很易造成矛盾，挫伤或阻碍供暖节能技术的发展，不利于供热改革。我们认为正确的做法是温控与热量并重，相辅相成，甚至温控更加重要。供热单位先提高自身水平，提高室内热舒适度，也就是提高服务质量，再合理地向用户收费，促节能事业发展。

2户内系统和户外系统

目前有一种趋势：认为讲温控就是要在室内安装温度控制阀，讲计量就是在户内安装热量表，至于户外控制就可以不被重视了。温控与计量是不是只要针对户内系统，户外就可以忽视呢？对于一个户内控制设备完善的系统（安装了温控阀和热量表），如果没有相应的户外控制，很难保证户内设备正常地工作。如果户外水力失调严重，温控阀不能工作在正常工况下，压头大就会频繁地开关甚至产生噪音，压头太小会始终常开而室内温度不足；热量表也可能工作在额定之外的流量下，测量不准确。如果外网不能根据户内工况变化相应调节，如：水泵不能变频、压差不能稳定的情况下，水泵、锅炉或换热器的效率也不能保证。如果户内采取了节能手段，而户外没有配合措施，一方面会引起管网水力热力工况的失调，另一方面室内节省的能量不能体现在热源的节能上，节能这一根本目的就没有实现。所以我们认为好的户内控制一定要与户外控制相结合。

随着先进计量、控制设备不断应用于系统中，分户计量供热系统逐步在我国发展起来。从用能的角度看分户计量供热的技术能够有效利用自由热，提倡用户的行为调节，以减少能耗；另一方面，从用户出发它能够提高室内热环境的舒适性。在散热器上安装温控阀为实现这些目标提供了有效手段。当温控阀被设定在某一值时，它可以通过感温包测量室内温度，实时调节散热器流量以符合设定值。如果热网的运行工况可以最大限度的满足各个用户的需求，那么温控阀控制的散热器供暖房间温度就不会出现过冷过热的情形。但是舒适度因人因时而异，提高用户的舒适程度不仅要求在设计温度18℃时保持室温仅有微小的波动，而且应该尽可能的满足用户希望提高室内温度的要求。

3搞好供热系统控制

我们采取“拿来主义”来消化学习国外的温控计量技术，包括消化和应用国外的产品，但是外来的产品并不适应我国的现有系统，除了水质问题和管理问题外，还有许技术问题。如：系统末端压差、系统规模大小、设备工作环境等都存在很大的不同，不做任何改变就应用在一起很难得到正常的效果。如有的示范工程，产品应用效果不好，出现一些问题，厂家就提出要彻底地改变中国的供热系统，殊不知，对中国这一巨大规模的供热体系，改变是一个渐进的过程，需要一定的时间，不可能一蹴而就。谁应该去适应谁并不存在一个分明的界限，但是合理的寻求结合点，花最小的投入去获得最大的回报，这个工作非常重要。

4严格供热技术标准

过去几年里，温控与热计量事业发展很快，但总体规模不大，没有形成一个产业。产品供应商经常抱怨国家政策不到位，没有强制措施，政府又考虑到技术方案和相关标准不完善，可操作性差，设计部门往往无章可循，缺乏标准指导，开发商在无强制措施的情况下，不愿增加温控与热量的投资，存在侥幸心理。三者之间相互依存，又相互制约，影响温控与热计量技术的发展。从行业管理部门来讲，近期成立的建设部热改与热计量领导小组可统一管理、规划、协调各部门的工作，推进该事业的发展。新型采暖方式与集中供暖系统温控与热计量发展的相互关系当前，新型的采暖方式发展迅猛，在一些主要城市中，分户燃气炉采暖和户内电采暖发展很快，挑战旧有传统供暖方式，成为集中供暖的主要竞争对手。这些新型采暖方式的发展是市场经济发展的必然产物，是促进传统的集中供暖系统变革的重要力量。这些新型采暖方式除了投资相对较少，物业管理方便，有利于大气环境之外，其主要点之一就是可以分户计量和收费，解决收费问题。这将极大地挑战和促进集中供热发展分户计量计费技术，如果做不到这一点，就很可能被挤小市场占有率，丢掉市场份额；同时，新型采暖方式也可以促进计量收费的普及，让百姓受供暖体制改革，对集中供热也有好处。新型采暖方式的另一个主要优点就是采暖费与传统的供热方式相当。在现有的燃料价格体系下，分户燃气炉的燃烧效率低于集中燃气锅炉的燃烧效率；燃烧天然气比烧煤贵；要产生同样的热量值，用电比烧煤或烧天然气贵。

为什么新型采暖方式的采暖费以和集中供热竞争呢？这其中有国家能源结构的调整和有关部门扶植的原因，但主要原因有两点：一是因为新型采暖方式避免了热量在输送环节中的浪费，而集中供暖的网络输送环节存在很大的浪费；二是新型采暖方式室温容易控制，控制手段有自动恒温控主动调节控制，避免了温度失调、利用了自由热、实现了经济运行，而传统的集中供热就难以实现这些控制。新型的集中供暖系统采用了温控与热量技术，就可以提高效率、减少浪费、增加控手段，就可以与新型采暖方式同等竞争，夺回价格优势，争取市场份额。

