不同工況下選擇平衡閥需注意的問(wèn)題

1、引言

　　在供熱系統中，二次管網(wǎng)的情況千差萬(wàn)別。有流量恒定的二次管網(wǎng)，也有進(jìn)行了節能改造的隨季節溫度變化可調節流量的二次管網(wǎng);有進(jìn)行了熱計量改造的用戶(hù)，也有沒(méi)有改造的用戶(hù);有不斷增加用戶(hù)的管網(wǎng)，也有供熱飽和、用戶(hù)數恒定的管網(wǎng)。對于不同的工況，平衡閥種類(lèi)的選擇非常重要，只有選擇了正確的平衡閥，才能達到水力平衡、增加熱效率、節約能源的效果。

　　本文針對上述不同管網(wǎng)的工況，通過(guò)工程實(shí)例，分析平衡閥選擇中需注意的問(wèn)題，以使用戶(hù)達到最佳的供熱效果。

2、水力工況平衡的原理

　　水力工況指各管段的壓力、流量及壓差。

　　由公式⊿P=SG2

　　⊿P——壓差(阻力損失);

　　S——管段或系統的阻力系數;

　　G——管段或系統流量。

　　可知，流量和壓力是相關(guān)參數。見(jiàn)圖1。流量和壓力的調控互為手段和目的。對于外網(wǎng)特性曲線(xiàn)⊿P=SG2，由于并聯(lián)的近端支路S值都會(huì )小于設計值，造成總S值遠小于設計值，即實(shí)際阻力低于設計阻力，循環(huán)水泵的工作點(diǎn)處于水泵特性曲線(xiàn)的右下側，使實(shí)際水量偏大。水泵長(cháng)期在小揚程大流量工況下運行，水泵在大軸功率、低效率點(diǎn)運行則電機經(jīng)常超額定電流，這樣就造成電能的浪費，嚴重時(shí)會(huì )發(fā)生燒毀電機的事故。

　　采暖系統的平衡調節就是用適當的平衡閥，增加近端阻力，使近端支路S值增大至設計值，總S值增大至設計值。使近端流量分配均勻合理，循環(huán)水泵的揚程和流量在設計工況下運行，達到節熱、節電、提高供熱質(zhì)量的目的。

3、平衡閥的種類(lèi)、性能與用途

　　平衡閥分靜態(tài)平衡閥和動(dòng)態(tài)平衡閥。靜態(tài)平衡閥即手動(dòng)調節閥或手動(dòng)平衡閥。動(dòng)態(tài)平衡閥指自立式流量控制閥和自立式壓差控制閥。

3.1、手動(dòng)平衡閥

　　手動(dòng)平衡閥具有造價(jià)低、元件使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。對支路不多的小型管網(wǎng)可方便進(jìn)行水力工況平衡。對于熱源主動(dòng)變流量管網(wǎng)只能采用手動(dòng)平衡閥。因為只有手動(dòng)平衡閥才能保證流量的一致等比變化，而自立式平衡閥不能保證熱源主動(dòng)變流量運行。

3.2、自立式流量控制閥

　　自立式流量控制閥作用對象是流量，主要適用于定流量系統，把系統流量保持在設定值內，限制相連用戶(hù)的流量變化對其影響，避免用戶(hù)間的爭流現象，以保證最不利環(huán)路的流量不小于設定值。該閥的結構是由一個(gè)手動(dòng)調節閥和自動(dòng)平衡閥組成。手動(dòng)調節閥作用是設定流量，自動(dòng)平衡閥組的作用是維持流量的恒定。對于手動(dòng)調節閥組來(lái)說(shuō)，流量G=KV(P2-P3)1/2，式中KV為手動(dòng)調節閥閥口的流量系數，P2-P3為手動(dòng)調節閥閥口兩側的壓差。KV的大小取決于開(kāi)度，開(kāi)度固定，KV即為常數，那么只要P2-P3不變，則流量G不變。而P2-P3的恒定是由自動(dòng)平衡閥組控制的，自動(dòng)平衡閥組能夠增大或減少閥前的阻力，使得閥前后的壓差保持不變。

