談壓差控制閥之雙管供暖應(yīng)用

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　摘要：本文對壓差控制閥在分戶計量雙管供暖系統(tǒng)中的3個應(yīng)用方案進(jìn)行了分析，給出了各方案的選擇原則，并指出分戶計量雙管供暖系統(tǒng)在設(shè)計工況下進(jìn)行水力計算時，自然作用壓頭可以不予考慮，戶內(nèi)和戶外系統(tǒng)應(yīng)采用異程式。

　　關(guān)鍵詞：壓差控制閥 分戶熱計量 雙管供暖系統(tǒng)

　　一、概述

　　在分戶計量雙管供暖系統(tǒng)中，為充分利用家用電器、燈光和人體等自由熱量，通常是在每一組散熱器上安裝預(yù)設(shè)定型溫控閥，因此整個系統(tǒng)是變流量運行，作用在溫控閥上的壓差隨著流量的改變而發(fā)生變化。當(dāng)其實際壓差較大溫控閥就可能產(chǎn)生噪音，尤其是在房間熱負(fù)荷較小時，溫控閥會頻繁開關(guān)，產(chǎn)生振蕩。振蕩除引起不必要的磨損外，還導(dǎo)致回水溫度升高，并影響系統(tǒng)中的其它溫控閥，因此在一個設(shè)計良好的分戶計量雙管供暖系統(tǒng)中，一方面應(yīng)使用系統(tǒng)中每個溫控閥的熱權(quán)度總是大于等于1，另一方面溫控閥上所隨的實際壓差還應(yīng)該保持在它的允許范圍內(nèi)[1].壓差控制閥也稱為自力式壓差控制閥，在變流量系統(tǒng)中，它通過感應(yīng)供熱管道系統(tǒng)中兩點的壓力，可以使被控環(huán)路的壓差保持恒定，保證被控環(huán)路中調(diào)節(jié)閥門的正常工作，那么在分戶計量雙管供暖系統(tǒng)設(shè)計時，控制閥應(yīng)如何布置呢？通常有以下三個方案：

　　a.壓差控制閥僅在設(shè)在建筑物供暖引入口，控制供暖引入口的壓差為定值。

　　b.在下供下回式雙管系統(tǒng)中，壓差控制閥設(shè)在每組共用立管的起始端，控制立管的壓差為定值。

　　c.壓差控制閥設(shè)在每一戶的引入口，控制戶內(nèi)系統(tǒng)的壓差為定值。

　　目前，在實際設(shè)計中，這3個方案應(yīng)如何選擇，爭議頗多，僅就保證溫控閥平穩(wěn)工作而言，方案1最差，但其初投資最少；方案3最好，但其初投資最高；方案2介于方案1和3之間。下面就針對這3個方案進(jìn)行一些分析，希望為工程人員設(shè)計時，方案的選擇提供一些有益的建議。另外應(yīng)說明的是：本文所討論的雙管供暖系統(tǒng)是指戶內(nèi)、戶外都為雙管的系統(tǒng)。

　　二、方案分析

　　1.方案1：

　　壓差控制閥僅設(shè)在建筑物的供暖引入口由于是雙管系統(tǒng)，因此以戶為單位，供暖系統(tǒng)內(nèi)各戶之間是并聯(lián)關(guān)系。每一用戶戶引入口作用壓差ΔPS可以由下式計算：ΔPS =ΔP1 +ΔP2-ΔP3 （1）

　　式中：ΔP1——建筑物供暖引入口壓差控制閥控制壓差；

　　ΔP2——所計算用戶隨的自然作用壓頭；

　　ΔP3——從供暖引入口壓差控制閥的壓差控制點到所計算用戶戶引入口之間供回水管路的阻力損失。

　　（1）式中各參數(shù)的討論

　　a. 建筑物供暖引入口壓差控制閥控制壓差ΔP1在系統(tǒng)運行過程中，ΔP1是定值，它取決于設(shè)計工況下，供暖系統(tǒng)最不利環(huán)路中，從供暖引入口壓差控制點到最末端用戶戶引入口之間供回水管路的阻力損失△P'3，最末端用戶戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失△P's以及最末端用戶所隨的自然作用壓頭△P'2.根據(jù)式

