標題淺析流量調節閥的選型設計

    供熱系統實行熱計量收費可以節約能源，提高供熱系統的能效。就目前現狀而言，我國供熱系統的能效只有30%左右。人們往往只注意鍋爐和外網的熱損失，而忽略了熱用戶散熱損失。熱用戶散熱損失，主要是由于冷熱不均造成的，這部分熱損失約為30~40%，是相當可觀的的。供熱系統搞計量收費，從節能的角度考慮，主要是挖掘這部分的節能潛力。

    計量收費主要通過三個途徑宏觀節能：首先是裝設了流量調節閥，實現了流量平衡，進而克服了冷熱不均現象；其次是通過溫控閥的作用，利用了太陽能、家電、照明等設備的自由熱；第三是提高了用熱居民的節能意識，減少了開窗戶等的無謂散熱。而這三條節能途徑，其中有二條都是通過流量調節閥來實現的�？梢�，流量調節閥，在計量收費的供熱系統中，占有何等重要的地位。因此，如何正確的進行流量調節閥的選型設計，就顯得非常重要。

    1 溫控閥

    1.1散熱器溫控閥的構造及工作原理（1）

    用戶室內的溫度控制是通過散熱器恒溫控制閥來實現的。散熱器恒溫控制閥是由恒溫控制器、流量調節閥以及一對連接件組成，其中恒溫控制器的核心部件是傳感器單元，即溫包。溫包可以感應周圍環境溫度的變化而產生體積變化，帶動調節閥閥芯產生位移，進而調節散熱器的水量來改變散熱器的散熱量。恒溫閥設定溫度可以人為調節，恒溫閥會按設定要求自動控制和調節散熱器的水量，從而來達到控制室內溫度的目的。

    溫控閥一般是裝在散熱器前，通過自動調節流量，實現居民需要的室溫。溫控閥有二通溫控閥和三通溫控閥之分。三通溫控閥主要用于帶有跨越管的單管系統，其分流系數可以在0~100%的范圍內變動，流量調節余地大，但價格比較貴，結構較復雜。二通溫控閥有的用于雙管系統，有的用于單管系統。用于雙管系統的二通溫控閥阻力較大；用于單管系統的阻力較小。溫控閥的感溫包與閥體一般組裝成一個整體，感溫包本身即是現場室內溫度傳感器。如果需要，可以采用遠程溫度傳感器；遠程溫度傳感器置于要求控溫的房間，閥體置于供暖系統上的某一部位。

    1.2溫控閥的選型設計

    溫控閥是供暖系統流量調節的最主要的調節設備，其他調節閥都是輔助設備，因此溫控閥是必備的。一個供暖系統如果不設置溫控閥就不能稱之謂熱計量收費系統。

    在溫控閥的設計中，正確選型十分重要。溫控閥的選型目的，是根據設計流量（已知熱負荷下），允許阻力降確定KV值（流量系數）；然后由KV值確定溫控閥的直徑（型號）。因此，設計圖冊或廠家樣本一定要給出KV值與直徑的關系，否則不便于設計人員使用。在溫控閥的選型設計中，絕不是簡單挑選與管道同口徑的溫控閥即完事大吉。而是要在選型的過程中，給選定的溫控閥造成一個理想的壓差工作條件。一個溫控閥通常的工作壓差在2~3mH2O之間，最大不超過6~10 mH2O。為此，一定要給出溫控閥的預設定值的范圍，以防止產生噪音，影響溫控閥正常工作。當在同一KV值下，有二種以上口徑的選擇時，應優先選擇口徑小的溫控閥，其目的是為了提高溫控閥的調節性能。

    2  電動調節閥   

    電動調節閥是適用于計算機監控系統中進行流量調節的設備。一般多在無人值守的熱力站中采用。電動調節閥由閥體、驅動機構和變送器組成。溫控閥是通過感溫包進行自力式流量調節的設備，不需要外接電源；而電動調節閥一般需要單相220V電源，通常作為計算機監控系統的執行機構（調節流量）。電動調節閥或溫控閥都是供熱系統中流量調節的最主要的設備，其它都是其輔助設備。 

    3  平衡閥 
 
    平衡閥分手動平衡閥和自力式平衡閥。無論手動平衡閥還是自力式平衡閥，它們的作用都是使供熱系統的近端增加阻力，限制實際運行流量不要超過設計流量；換句話說，其作用就是克服供熱系統近端的多余資用壓頭，使電動調節閥或溫控閥能在一個許可的資用壓頭下工作。因此，手動平衡閥和自力式平衡閥，它們都是溫控閥或電動調節閥的輔助流量調節裝置，但又是非常重要的，如果選型不當，或設計不合理，電動調節閥或溫控閥都不能很好工作。

    3.1  手動平衡閥

    3.1.1  手動平衡閥的工作原理

    手動平衡閥是一次性手動調節的，不能夠自動地隨系統工況變化而變化阻力系數，所以稱靜態平衡閥。手動平衡閥作用的對象是阻力，能夠起到手動可調孔板的作用，來平衡管網系統的阻力，達到各個環路的阻力平衡的作用。能夠解決系統的穩態失調問題：當運行工況不同于設計工況時，循環水量多于或小于設計工況，由于平衡閥平衡的是系統阻力，能夠將新的水量按照設計計算的比例平衡的分配，使各個支路的流量將同時按比例增減，仍然滿足當前負荷下所對應的流量要求。