　　對于變流量運行的管網(wǎng)不可采用自立式流量控制閥。在熱源主動(dòng)變流量的情況下，近端回路維持流量不變，而遠端回路流量會(huì )嚴重不足。在熱用戶(hù)主動(dòng)變流量的情況下，用戶(hù)主動(dòng)調小流量時(shí)，自立式流量控制閥會(huì )開(kāi)大閥門(mén)，盡量維持原流量，直到全開(kāi)失效為止。用戶(hù)主動(dòng)調大流量時(shí)，自立式流量控制閥會(huì )關(guān)小閥門(mén)，直到全閉失效為止。亦只有自立式流量控制閥失效，用戶(hù)主動(dòng)的流量要求才能實(shí)現。

3.3、自立式壓差控制閥

　　自立式壓差控制閥也稱(chēng)動(dòng)態(tài)壓差平衡閥，它的基本功能是能夠消耗掉系統的富裕壓頭，保證資用壓頭，隔絕用戶(hù)間流量變化互相干擾，為控制閥提供良好的工作條件，保證系統壓差恒定的目的。電動(dòng)閥前加自立式壓差控制閥保證受外網(wǎng)波動(dòng)給電動(dòng)閥造成的頻繁動(dòng)作，減少電動(dòng)閥由信號遲到造成的誤動(dòng)作，營(yíng)造一個(gè)相對舒適的環(huán)境。

　　采用自立式壓差控制閥對水泵控制，可以節省很大費用。供熱系統中循環(huán)水泵在系統流量減少時(shí)，揚程會(huì )增大，同時(shí)，當管道阻力隨流量減少，以平方關(guān)系降低時(shí)，克服阻力所需的壓頭大大下降。過(guò)高壓頭不僅導致控制閥產(chǎn)生噪音、控制性能變差和振蕩等問(wèn)題，同時(shí)對水泵的運行也帶來(lái)了不必要的電力消耗，當管道阻力隨流量變化以平方關(guān)系變化時(shí)，水泵耗電量隨流量變化呈立方關(guān)系變化，因此對水泵進(jìn)行控制可以減少電的消耗。

　　采用自力式壓差控制閥，為系統的動(dòng)態(tài)平衡調節提供了可靠的保證。尤其是分戶(hù)計量后，當某用戶(hù)因不付費被關(guān)閉，如果沒(méi)有自力式壓差控制閥，被關(guān)閉的用戶(hù)的流量就會(huì )強加給其它用戶(hù)，這樣就造成了其它用戶(hù)多付費甚至造成立管與立管之間的不平衡。當使用自力式壓差控制閥后，通過(guò)壓差控制閥的動(dòng)作流量就不會(huì )強加給其它用戶(hù)，也不會(huì )造成不平衡。

4、平衡閥在解決采暖系統水平失調中的應用

　　自立式流量限制器在定流量系統中的節能效果是非常顯著(zhù)的。以2008年法源寺西里小區安裝自立式流量限制器為例。該小區熱力站供暖面積為75600平方米，熱力站循環(huán)水泵在2008年以前沒(méi)有安裝自立式流量限制器，即該系統為定流量系統，系統存在著(zhù)穩態(tài)失調。為了緩解因穩態(tài)失調使系統末端用戶(hù)因循環(huán)水量偏小帶來(lái)室溫偏低的問(wèn)題，只能靠加大循環(huán)水量來(lái)滿(mǎn)足這些用戶(hù)的采暖需要�？吭龃笱�環(huán)水量，并未從根本上解決系統穩態(tài)失調的問(wèn)題，反而使系統運行更不經(jīng)濟了，能源消耗增加更大了，形成了高能耗低效率的運行狀態(tài)。2008年時(shí)，一部分支路安裝了自立式流量限制器，一部分支路當年沒(méi)有及時(shí)安裝自立式流量限制器。供熱效果明顯不同。安裝了自立式流量限制器的支路雖然帶的是回遷樓，以前因回遷樓圍護結構保溫性能較差，供熱效果不好，當年卻沒(méi)有反饋不熱現象，未安裝自立式流量限制器的支路盡管是商品房，圍護結構保溫性能極好，供熱效果也不盡人意，存在冷熱不均等問(wèn)題。2008年時(shí)，雖然小區沒(méi)有全部安裝自立式流量限制器，但是通過(guò)對現有的平衡裝置的調節，循環(huán)水泵流量大大降低，供熱效率也有所提高。經(jīng)統計，安裝了水力平衡裝置后產(chǎn)生的節熱率大于10%，節電率大于50%。