　?。?）有：△P1=△P'3+△P's-△P'2 ?。?）

　　b. 用戶所隨的自然作用壓頭ΔP2ΔP2取決于用戶所處的樓層以及供回水立管中供回水溫度[2].在系統(tǒng)的運行過程中，ΔP2是一個不斷變化的量，因此在設(shè)計工況下，根據(jù)式（1）計算戶引入口作用壓差ΔPS時，其自然作用壓頭ΔP2應(yīng)取最小值。因為如果取值較大，那么根據(jù)式（1）所計算的戶引入口作用壓差ΔPS就較大，在根據(jù)ΔPS設(shè)計戶內(nèi)系統(tǒng)時，其管道和溫控閥的阻力損失就可能較大，當(dāng)實際的自然作用壓頭ΔP2小于所選定值時，戶引入口作用壓差ΔPS就會低于設(shè)計值，導(dǎo)致溫控閥上的實際壓差小于設(shè)計值，此時，溫控閥即使全開，散熱器所提供的熱量仍不足以維持設(shè)計室溫，所以在設(shè)計工況下，自然作用壓頭ΔP2應(yīng)取最小值。這樣，在實際運行時，自然作用壓頭ΔP2總是大于等于最小值，因此能保證溫控閥的熱權(quán)度總是大于等于1，房間溫度總是能達(dá)到設(shè)計值。不過，由于自然作用壓頭ΔP2的影響因素較多，要確定每一用戶的最小值通常都很困難，因此為便于設(shè)計，在設(shè)計工況下計算戶引入口作用壓差ΔPS時，自然作用壓頭ΔP2可以不考慮。

　　c. 從供暖引入口壓差控制閥的壓差控制點到所計算用戶戶引入口之間供回水管路的阻力損失ΔP3在變流量系統(tǒng)中，供回水管路的阻力損失ΔP3是一變量，它取決于管路中的流量以及管路的長度。在設(shè)計工況下，其值最大，當(dāng)管路中的流量趨近于零時，ΔP3也趨近于零[1].同一供暖系統(tǒng)當(dāng)采用同程式時，其ΔP3一般比采用異程式更大[2]，因此根據(jù)式（1）可知；各用戶由ΔP3所引起的ΔPS波動，同程式比率經(jīng)異程式系統(tǒng)更大，由此可見，設(shè)計時應(yīng)選擇異程式系統(tǒng)。

　　d. 戶引入口作用壓差ΔPS對于雙管系統(tǒng)，在散熱器熱負(fù)荷一定的情況下，當(dāng)戶引入口作用壓差ΔPS大于設(shè)計值時，由于散熱器上溫控閥的調(diào)節(jié)作用，戶內(nèi)系統(tǒng)各管段的流量會保持不變[1]，因此各管段的阻力損失也不變，戶引入口作用壓差ΔPS的增加值會等量地作用在戶內(nèi)系統(tǒng)每一個溫控閥上。由此可見，在系統(tǒng)設(shè)計時，只要保證運行過程中，戶引入口作用壓差ΔPS總是大于等于設(shè)計工況下戶內(nèi)系統(tǒng)總阻力損失，就可以保證在任何情況下，溫控閥上的實際壓差總是大于等于設(shè)計工況下的設(shè)計值，因此溫控閥的熱權(quán)度總是大于等于1，用戶隨時能獲得設(shè)計所要求的室溫。那么應(yīng)如何設(shè)計才能使戶引入口作用壓差ΔPS總是大于等于設(shè)計工況下戶內(nèi)系統(tǒng)總阻力損失呢？