    3.1.2  手動平衡閥的選型與設計中應注意的問題（2）

    （1）閥門特性曲線決定了閥門的調節性能，如截止閥的流量曲線，如果認為95%~100%之間的流量變化是沒有意義的，那么開度從0~5%即實現了流量的全程變化，這樣的閥門是不能作為水利工況平衡調節使用的。由于閥門理論特性曲線實在頂壓差下測定的，而實際工況只要閥權度不為1則閥門在小開度線閥門前后壓差大，大開度是閥前后壓差小，導致閥dG/dC值在小開度變大，在大開度時變小，使閥門實際工作曲線向快開方向偏移，閥權度越小其偏移越大，對于直線特性的閥門由于實際性能的偏移會導致閥門的有效調節的得開度空間變小，因此閥門的理論性曲線以下弦弧如等百分比特性為好。等百分比特性曲線閥門，在閥權度0.3~0.5時實際工作曲線可能接近直線特性。

    （2）通常閥門在小開度情況下閥門的流速過高，在閥后會形成旺盛紊流的渦旋區，渦旋區和新壓力很低，該處壓力低于水溫對應的飽和壓力時水蒸氣的閃發揮導致汽水擊現象：嚴重的噪音，閥門及管道的振動，閥門、管道、管支架的破壞。防治這種事故的發生首先在閥們流道設計上考慮閥塞和閥座在小開度時形成狹長的節流通道，約束旺盛紊流渦旋的形成；其次選用閥門時盡量加大閥權度，以避免閥門在小開度下運行。另外，在不牽涉壓力工況問題時盡量堿平衡閥安裝在水溫較低的回水管道上。

    3.2  自力式平衡閥

    3.2.1  自力式平衡閥工作原理

    自力式平衡閥則可在沒有外接電源的情況下，自動實現系統的流量平衡。自力式平衡閥是通過保持孔板（固定孔徑）前后壓差一定而實現流量限定的，因此，也可稱定流量閥。

    定流量閥作用對象是流量，能夠鎖定流經閥門的水量，而不是針對阻力的平衡。他能夠解決系統的動態失調問題：為了保持單臺制冷機、鍋爐、冷卻塔、換熱器這些設備的高效率運行，就需要控制這些設備流量固定于額定值；從系統末端來看，為了避免動態調節的相互影響，也需要在末端裝置或分支處限制流量。

    3.2.2 在設計中應注意的問題

    自力式流量控制閥的缺點是在于閥門有最小工作差的要求，一般產品要求最小工作壓差20KPa，如果安裝在最不利回路上，勢必要求循環水泵多增加2米水柱的工作揚程，所以應采取近端安裝，遠端不安的方法。用戶離熱源距離大于供熱半徑的80%時就不要安裝這種自力式流量控制閥。

    4  差壓調節閥 

    4.1  差壓調節閥的原理

     差壓調節閥的原理，本質上和自力式平衡閥是一樣的。只不過自力式平衡閥中，孔板是作為一個部件存在于閥體中的；而差壓調節閥中沒有孔板這一部件，而是把差壓調節閥后面的系統看作一個孔板，因此，調節閥的差壓值實際指的是其后系統出入口壓力差值。

    從差壓調節閥的結構可以看出：這種調節閥，目的是控制其后系統出入口壓力差值固定不變�；�本功能是根據熱用戶熱負荷的需求，自動調整熱用戶的運行流量。當一幢建筑，由于有的熱用戶要求室溫降低，則相應房間溫控閥的開度變小，導致差壓調節閥的壓差值變大，超過設定值，此時壓差調節閥自動關小閥芯，增大節流作用，使其系統壓差值減小，直至恢復為設定值。最終的效果是減少流量，適應熱用戶的需熱要求，借以減輕溫控閥的頻繁操作。熱用戶要求提高室溫時，壓差調節閥的作用正好相反（3）。

    4.2在設計時應注意的問題

    有人認為在各戶內系統或立管上，都應裝置壓差調節閥。經過模擬計算：如果在建筑物的熱入口，統一安裝了平衡閥（含手動、自力式）或壓差調節閥（但設計要合理），則室內溫控閥在任何調節范圍內，其前后壓差都不會超過6~10 mH2O，即溫控閥都能在合理的條件下工作。因此，過多安裝壓差調節閥沒有必要，也是不經濟的。

    5．循環水泵變流量運行時，流量調節閥的選擇  

    這里主要指手動平衡閥、自力式平衡閥和壓差調節閥的選擇。在循環水泵變流量運行時，手動平衡閥呈等比失調，最有利于溫控閥的運行；但其缺點是手工操作太多，難以實現理想調節。循環水泵變流量運行，各熱用戶入口最理想的設定壓差值應是隨室外氣溫變動的。對于這一點，自力式平衡閥、差壓調節閥，都不夠理想，但不會出現調節的失控。因此可采用這一類型的調節閥，這對提高供熱系統的調節性能是有好處的。

    參考文獻
    （1） 涂光備，袁哲寧，黃保民等. 供熱計量技術. 北京：中國建筑工業出版社，2003
    （2） 崔笑千，關于平衡閥的應用. 中國建筑學會建筑熱能動力分會第十二屆學術交流大會論文集，鄭州，2003　
    （3） 施俊良. 調節閥的選擇. 北京：中國建筑工業出版社，1986 

    陳強，男，1976年2月生，工程師 解放軍后勤工程學院研究生隊