雙管供暖系統(tǒng)自力式壓差控制閥設(shè)計(jì)方案

一、雙管供暖系統(tǒng)自力式壓差控制閥設(shè)計(jì)方案概述
在分戶計(jì)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)定型溫度調(diào)節(jié)閥，因此整個(gè)系統(tǒng)是變流量運(yùn)行，作用在溫度調(diào)節(jié)閥上的壓差隨著流量的改變而發(fā)生變化。當(dāng)其實(shí)際壓差較大溫度調(diào)節(jié)閥就可能產(chǎn)生噪音，尤其是在房間熱負(fù)荷較小時(shí)，溫度調(diào)節(jié)閥會(huì)頻繁開(kāi)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)中的其它溫度調(diào)節(jié)閥，因此在一個(gè)設(shè)計(jì)良好的分戶計(jì)量雙管供暖系統(tǒng)中，一方面應(yīng)使用系統(tǒng)中每個(gè)溫度調(diào)節(jié)閥的熱權(quán)度總是大于等于1，另一方面溫度調(diào)節(jié)閥上所隨的實(shí)際壓差還應(yīng)該保持在它的允許范圍內(nèi).壓差調(diào)節(jié)閥也稱為自力式壓差調(diào)節(jié)閥，在變流量系統(tǒng)中，它通過(guò)感應(yīng)供熱管道系統(tǒng)中兩點(diǎn)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(jì)量雙管供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，控制閥應(yīng)如何布置呢？通常有以下三個(gè)方案：
本文對(duì)壓差控制閥在分戶計(jì)量雙管供暖系統(tǒng)中的3個(gè)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(jì)量雙管供暖系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，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。
是用開(kāi)閉式水循環(huán)系統(tǒng)(如熱水供暖系統(tǒng)、空調(diào)冷凍水系統(tǒng)等)的一種自力式調(diào)節(jié)閥，它的作用是被控環(huán)路出現(xiàn)外擾(網(wǎng)路的壓力波動(dòng))和內(nèi)擾(內(nèi)部阻力的改變)時(shí)，使被控環(huán)路的壓差保持恒定，適用于供暖方式采用雙管系統(tǒng)的壓差控制，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，降低噪音，平衡阻力，消防熱網(wǎng)和水力失調(diào)。無(wú)論是網(wǎng)路壓力出現(xiàn)波動(dòng)，還是被控環(huán)路的阻力發(fā)生變化，ZYC型自力式壓差控制閥均可維持施加與被控環(huán)路的壓差恒定。

自力式壓差控制閥特性：
該閥為雙閥瓣結(jié)構(gòu)，閥桿不平衡力小，結(jié)構(gòu)緊湊，用于供熱（空調(diào)）水系統(tǒng)中，恒定被控系統(tǒng)的壓差，并有以下的特點(diǎn)：
①恒定被控系統(tǒng)壓差；
②支持被控系統(tǒng)內(nèi)部自主調(diào)節(jié)；
③吸收外網(wǎng)壓差波動(dòng)；
④采用的無(wú)級(jí)調(diào)壓結(jié)構(gòu)，控制壓差可調(diào)比可達(dá)25：1；
⑤閥門采用外導(dǎo)壓結(jié)構(gòu)可在線排除堵塞；
⑥自動(dòng)閥芯采用翼型導(dǎo)向，使自動(dòng)閥芯具有防抱死功能；
⑦壓差調(diào)節(jié)器有壓差刻度標(biāo)尺，壓差調(diào)節(jié)方便；
⑧閥芯設(shè)有檢修口，可在線檢查閥門故障，無(wú)須拆卸閥門；
⑨全開(kāi)時(shí)，Kvs大而阻力小，需要具有高阻能力，能消除很大的壓差。

雙管供暖系統(tǒng)自力式壓差控制閥設(shè)計(jì)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(shí)際設(shè)計(jì)中，這3個(gè)方案應(yīng)如何選擇，爭(zhēng)議頗多，僅就保證溫控閥平穩(wěn)工作而言，方案1差，但其初投資少；方案3好，但其初投資高；方案2介于方案1和3之間。下面就針對(duì)這3個(gè)方案進(jìn)行一些分析，希望為工程人員設(shè)計(jì)時(shí)，方案的選擇提供一些有益的建議。另外應(yīng)說(shuō)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、雙管供暖系統(tǒng)自力式壓差控制閥設(shè)計(jì)方案方案分析
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(jì)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(jì)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(diǎn)到所計(jì)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(yùn)行過(guò)程中，ΔP1是定值，它取決于設(shè)計(jì)工況下，供暖系統(tǒng)不利環(huán)路中，從供暖引入口壓差控制點(diǎn)到末端用戶戶引入口之間供回水管路的阻力損失△P'3，末端用戶戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失△P's以及末端用戶所隨的自然作用壓頭△P'2.根據(jù)式
