二级网分布式水泵之间耦合问题如何解除

二级网采用分布式水泵（即每个楼宇换热站在二次侧使用自己的循环泵）是提升能效的关键技术，但由此带来的水力耦合问题确实是设计和运行中的主要挑战。

一、问题的本质：

水力耦合是指各个分布式水泵的运行状态会通过共用的二级管网相互影响。当某个水泵改变转速或启停时，会改变管网的压力分布，从而导致其他建筑的流量发生波动，就像“抢水”一样。这破坏了系统的水力稳定性，导致近端楼宇过流、远端楼宇欠流，无法实现独立调节。

二、解除耦合的核心原理与解决方案

解除耦合的核心思想是：让每个分布式水泵只“感受”和“负责”自己所在支路（楼宇）的阻力，而尽量不受其他支路水泵运行的干扰。

以下是几种主要且常结合使用的解决方案，从基础到高级排列：

1. 压力无关型控制法 - 最主流有效的方法

这种方法不是从硬件上改变管网，而是通过控制策略让水泵“变得”独立。这是目前最实用、最先进的解决方案。

（1）原理：在每个楼宇的二次网回水管（或供水管）上安装一个压差传感器，测量的是该楼宇进出口之间的压差 ΔP。

（2）控制逻辑：为该楼宇设定一个恒定的理想压差设定值。水泵采用变频调速，其控制目标不再是维持恒流量或恒扬程，而是维持本楼宇进出口压差恒定。

（3）为什么能解耦：

• 当其他楼宇的水泵动作，导致管网压力波动时，本楼宇的进出口压差会瞬时变化。

• 本楼宇的水泵控制器会立刻感知到这个变化，并自动调整转速（加大或减小），将压差迅速拉回到设定值。

• 由于水泵在补偿管网压力波动，从而维持了流过本楼宇的流量基本不变。

（4）优点：控制效果非常好，能有效隔离绝大部分耦合干扰，实现真正的“按需供热”。是目前分布式变频系统的标准配置。

（5）注意点：压差传感器的安装位置（设在楼内采暖系统的最不利环路）和设定值的计算非常重要。

2. 硬件解耦 - 设立水力分压器

这种方法通过增加硬件设备，在物理上建立低阻力的公共管路。

（1）原理：在二级网的供回水干管之间增设一台水力分压器，也称为“混水器”或“低压差旁通管”,它是一个阻力极低的短管。

（2）工作方式：

• 分布式水泵不再直接从二级网干管“抢水”，而是从水力分压器的局部环路中取水。

• 二级网主循环泵（如果有的话）负责克服干管和分压器的阻力，而分压器的阻力极小，因此干管供回水压差始终维持在一个很低的、稳定的水平。

• 各个分布式水泵只需要克服自己楼宇内部系统的阻力，而这个阻力远大于干管的波动压差，因此干管压力的波动对它们的影响就变得微乎其微。

（3）优点：提供了一个稳定的“压力背景”，解耦效果明显，系统水力稳定性强。

（4）缺点：需要额外设备和安装空间，增加初投资。主循环泵可能仍需运行。

水力分压器，也可以称为解耦罐，曾经进行过实际案例设计和运行测试，运行效果不是很理想。但是当时也不太理解，这种耦合严重的问题，到底出现在哪里？后来其中改造的一个项目重新拆除又恢复了原来的状态，后边会进行一下水力分压器设计选型的要点，以及解耦失效的原因分析。

3. 分级泵系统 - 从系统设计上解耦

这是一种更彻底的分布式系统设计理念。

（1）原理：完全取消二级网的主循环泵。整个二级网系统由三部分组成：

• 一次网泵：只负责克服一次侧管网和换热器的阻力。

• 换热站内的二次网泵：每个楼宇换热站的小泵，只负责克服本栋楼宇内部采暖系统的阻力。

• 分配泵：在热源处或关键节点设置一台或多台水泵，只负责克服二级网供回水干管的阻力。

（2）如何解耦：这样，每类水泵的职责清晰分明。干管的压力波动由“分配泵”来负责补偿和调节，而楼宇泵不受干管压力变化的影响，只关注本楼的流量需求。这从系统架构上实现了“职责分离”。

（3）优点：系统能效最高，控制逻辑最清晰，是大型分布式系统的理想模式。

（4）缺点：系统设计复杂，对水泵的选型和控制协调要求极高。

4. 控制优化与稳定性措施

（1）设置最小转速：为每个分布式水泵设置一个合理的最低转速，防止水泵在低转速下效率过低或不稳定，同时也能保证基本的循环。

（2）缓慢调节：在控制程序中加入较长的调节时间常数，避免水泵对压力波动做出过于迅速的响应，从而减少系统振荡。

（3）楼宇阀门辅助：在每个楼宇的二次侧回水管上安装一个动态压差平衡阀或电动调节阀，与水泵配合使用。阀门负责承担部分剩余压头，进一步确保流量稳定。

三、总结与建议

对于新建或改造项目，推荐采用以下组合策略来有效解决耦合问题：

1.首选方案（最实用）：压力无关型控制。为每个分布式水泵配备压差传感器，采用“恒定楼宇进出口压差”作为控制目标。这是性价比最高且效果显著的方法。

2.增强方案（用于大型或敏感系统）： 压力无关型控制 + 水力分压器。在特别庞大或对水力稳定性要求极高的系统中，结合使用水力分压器，可以提供双保险。

3.终极方案（用于全新设计）：采用分级泵系统设计，从根源上划分水力职责，这是最科学、能效最高的长远解决方案。

核心思想是：不要试图用阀门去“抵抗”耦合，而是通过智能控制让水泵“适应”和“抵消”耦合，或者通过系统设计从物理上“避免”耦合。

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