　　根據(jù)前面的分析可知：在設(shè)計工況下進(jìn)行設(shè)計時，自然作用壓頭可以不考慮，管路的阻力損失ΔP3為最大。而在實際運行過程中，由于存在自然作用壓頭，管路的阻力損失ΔP3又較小，故根據(jù)式（1）可知：運行過程中，戶引入口作用壓差總是大于等于設(shè)計工況下的戶引入口作用壓差，因此在設(shè)計工況下，只要使戶引入口作用壓差大于等于戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失，那么運行過程中，戶引入口作用壓差就總是大于等于設(shè)計工況下戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失。而這一點在設(shè)計工況下進(jìn)行水力計算時，可以很容易做到。

　　另外，由于戶引入口作用壓差ΔPS的波動反映了戶內(nèi)系統(tǒng)每個溫控閥上作用壓差的波動，因此只要控制戶引入口的作用壓差ΔPS的最大值，就能夠保證運行過程中溫控閥不超過它的最大工作壓差。根據(jù)文獻(xiàn)[3～4]可知：在設(shè)計工況下，戶內(nèi)系統(tǒng)包括熱表和鎖閉調(diào)節(jié)閥的阻力一般不應(yīng)超過30kPa，因此在運行過程，只要控制ΔPS的最大值不超過30kPa，就能保證溫控閥的正常工作。

　?。?）方案1分析的小結(jié)通過前面的分析可知：為保證運行過程中，溫控閥上的實際作用壓差不超過其正常工作最大壓差，用戶引入口的最大作用壓差不超過30kPa，因此根據(jù)式（1）有：ΔPS =ΔP1 +ΔP2 -ΔP3 kPa從上式可知：當(dāng)ΔP3=0時，戶引入口的作用壓差ΔPS最大，故根據(jù)上式有：ΔP1≤30 -ΔP2 kPa上式中，對于自然作用壓頭ΔP2，在設(shè)計工況下，各用戶所隨的值最大[2]，并且其最大值可以由下式計算：ΔP2=gH（ρh-ρg） kPa式中：H—上供下回式雙管系統(tǒng)中，為建筑物的高度；下供上回式雙管系統(tǒng)中，為建筑物的高度減去建筑物頂層的層高，m.ρh、ρg—設(shè)計工況下，供回水溫度所對應(yīng)的水的密度，kg/m³.故有ΔP1≤30-gH（ρh-ρg）/1000 kPa因此，當(dāng)僅在供暖引入口設(shè)壓差控制閥時，其控制壓差必須小于等于30-gH（ρh-ρg）/1000 kPa，才能保證系統(tǒng)運行過程中，溫控閥上的作用壓差能夠小于其正常工作的最大壓差。另外，由于設(shè)計工況下進(jìn)行水力計算時，不考慮自然作用壓頭，故根據(jù)式（2）有：△P1=△P'3+△P's由此可見，只有當(dāng)設(shè)計工況下最不利環(huán)路的阻力損失（△P'3+△P's）小于30-gH（ρh-ρg）/1000kPa時，才可以采用方案1.

　　2.方案2

　　在每組共用立管上設(shè)壓差控制閥本方案只適應(yīng)于供下回式雙管系統(tǒng)。參照前面對式（1）各參數(shù)的分析，方案2在設(shè)計工況下進(jìn)行水力計算時，其自然作用壓頭同樣可以不考慮，因此壓差控制閥的控制壓差ΔP1等于共用立管上最不利環(huán)路在設(shè)計工況下的阻力損失（△P'3+△P's），其中為△P'3為立管上壓差控制點到戶引入口之間供回水管路的阻力損失，另外，為保證共用立管上各用戶在運行過程中戶引入口作用壓差ΔPS不超過30kPa，ΔP1同樣應(yīng)小于等于30-gHρh-ρg）/1000 kPa，當(dāng)ΔP1大于該值時，就不應(yīng)采用方案2.