（1）有：△P1=△P'3+△P's-△P'2（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(yùn)行過(guò)程中，ΔP2是一個(gè)不斷變化的量，因此在設(shè)計(jì)工況下，根據(jù)式（1）計(jì)算戶引入口作用壓差ΔPS時(shí)，其自然作用壓頭ΔP2應(yīng)取小值。因?yàn)槿绻≈递^大，那么根據(jù)式（1）所計(jì)算的戶引入口作用壓差ΔPS就較大，在根據(jù)ΔPS設(shè)計(jì)戶內(nèi)系統(tǒng)時(shí)，其管道和溫控閥的阻力損失就可能較大，當(dāng)實(shí)際的自然作用壓頭ΔP2小于所選定值時(shí)，戶引入口作用壓差ΔPS就會(huì)低于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致溫控閥上的實(shí)際壓差小于設(shè)計(jì)值，此時(shí)，溫控閥即使全開(kāi)，散熱器所提供的熱量仍不足以維持設(shè)計(jì)室溫，所以在設(shè)計(jì)工況下，自然作用壓頭ΔP2應(yīng)取小值。這樣，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，自然作用壓頭ΔP2總是大于等于小值，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(jì)值。不過(guò)，由于自然作用壓頭ΔP2的影響因素較多，要確定每一用戶的小值通常都很困難，因此為便于設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)工況下計(jì)算戶引入口作用壓差ΔPS時(shí)，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(diǎn)到所計(jì)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(zhǎng)度。在設(shè)計(jì)工況下，其值大，當(dāng)管路中的流量趨近于零時(shí)，ΔP3也趨近于零[1].同一供暖系統(tǒng)當(dāng)采用同程式時(shí)，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(dòng)，同程式比率經(jīng)異程式系統(tǒng)更大，由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇異程式系統(tǒng)。
d.戶引入口作用壓差ΔPS對(duì)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(jì)值時(shí)，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(huì)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(huì)等量地作用在戶內(nèi)系統(tǒng)每一個(gè)溫控閥上。由此可見(jiàn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只要保證運(yùn)行過(guò)程中，戶引入口作用壓差ΔPS總是大于等于設(shè)計(jì)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(shí)際壓差總是大于等于設(shè)計(jì)工況下的設(shè)計(jì)值，因此溫控閥的熱權(quán)度總是大于等于1，用戶隨時(shí)能獲得設(shè)計(jì)所要求的室溫。那么應(yīng)如何設(shè)計(jì)才能使戶引入口作用壓差ΔPS總是大于等于設(shè)計(jì)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(jì)工況下進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，自然作用壓頭可以不考慮，管路的阻力損失ΔP3為大。而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(yùn)行過(guò)程中，戶引入口作用壓差總是大于等于設(shè)計(jì)工況下的戶引入口作用壓差，因此在設(shè)計(jì)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(yùn)行過(guò)程中，戶引入口作用壓差就總是大于等于設(shè)計(jì)工況下戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失。而這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，可以很容易做到。
另外，由于戶引入口作用壓差ΔPS的波動(dòng)反映了戶內(nèi)系統(tǒng)每個(gè)溫控閥上作用壓差的波動(dòng)，因此只要控制戶引入口的作用壓差ΔPS的大值，就能夠保證運(yùn)行過(guò)程中溫控閥不超過(guò)它的大工作壓差。根據(jù)文獻(xiàn)[3～4]可知：在設(shè)計(jì)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(guò)30kPa，因此在運(yùn)行過(guò)程，只要控制ΔPS的大值不超過(guò)30kPa，就能保證溫控閥的正常工作。
（2）方案1分析的小結(jié)通過(guò)前面的分析可知：為保證運(yùn)行過(guò)程中，溫控閥上的實(shí)際作用壓差不超過(guò)其正常工作大壓差，用戶引入口的大作用壓差不超過(guò)30kPa，因此根據(jù)式（1）有：ΔPS=ΔP1+ΔP2-ΔP3kPa從上式可知：當(dāng)ΔP3=0時(shí)，戶引入口的作用壓差ΔPS大，故根據(jù)上式有：ΔP1≤30-ΔP2kPa上式中，對(duì)于自然作用壓頭ΔP2，在設(shè)計(jì)工況下，各用戶所隨的值大[2]，并且其大值可以由下式計(jì)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(jì)工況下，供回水溫度所對(duì)應(yīng)的水的密度，kg/m3.