供热管网热平衡调节技术探讨.docx

供热管网热平衡调节技术探讨孙清典 1， 李灿新 1， 杨学敏 2(1.山东科技大学，山东 青岛 266510；2.深圳市中建达工程造价咨询有限公司，广东 深圳 518034)摘要： 阐述了水力失调的概念、类型以及形成原因，提出了利用平衡阀解决水力失调问题。介绍了静态平衡阀、自力式流量控制阀、自力式压差控制阀和动态阻力平衡阀的工作原理及技术特点，分析了不同供热系统运行特点及平衡阀的选用。关键词： 水力失调； 自力式流量控制阀； 自力式压差控制阀； 动态阻力平衡阀中图分类号： tu832.1；tp27文献标志码： a文章编号： 1673-7237(2010)07-0021-03heat balance adjust m ent in heat ing net w orksun qing-dian 1, li can-xin 1, yang xue-min 2(1.shandong university of science and technology, qingdao 266510, shandong, china;2. shenzhen zhongjianda project cost consulting co., ltd., shenzhen 518034, guangdong, china)abst ract : the concept, types and the cause of the hydraulic imbalance are elaborated with the solution, balance valve. the work theories and the technical features of the static balance valve, self-operated flow control valve, self-operated pressure control valve and dynamic re sistance balance valve are expounded respectively, analyzing the operational features of different heating systems and the selection of the bal ance valve.key w ords: hydraulic imbalance; self-operated flow control valve; self-operated pressure control valve; dynamic resistance balance valve0 引言在供热系统中，水力失调现象极为普遍，从而造 成各热用户之间室内温度偏差较大、冷热不均等问题，用户投诉较多。为缓解供热系统水力失调问题，使用户满意，传统的做法是增大热网管径、增大循环泵 的流量，采用“大流量、小温差”供暖运行方式，因而又 造成了能源极大浪费。因此，必须采取有效措施解决 供热系统中水力失调问题。1 水力失调现象1.1 水力失调概念与类型热水供热系统中各热用户的实际流量与设计流 量之间的不一致性，称为该热用户的水力失调，水利失调可以用热用户实际流量和设计流量的比值来衡 量供热系统水利失调的程度，即不一致失调是指热用户水力失调度有的大于 1，有的小于 1，未进行热平衡调试的供热系统多为不一致失 调。在一致失调中又分为等比失调和不等比失调，所有热用户的水力失调度都相等称为等比失调，反之称 为不等比失调。11.2水利失调形成的原因(1)受热源设备的限制，供给的压力不足，或者因 为系统的循环水量超过原设计值，使循环水泵的供给压力下降，导致水力失调。(2)管网设计不合理，或者管网堵塞造成系统的压 力损失过大，超出了热源设备所提供的压力，导致水 力失调。(3)热网失水严重，超过了补水设备的补水能力， 系统因缺水而不能维持需要的压力，导致水力失调。(4)系统缺少合理分配水量的手段，为解决末端用户不热的问题而加大循环水量，因而增加了管网的压 力损失造成系统压力不足，导致水力失调。