在集中供熱或集中空調(diào)系統(tǒng)中，熱水或冷水由水力管網(wǎng)輸送到各個用戶。對于一個按照設計要求理想運行的供熱或空調(diào)系統(tǒng)，各個用戶都能夠獲得設計水流量，滿足用戶室內(nèi)溫度的舒適性要求和系統(tǒng)運行的節(jié)能性要求，避免了用戶投訴和能源浪費。這樣的系統(tǒng)就是實現(xiàn)了水力平衡的系統(tǒng)。
      我國以往建成的各類建筑，在設計時大多沒有考慮在集中供熱和集中空調(diào)系統(tǒng)中設置水力平衡設備，因此比較普遍地存在水力失調(diào)現(xiàn)象。近年來，隨著房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各類建筑中的集中供熱和集中空調(diào)面積越來越大，達到幾十萬平方米已不鮮見，水力失調(diào)現(xiàn)象變得尤為突出，這就迫使業(yè)主或物業(yè)管理單位不得不在系統(tǒng)上投入更多的設備和能源，以滿足用戶的要求。這種長期的不合理的運行，不僅不能解決供熱或供冷品質(zhì)不高的問題，還造成了大量的能源浪費。
      在水力管網(wǎng)系統(tǒng)中，當某些環(huán)路存在剩余壓頭時（即某些環(huán)路的阻力過小時），這些環(huán)路的實際流量就將超過設計流量，這就必然造成其它環(huán)路的實際流量達不到設計流量。這種水力失調(diào)是管網(wǎng)系統(tǒng)的設計缺陷和施工缺陷造成的，是先天性的，根本性的，如不采取措施予以糾正，其不良影響在系統(tǒng)中將自始至終存在。
      對于建筑中大量的供熱和空調(diào)系統(tǒng)水力失調(diào)問題，通過調(diào)研，測試和實際改造工作，我們發(fā)現(xiàn)，
在房屋用戶對供熱和空調(diào)品質(zhì)強烈投訴的背后，存在著極大的能源浪費。面對我國建筑節(jié)能呼聲日益強烈和世界性的能源供應日趨緊張的形勢，對這樣的水力失調(diào)系統(tǒng)進行改造，將會創(chuàng)造巨大的節(jié)能效益。
      北京東興住宅小區(qū)是上世紀90年代建設的綜合住宅小區(qū)，以多層建筑為主，供熱面積為42.5萬m2。小區(qū)建成后，每年都有部分用戶因室溫未達到北京市最低供熱標準，向小區(qū)供熱所投訴，部分用戶拒絕交納供熱費。小區(qū)供熱所也曾采取了加裝水泵變頻調(diào)速器、更換鍋爐、鍋爐運行量化管理等多種手段,試圖改善供熱質(zhì)量，但都沒有明顯效果。實行物業(yè)管理后，超額的運行費用也使供熱單位不堪重負。根據(jù)理論計算及常規(guī)經(jīng)驗，在鍋爐出力能夠滿足要求的情況下，42.5萬m2的供熱面積在北京地區(qū)所需的循環(huán)水量約為1100t/h左右。經(jīng)調(diào)查實測，該系統(tǒng)的實際循環(huán)水量已高達近2100t/h，實際循環(huán)水量是所需循環(huán)水量的1.9倍。小區(qū)內(nèi)住戶最高室溫高達26℃,最低卻只能達到10℃，供回水溫差只有5℃。這是典型的大流量小溫差的不合理的運行狀態(tài)。
      在對管網(wǎng)系統(tǒng)進行了全面、充分的調(diào)研分析后, 我們確認了系統(tǒng)運行中存在的主要問題和原因。經(jīng)改造設計選型，該系統(tǒng)共安裝平衡閥195臺，由專業(yè)人員對系統(tǒng)進行全面的水力平衡調(diào)試后，使安裝了平衡閥的各個環(huán)路的流量基本都達到了設計流量。提高了供熱品質(zhì)，消除了物業(yè)與業(yè)主的矛盾，避免了用戶投訴，收到了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。下表是系統(tǒng)改造前后的運行狀況對比：
 
  鍋爐運行數(shù)量
/臺 水泵運行數(shù)量
/臺 循環(huán)水流量/（m3/h） 住戶室內(nèi)溫度
/℃
改造前 10t 4 110kW 2 75kW 1 2085 最高 26
改造后 10t 3 110kW 1 75kW 1 1285 最高 21
節(jié)省量 10t 1 110kW 1     800  