　　3.方案3：

　　在每戶引入口設(shè)壓差控制閥對于大型的供暖系統(tǒng)，當(dāng)無法采用方案1和2時，就應(yīng)采用本方案。其壓差控制閥的控制壓差ΔP1等于戶內(nèi)系統(tǒng)最不利環(huán)路在設(shè)計工況下的總阻力損失，其中包括戶用熱表和鎖閉調(diào)節(jié)閥的阻力，ΔP1應(yīng)小于等于30kPa[3～4].此時，各共用立管上只需設(shè)截止閥或閘閥，起關(guān)閉作用。

　　在本方案中，由于壓差控制閥的調(diào)節(jié)作用，在系統(tǒng)的運行過程中，自然作用壓頭和系統(tǒng)流量的變化，不會對戶內(nèi)系統(tǒng)溫控閥的工作產(chǎn)生影響。不過，為了在運行過程中保證壓差控制閥的正常工作，其資用壓差應(yīng)始終大于等于其設(shè)計壓差。壓差控制閥的設(shè)計壓差應(yīng)等于設(shè)計工況下其本身的阻力與其控制壓差之和，因此在設(shè)計工況下進(jìn)行戶外共用立管和供回水干管的水力計算時，自然作用壓頭可作為安全裕量，不予考慮。因為如果要考慮自然作用壓頭，一方面會使水力計算更復(fù)雜，另一方面自然作用壓頭不恰當(dāng)?shù)娜≈?，會?dǎo)致運行過程中，壓差控制閥的資用壓差小于其設(shè)計壓差，有可能導(dǎo)致壓差控制閥即使全開，通過的流量也不能滿足用戶要求。

　　另外在設(shè)計時應(yīng)注意的是：供暖系統(tǒng)中所使用的壓差控制閥一般都有最大工作壓差限制，當(dāng)作用在閥上的實際壓差超過其最大工作壓差時，閥就會被壓壞，因此在使用方案2和3時，如果運行過程中，室外管網(wǎng)在供暖引入口的資用壓差會超過供暖系統(tǒng)中所使用壓差控制閥的最大工作壓差時，就必須在供暖引入口設(shè)其它型號的壓差控制閥，控制整個供暖系統(tǒng)的壓差。此時，該壓差控制閥的控制壓差應(yīng)等于供暖系統(tǒng)最不利環(huán)路在設(shè)計工況下的總阻力損失。

　　4.戶內(nèi)和戶外系統(tǒng)形式對于戶內(nèi)系統(tǒng)，根據(jù)前面對供回水管路阻力損失ΔP3分析的相同理由，為減少運行過程中，溫控閥作用壓差的波動范圍，應(yīng)選擇異程式系統(tǒng)。對于方案2和3的戶外系統(tǒng)，也建議采用異程式系統(tǒng)。因為同一供暖系統(tǒng)，當(dāng)采用異程式時，其系統(tǒng)的總阻力損失一般要比采用同程式更小[2].這樣，可以減小供暖系統(tǒng)引入口所需要的資用壓頭。

　　三、結(jié)論

　?。?）分戶計量雙管供暖系統(tǒng)在設(shè)計工況下進(jìn)行水力計算時，其自然作用壓頭可以不考慮，戶內(nèi)和戶外系統(tǒng)應(yīng)采用異程式。

　?。?）選用方案1時，其壓差控制閥的控制壓差ΔP1應(yīng)等于供暖系統(tǒng)最不利環(huán)路在設(shè)計工況下的總阻力損失（△P'3+△P's），并且ΔP1應(yīng)小于等于30-gHρh-ρg）/1000 kPa.

　?。?）選用方案2時，其壓差控制閥的控制壓差ΔP1應(yīng)等于立管上最不利環(huán)路在設(shè)計工況下的總阻力損失（△P'3+△P's），并且ΔP1也應(yīng)小于等于30-gHρh-ρg）/1000 kPa.

　　（4）方案3適應(yīng)于大型供暖系統(tǒng)，其壓差控制閥的控制壓差ΔP1應(yīng)等于戶內(nèi)系統(tǒng)最不利環(huán)路在設(shè)計工況下的總阻力損失，并且包括戶用熱表和鎖閉調(diào)節(jié)閥的阻力，ΔP1應(yīng)小于等于30kPa.