故有ΔP1≤30-gH（ρh-ρg）/1000kPa因此，當(dāng)僅在供暖引入口設(shè)壓差控制閥時(shí)，其控制壓差必須小于等于30-gH（ρh-ρg）/1000kPa，才能保證系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，溫控閥上的作用壓差能夠小于其正常工作的大壓差。另外，由于設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，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(jiàn)，只有當(dāng)設(shè)計(jì)工況下不利環(huán)路的阻力損失（△P'3+△P's）小于30-gH（ρh-ρg）/1000kPa時(shí)，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(duì)式（1）各參數(shù)的分析，方案2在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，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等于共用立管上不利環(huán)路在設(shè)計(jì)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(diǎn)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(yùn)行過(guò)程中戶引入口作用壓差ΔPS不超過(guò)30kPa，ΔP1同樣應(yīng)小于等于30-gHρh-ρg）/1000kPa，當(dāng)ΔP1大于該值時(shí)，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(duì)于大型的供暖系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)法采用方案1和2時(shí)，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)不利環(huán)路在設(shè)計(jì)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(shí)，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(yùn)行過(guò)程中，自然作用壓頭和系統(tǒng)流量的變化，不會(huì)對(duì)戶內(nèi)系統(tǒng)溫控閥的工作產(chǎn)生影響。不過(guò)，為了在運(yùn)行過(guò)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(jì)壓差。壓差控制閥的設(shè)計(jì)壓差應(yīng)等于設(shè)計(jì)工況下其本身的阻力與其控制壓差之和，因此在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行戶外共用立管和供回水干管的水力計(jì)算時(shí)，自然作用壓頭可作為安全裕量，不予考慮。因?yàn)槿绻紤]自然作用壓頭，一方面會(huì)使水力計(jì)算更復(fù)雜，另一方面自然作用壓頭不恰當(dāng)?shù)娜≈?，?huì)導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中，壓差控制閥的資用壓差小于其設(shè)計(jì)壓差，有可能導(dǎo)致壓差控制閥即使全開(kāi)，通過(guò)的流量也不能滿足用戶要求。
另外在設(shè)計(jì)時(shí)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大工作壓差限制，當(dāng)作用在閥上的實(shí)際壓差超過(guò)其大工作壓差時(shí)，閥就會(huì)被壓壞，因此在使用方案2和3時(shí)，如果運(yùn)行過(guò)程中，室外管網(wǎng)在供暖引入口的資用壓差會(huì)超過(guò)供暖系統(tǒng)中所使用壓差控制閥的大工作壓差時(shí)，就必須在供暖引入口設(shè)其它型號(hào)的壓差控制閥，控制整個(gè)供暖系統(tǒng)的壓差。此時(shí)，該壓差控制閥的控制壓差應(yīng)等于供暖系統(tǒng)不利環(huán)路在設(shè)計(jì)工況下的總阻力損失。

4.戶內(nèi)和戶外系統(tǒng)形式對(duì)于戶內(nèi)系統(tǒng)，根據(jù)前面對(duì)供回水管路阻力損失ΔP3分析的相同理由，為減少運(yùn)行過(guò)程中，溫控閥作用壓差的波動(dòng)范圍，應(yīng)選擇異程式系統(tǒng)。對(duì)于方案2和3的戶外系統(tǒng)，也建議采用異程式系統(tǒng)。因?yàn)橥还┡到y(tǒng)，當(dāng)采用異程式時(shí)，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、雙管供暖系統(tǒng)自力式壓差控制閥設(shè)計(jì)方案結(jié)論
（1）分戶計(jì)量雙管供暖系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，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。
（2）選用方案1時(shí)，其壓差控制閥的控制壓差ΔP1應(yīng)等于供暖系統(tǒng)不利環(huán)路在設(shè)計(jì)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）/1000kPa.
（3）選用方案2時(shí)，其壓差控制閥的控制壓差ΔP1應(yīng)等于立管上不利環(huán)路在設(shè)計(jì)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）/1000kPa.
（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)不利環(huán)路在設(shè)計(jì)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.