　　法源寺西里小區改造前后耗電量對比表

　　自力式壓差控制閥在分戶(hù)計量用戶(hù)中的作用也是非常顯著(zhù)的。

　　以京貿家園西區熱力項目為例：該小區2010年建成，建筑面積17萬(wàn)平方米，由A1~A4四棟住宅樓別墅組成，樓高30～35層。分高、中、低三個(gè)系統供暖，供暖形式為分戶(hù)供暖。小區補裝熱計量裝置后，在每個(gè)單元小室回水處安裝了樓前動(dòng)態(tài)壓差平衡閥和手動(dòng)平衡閥，取代原安裝閘閥。動(dòng)態(tài)壓差平衡閥可以消除近端剩余資用壓頭。解決建筑兩側單元負荷大于中間單元，供暖品質(zhì)降低的問(wèn)題，手動(dòng)平衡閥可以方便地對于熱源主動(dòng)變流量管網(wǎng)進(jìn)行調節，保證用戶(hù)設計流量，并且消除用戶(hù)調節時(shí)的相互干擾，延長(cháng)設備使用壽命。圖2為分戶(hù)計量用戶(hù)建筑采暖熱力入口做法。自力式壓差控制閥安裝位置應保證有足夠的直管段，閥門(mén)前直管段不應小于5倍的管徑，閥門(mén)后直管段不應小于2倍的管徑。

　　對于小區用戶(hù)熱量分攤計量采用了通斷時(shí)間面積法的，圖3為建筑采暖熱力入戶(hù)做法。在入戶(hù)前安裝鎖閉過(guò)濾調節閥，解決了樓內垂直失調問(wèn)題。

　　另外，對于地形高差大的管網(wǎng)應考慮平衡閥的安裝位置。即在地形低洼處樓群平衡閥宜安裝于供水，以保證戶(hù)內不超壓：在地形較高位置平衡閥宜安裝于回水，以保證戶(hù)內不倒空。

圖2 分戶(hù)計量用戶(hù)建筑采暖熱力入口做法

圖3 建筑采暖熱力入戶(hù)做法(適用于通斷時(shí)間面積法)

5、結論

　　通過(guò)以上理論分析及工程實(shí)例可以得出結論：

　　手動(dòng)平衡閥是通過(guò)阻力大小來(lái)輸配系統的流量，平衡的是系統阻力，能夠將水量按照設計計算比例平衡地分配，各支路的流量將同時(shí)按比例增減，適用于恒定工況的自動(dòng)調節。一旦增加新的用戶(hù)，整個(gè)系統需重新調整一次。其造價(jià)較低。

　　自立式流量控制閥是通過(guò)變化閥的阻力系數來(lái)維持流量不變的，作用對象是流量，不管系統循環(huán)水量和末端負荷如何變化，仍保持流量不變。因此自立式流量控制閥適用于定流量系統。其便于調節，造價(jià)也低。

　　而自力式壓差控制閥是通過(guò)變化流量來(lái)達到維持壓差不變的目的。既支持外網(wǎng)變化又支持用戶(hù)自主調節，因此既適用于定流量系統，也適用于變流量系統。如果不考慮造價(jià)的因素，是較佳的選擇。

　　在我們的熱力一、二次管網(wǎng)中，實(shí)際應用上可能同時(shí)存在定流量系統和變流量系統，需要根據不同情況選定不同的控制設備，以免給系統控制造成不必要的麻煩。