参考文献：

供热系统篇5

关键词：热水供热系统空泡溃灭水锤

中图分类号：TU833文献标识码：A

一、前言

随着我国集中供热事业的迅速发展，供热网的规模随之扩大，复杂程度相应提高，大型的集中供热系统一旦出现事故会带来社会影响，所以必须提高供热输配管网的安全性和可靠性。管路系统中由于阀门误动作或事故停泵等原因造成的流体速度变化会产生具有破坏性的水锤．调查表明，很多事故都起因于管道内产生气泡，并随气泡溃灭引起水烫。由于供热系统的水温较高，相对来说水的汽化压力也较高，出现水锤时一方面出现压力的急剧升高和降低，另一方面压力下降达到水的汽化压力时，使水汽化，极易发生气泡，产生空穴，重则产生空泡溃灭水锤，轻则产生汽蚀，降低了管道的使用寿命．上述问题在热水供热系统中比在一般的输水系统中要严重得多，是一个不容忽视的问题。本文研究了热水供热系统中空泡形成和溃灭的原因，提出了分析热水供热系统中空泡溃灭水锤的可行方法．

二、空泡的形成

在供热系统管道中如果发生压力减小的现象，就会引起一个向下游传递的负压波，从而降低供热管道中的流速：而下游的水在波到达以前，仍以原来的速度运动，管道中这两部分水流速度的差别，相当于使水柱受到拉伸，而水是不抗拉伸的，当压力降低到汽化压力时，管内形成蒸汽穴．当水柱处于汽化压力下，其内部产生空泡，这种现象称为液柱分离．

如果管内水中含有溶解的空气，那么压力下降到一定程度以后，原来溶解在水里的气体就会释放出来，这种现象称作气体透出。气体在出是一个缓慢的过程，在管道中压力发生瞬变的情况下，负压波持续的时间不会很长，所以只有少量气体逸出；但是，这些少量气体将会影响水锤波传播速度．显然在液体压力降到汽化压力之前，溶解于水中的空气就会以汽泡形式放出．

除了向下游传播的负压波会产生液柱分离外，当下游侧减压时，例如起动一个泵或开启一个阀门，也可能导致泵前、阀前管道内的液柱分离，形成空泡．在空泡形成以后，其体积会继续扩大，直到空泡前后的两个水柱的速度相等为止．

在热水系统中，空泡形成的几率是很高的。由于供热系统水温较高，水的汽化压力也就比较高，例如供水温度150℃时，则水的汽化压力是38．6米水往．当负压波引起压力降低，低于当地热水温度对应的汽化压力时；管道内就会产生空泡．此外，管线铺设一般循地形变化进行，会有上坡、下坡，当泵停止运行时，管线爬坡的高处容易形成液柱拉断，出现较大范围的空泡段．

三、空泡溃灭及其危害

在空泡形成以后，空泡处的压强就不会再降低，这是因为空泡处是气体而不是液体，破坏了水的连续性．如果边界条件发生变化，通常上游的水柱会加速，而下游的水柱会减速；从而使上游的水柱赶上下游的水柱、空泡破裂、溃灭；或者当空泡中的气体带到下游压强较大的区域时，发生空泡的条件消失，也发生空泡的溃灭．如果空泡溃灭时其上下游水柱的瞬间速度差值是V，那么水头的升高值可按下式计算：

式中：a--水锤波传播速度，（m／S）：

g--重力加速度，（m／S2）。

这个水头增加量可以大到足以破坏管子。

小型空泡的溃灭有时还不足以造成管道的立即破坏，但是空泡溃灭的同时，水质点将以高速填充空穴，发生相撞，这些现象发生在固体壁上会使管壁受到腐蚀破坏，这是因为汽泡在金属表面凝结时，金属表面受到利刃似的高频强烈冲击，致使金属表面出现麻点以至穿孔，有时在这种破坏力作用的同时，还伴有电解、化学腐蚀多种很复杂的作用．

在热水管道中；如果有空泡形成；在压力正负波动时，汽泡在正压力下又凝结成水，产生最危险的空泡溃灭水锤。这是由于空泡体积大，凝结成水后，体积中出现瞬时真空，这时空泡四周的水会以极快的速度冲向真空的那段体积，对撞的水有截流现象而产生水锤。一般地说，这种水锤压力极高，危险性极大，这种空泡的形成和溃灭过程往往像拉锯一样要反复多次，使管道受到高频压力的冲击和剥蚀，降低了管道的使用寿命。

当供热管线爬坡的高处出现液柱拉断时，此时若突然启泵，大流量运行，高处的空泡也会因压力升高使汽泡凝结为水，真空柱段使水流快速撞击引发空泡溃灭，造成管线极大的压力峰值，压力大幅度上升，破坏管线．