(5)供热管网新接入热用户或停运部分热用户，全网阻力特性改变，导致水力失调。(6)热用户室内水力工况改变，比如随意增减散热 器或开关阀门等，导致水力失调。(7)随意调整网路分支阀门或用户入口阀门，导致 水力失调。x =vs /vg 1式中：x 为水力失调度；vs 为热用户实际流量，m3/h；vg 为热用户设计流量，m3/h。(1)当水力失调度等于 1 时，供热系统便处于热平衡状态；水力失调度偏离 1 越大，供热系统水利失调越 严重。水利失调一般分为一致失调和不一致失调，一致失调是指各热用户水力失调度都大于或都小于 1；收稿日期：2010-05-03； 修回日期：2010-05-06121.3水力失调解决办法定，各支路阻力系数保持不变，当供热管网总循环水 要彻底解决供热系统中的水力失调问题，必须在量发生变化，各支路流量也会同比例增减，仍能起到供热管网中安装适宜的水力平衡阀，进行科学的水力 热平衡的作用。平衡调试。 由于静态平衡阀调试较为复杂，且供热管网水力2平衡阀调节原理工况一旦发生变化，整套供热系统就要重新调试，因 平衡阀属于调节阀范畴，它的工作原理是通过改此，在新建供热系统中已很少采用该阀。变阀芯与阀座的间隙(开度)，来改变流体流经阀门的3.2 自力式流量控制阀 流通阻力，达到调节流量的目的。从流体力学观点看，自力式流量控制阀也叫做动态流量平衡阀，它是平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件，对 根据系统工况(压差)变动而自动变化阻力系数，在一不可压缩流体，由流量方程式可得： 定的压差范围内，可以有效地控制通过的流量保持一q= f 2(p1-p2) 2 个常值。该阀是一个双阀组合，即由一个手动调节阀姨姨和一个自动平衡阀组成。图 1 为某种自力式流量控制阀结构示意图。令 kv = f 2 ，则 q=kv姨 p (2)姨姨式中：q 为流经平衡阀的流量，m3/h； 为平衡阀的阻力系数；p1 为阀前压力，kg/m2；p2 为阀后压力，kg/m2；f 为平衡阀接管截面积，m2； 为流体的密度，kg/m3；kv 为阀门系数。由上式可以看出，当 f 一定(即对某一型号的平 衡阀)，阀门前后压降 p1-p2 不变时，流量 q 仅受平衡阀阻力影响而变化。 增大(阀门关小时)，q 减小；反 图 1 自力式流量控制阀结构示意图之， 减小(阀门开大时)，q 增大。平衡阀就是以改变图中 p1 为阀门进口压力，p2 为手动阀塞与自动 阀芯的开度来改变阻力系数，达到调节流量的目的。阀塞之间压力，p3 为阀门进口压力。阀中手动阀塞的对某一型号平衡阀来说，kv 是 的函数，也就是作用是设定流量 ，自 动 阀 塞 的作用是维持压差 说平衡阀每一个开度值都对应一个 kv 值，即阀门系 p=p1-p2 恒定，对于手动阀塞来说，流量 q=kv 数 kv 由开度而定。通过实验台实测可获得不同开度 (p1-p2)，式中 kv 为手动阀塞的流量系数，p1-p2 为手 下的阀门系数，因此，只要在现场测出压差，根据公式(2)， 动阀塞两侧的压差。kv 的大小取决于手动阀塞开度，就可以计算出流量 q，平衡阀便可作为定量调节流量 开度固定，kv 即为常数。那么只要 p1-p2 不变，则流的节流元件。 量 q 不变。而 p1-p2 的恒定是由自动阀塞控制的。当3常见平衡阀工作原理及技术特点进出口压差 p1-p3 增大，则通过感压膜和弹簧的作用 目前，国内供热系统中常见的平衡阀主要有静态使自动阀塞关小，从而维持 p1-p2 的恒定；反之 p1-p3平衡阀、自力式流量控制阀、自力式压差控制阀和动 减小，则自动阀塞开大，从而维持 p1-p2 的恒定；手动态阻力平衡阀。 阀塞的每一个开度对应一个流量，开度和流量的关系3.1 静态平衡阀 由实验台试验标定。静态平衡阀也叫做手动调节平衡阀或数字锁定自力式流量控制阀控制对象为系统流量，它可以 平衡阀，它是通过改变阀芯与阀座的间隙(开度)，来改在一定范围内吸收外网的压力波动，保证系统的水力变各支路阻力系数，从而达到按设计流量分配各支路 平衡，减少调整的工作量，提高供热质量。