      從上表可以看出，系統(tǒng)經(jīng)改造后少用了1臺10t鍋爐和1臺110kW的水泵（流量800 m3/h）。僅水泵一項，每個采暖季就可節(jié)約用電31.7萬度。兩個采暖季即可收回全部用于加裝平衡閥的投資。由于住戶室內(nèi)的采暖設施大都在房屋裝修時進行了封閉處理，無法安裝平衡閥，因此上述改造措施只解決了系統(tǒng)的水平失調(diào)問題，垂直失調(diào)問題還無法解決。如果垂直失調(diào)現(xiàn)象也能夠得到改變，節(jié)能效益將更為顯著。
      北京卡爾公寓是2004年入住的高檔住宅小區(qū)。小區(qū)內(nèi)有別墅288棟；高層住宅樓12棟，住戶588戶。小區(qū)熱力管網(wǎng)通過熱力站與市政熱力管線換熱。2005年采暖季，小區(qū)開始供熱后，每天都有幾十戶業(yè)主到物業(yè)投訴暖氣不熱，要求解決問題。針對嚴峻的形勢，小區(qū)開發(fā)商已經(jīng)著手準備更換更大功率的水泵，以期望能夠改善供熱狀況。在研究確定改造方案時，我們建議不應急于更換水泵，而應首先對系統(tǒng)的基本運行狀況進行測試分析，以找出問題的癥結(jié)所在?？柟⒖偣崦娣e為18萬m2，按北京地區(qū)基本熱指標估算，當循環(huán)水量約在400 m3/h左右時即能滿足供熱要求。對水泵運轉(zhuǎn)的實測結(jié)果表明，開2臺水泵時流量為470 m3/h，已經(jīng)滿足所需流量。而現(xiàn)在實際運行3臺水泵，流量已高達700 m3/h，超出所需流量230 m3/h，超出近75%，還仍然有大量住戶投訴暖氣不熱。經(jīng)過我們到現(xiàn)場查看測量，每戶別墅的熱力入口管道規(guī)格為DN40，選用的管徑過大，屬于先天性的設計缺陷。這種設計缺陷必然造成近端住戶熱力入口剩余壓力過大（即管道阻力過小），導致流量過大，室溫過熱，而遠端住戶得不到應有流量，室溫過低。根據(jù)上述情況可以確定，小區(qū)內(nèi)部分住戶暖氣不熱是由系統(tǒng)水力失調(diào)造成的，而并非是水泵功率不足造成的。
      小區(qū)熱力管網(wǎng)在設計時，即在各個熱力入口處，按相同管徑設置了自力式流量控制閥（動態(tài)流量平衡閥）。系統(tǒng)實際運行的情況表明，這些自力式流量控制閥沒有起到任何作用，主要問題是設計選型不合理。自力式流量控制閥有一個工作壓差范圍，在這個范圍之內(nèi)，閥門流量基本保持恒定，超出這個范圍，閥門的流量就不是恒定的。因此，如果在系統(tǒng)中采用自力式流量控制閥作為水力平衡設備，在管網(wǎng)設計時就必須認真仔細地進行水力計算，確保閥門安裝位置的壓差在閥門的工作壓差范圍內(nèi)。由于卡爾公寓別墅的熱力入口處管徑過大，使閥門前后的壓差過小，不足以推動閥芯關(guān)小，因此起不到消除近環(huán)路剩余壓力，限制近環(huán)路流量過大的作用。 另外，自力式流量控制閥的阻力系數(shù)比平衡閥大，如果系統(tǒng)是靜態(tài)系統(tǒng)（即各個環(huán)路的流量分配比例在運行過程中不發(fā)生動態(tài)變化，原有的供熱系統(tǒng)大多都是靜態(tài)系統(tǒng)），就沒有必要安裝自力式流量控制閥，否則會多消耗水泵揚程，抵消一部分節(jié)能效果。
      由于卡爾公寓的供熱系統(tǒng)是靜態(tài)系統(tǒng)，我們采取的措施是拆除原有的自力式流量控制閥，替換成平衡閥。經(jīng)過平衡調(diào)試后，改善了近環(huán)路流量過大，遠環(huán)路流量不足，住戶冷熱不均的狀況。由于每棟別墅的熱力入口在住戶房間內(nèi)，部分近環(huán)路的住戶不存在暖氣不熱的問題，拒絕配合安裝平衡閥，因此仍有一些近端環(huán)路在超流量運行，盡管如此，已經(jīng)收到了明顯的效果，除最末端的4、5戶地下室溫度不夠以外，以前投訴的眾多住戶已不再投訴。 下表是系統(tǒng)改造前后的運行狀況對比：
 
  水泵運行數(shù)量/臺 循環(huán)水流量/（m3/h）     住戶投訴量
改造前 3 700   改造前 60～70戶
改造后 2 435   改造后 4～5戶
節(jié)省量 1 265   減少量 55～65戶

    從上表可以看出，系統(tǒng)經(jīng)改造后少用了1臺水泵，節(jié)省流量265 m3/h，節(jié)省近40%。住戶的投訴量也從60～70戶減少到4～5戶，大大提高了系統(tǒng)的水力平衡度。待采暖期結(jié)束后，有條件施工時，在應該安裝平衡閥的部位全部安裝平衡閥，就能夠徹底改變系統(tǒng)的水力失調(diào)現(xiàn)象，進一步提高節(jié)能效益。