通过以上的分析可见，空泡溃灭的危害性是相当严重的．以往在输水管路多次爆裂时，人们仅仅归咎于管材不好或施工质量欠佳，甚至温度变化等等，而对上述原因没有足够重视。

四、热水供热系统空泡溃灭水锤分析模型

在分析供热系统的空泡溃灭现象时，有很多数据通常是很难准确求得的，例如：分布在整个液体中自由汽泡的总量；作为压力和时间函数的空气释出率等等。这些都给问题的研究带来很大困难、涉及到水、汽两相流的问题，因此变得更为复杂．本文只是从"宏观的"观点来分析问题，而不是把注意力集中在两相流的气泡动力学上．

1．模型的基本假设

当供热管道中出现空泡时，认为空泡使水柱分离，而在压力升高时，被分离的水柱再度拟合，互相撞击．形成压力急剧上升．水柱分离及再度拟合现象的物理模型，基于以下假定：

（1）初始定常态没有自由空气或其它气体；

（2）瞬变期间没有气体释出，波速保持不变；

（3）水柱在分离后，两水柱的截面与管轴线是垂直的，两水柱之间的空穴充满蒸汽、其力等于水的汽化压力；

（4）水柱分离发生在管道分段的计算截面上．

2．模型的数学处理

在供热系统中流体管路的轴向长度远大于横向长度，其轴向流动速度远大于其横向流动速度，因而可以略去横向流动速度分量，认为所有流动参数是沿管路横截面求平均值；液体流动用于一元流动，计算截面之间的流体遵循常规的连续方程和运动方程：

式中：H-一侧压管水头，（mH20）；

t-一时间，（s）

D-一管内径，（m）；

X-一计算点距起始点的坐标距离，（m）；

f-一管道沿程磨擦阻力系数；

v-一速度，（m／s）

对于无空泡液体的流动，利用矩形网络及其定解条件就可以进行计算，因为在计算截面上压头和流量都是单值的．但是对于有空泡的流动，尽管可以认为截面处的压力是单值的，但是出入截面的流量必定有差别，因此当截面处出现空泡时，须对这个截面作新的内部边界条件处理．截面积的变化应满足连续方程：

式中：Qu--一流人截面的流量，

Q--一流出截面的流量。

V--一空泡的体积．

图1在管道中i截面出现空泡图示

出现空泡的内部边界条件是建立在规定时间间隔法的网格处理基础上．如图1所示，认为i截面是集中空泡的的截面。其内部边界条件如下；

（1）取ICi＝l，i截面有空泡；

（2）取Hpi＝Zi－H＋HV

其中：ZI--i截面的位置水头，

H-一当地大气压头，

Hv-一绝对蒸汽压头；

〔3）计算t内流人截面i的流量Opui以及流出截面的流量Qpl;

（4）计算空泡体积

只要空泡体积是正的，则截面i处的压力保持为蒸汽压力差VCAVi＜0，那么边界条件变为：（1）取ICi=0，i截面无空泡；

（2）取VACVi＝0，空泡体积为零；

（3）计算Hpi＝0．5（Cm＋Cp）

其中

（4）按正常瞬变流动计算。

五、计算结果

本文以一个实际供热工程为例进行了计算：某回水加压泵站装备了6台型号完全相同的水泵，并联连结，其中4台运行，2台备用，泵站使用20SE－13型水泵，回水管道中水温70℃，管道的绝对粗糙度K=0．0005m，计算目的是求：加压泵站事故停转，即断电工况时，在回水管线上位置最高点的压力变化情况。该点管径1200毫米，初始流量2016吨／小时，初始压力为15米水柱．

图2是计算点压力随时间的变化曲线，图3是该点回水管中空泡（气穴）体积随时间变化曲线。结果表明，加压泵站发生事故时，空泡不可避免的在回水管中位置最高点产生，回水管线中会出现-7米水柱的负压，要使系统安全运行，必须保证管道能承受-7米水柱的负压而不被压瘪、破裂．从图3看出，空泡的体积大约为3．3立方米，空泡破裂非常供，压力瞬间增加仅仅大约为7米水柱。

图2计算点压力--时间曲线图

图3气穴体积--时间曲线

本文的计算结果符合水锤事故分析的物理意义，表明本文的计算方法是分析热水供热系统中空泡形成和溃灭及其影响程度的一种有效方法．

六．结论

1供热系统中，由于水温比较高，空泡的形成和溃灭是不可避免的，由此带来的问题比在一般的输水系统中要严重得多，是一个不容忽视的问题．

2．本文提供的方法和计算结果可以用来分析热水系统中空泡形成和溃灭的情况，分析系统的动态变化情况，为完善供热系统设计、制定系统操作运行规程提供科学依据．

参考文献

1.《瞬变交流》，清华大学流体传动与控制教研组译．水利电力出版社1983

2．M・H・Chaudy:AppliedHydraulictransients,N.Y.NanNosterandReinhold,1979