但它不支持流量的目的。该阀阀杆处设有阀门开度指示和阀门锁 所控制系统内部的自主调节，即被控系统内部自主调 定装置，阀体进出口侧设有 2 个测压管。在管网平衡 节时，系统内部各分支流量进行重新分配，总流量仍 调试时，用软管将被调试的平衡阀测压阀与专用智能 保持不变，因此，起不到系统内自主调节节能的目的。 仪表连接，仪表显示出阀门的流量值，经与仪表人机 3.3 自力式压差控制阀对话，输入管路系统需要的流量值，仪表便显示出达自力式压差控制阀也称动态压差控制阀，它是根 到水力平衡时阀门的开度。静态平衡阀一经调好锁据系统压差变动自动调节阀门开度，从而达到供回水22图 2 自力式压差控制阀结构示意图压差恒定的目的。自力式压差控制阀按照安装位置分为供水式和回水式，二者不可互换使用。图 2 为回水 式结构示意图。图中 p1 为通过导压管传至感压膜上部的外网供 水压力，p2 为被控环路的回水压力，p3 为外网的回水压力。当外网的供回水压差 p1-p3 增大，则感压膜带动阀瓣下移，使阀的阻力增大，压差 p2-p3 增大，从而 使压差 p1-p2 保持不变。反之，当供回水压差 p1-p3减小，则感压膜带动阀瓣上移，使阀的阻力减小，压差p1-p2 仍保持恒定。用户变流量系统、热源变流量系统，各系统对平衡阀的选用具有不同的要求。4.1 定流量系统定流量系统是指供热站总循环流量和各热用户 分支流量都不发生改变的系统，主要存在于公用建筑和未实行分户计量的民用建筑中。该系统以质调节为主，循环流量恒定不变，管网阻力特性相对稳定，因 此，适合选用静态平衡阀和自力式流量平衡阀。4.2 热用户变流量系统热用户变流量系统指热用户根据室内温度需要 自主调节循环流量的系统，主要存在于实行供暖分户计量的民用建筑中，为节省暖气费，热用户一般都主动调节户内循环流量。热用户变流量系统适合选用自 力式压差平衡阀。当某分支环路流量减小时，管路压 降减小，管路分支处支用压头升高，自力式压差平衡 阀及时把环路中过剩的压头传送到主管网，主管网供 回水压头升高，各分支环路入口处支用压头也相应升 高，各支路自力式压差平衡阀又及时把升高压头拒之 于环路以外，从而保证了各环路间的水力平衡。4.3 热源变流量系统热源变流量系统是指供热站根据气温变化不断 调整供热循环流量的系统，即气温降低，增大循环流 量，气温升高，减小循环流量。该系统为质调节与量调节相结合的供暖方式，随着国内供热节能技术的不断深化，热源变流量系统将逐渐成为今后的主要供热形 式。热源变流量系统适合选用静态平衡阀和动态阻力 平衡阀。由于该系统各环路阻力系数不变，即各路流 量分配比例也就不变，当供热系统总循环流量减小 时，各环路流量也就同比例减小，反之亦然。虽然也是 水力失调现象，但该失调为等比失调，不影响热量在 各支路中均衡分配。5 结语通过以上论述，我们可以得出结论，在供热系统 中，合理地选用水力平衡阀以及采用正确的方法进行 系统调试，可以极大地改善系统的水力特性，使系统接近或达到水力平衡，从而既保证了热用户的供暖效果，又节省了能源。当被控环路内部的阻力发生改变，比如某一支路关断，则环路的总阻力增大，压差 p1-p2 增大，但随之 感压膜的受力平衡被打破，阀瓣下移，阀的阻力增大， 又使压差 p2-p3 增大，p2 又回升到原来的大小，即压 差 p1-p2 不变。可见，无论是外网压力出现波动，还是被控环路 内部的阻力发生变化，自力式压差控制阀均可维持施加于被控环路的压差恒定。3.4动态阻力平衡阀动态阻力平衡阀是在自力式流量平衡阀的基础 上改造而成的，其阀体结构及工作原理同自力式流量平衡阀基本相同，区别在于动态阻力平衡阀比自力式流量平衡阀多一套导压孔锁闭旋钮。导压孔打开，该 阀就是一个自力式流量平衡阀，导压孔关闭，该阀就 变成了静态平衡阀。当供热管系统关停或并入部分分支系统，管网阻 力特性发生变化，只要打开所有动态阻力平衡阀的导 压孔，系统便恢复到动态平衡调节状态，待各分支系 统重新平衡后，再锁闭导压孔，该阀又变成了静态平