双管供暖系统自力式压差控制阀设计方案

【资料简介】

一、双管供暖系统自力式压差控制阀设计方案概述
在分户计量双管供暖系统中，为充分利用家用电器、灯光和人体等自由热量，通常是在每一组散热器上安装预设定型温度调节阀，因此整个系统是变流量运行，作用在温度调节阀上的压差随着流量的改变而发生变化。当其实际压差较大温度调节阀就可能产生噪音，尤其是在房间热负荷较小时，温度调节阀会频繁开关，产生振荡。振荡除引起不必要的磨损外，还导致回水温度升高，并影响系统中的其它温度调节阀，因此在一个设计良好的分户计量双管供暖系统中，一方面应使用系统中每个温度调节阀的热权度总是大于等于1，另一方面温度调节阀上所随的实际压差还应该保持在它的允许范围内.压差调节阀也称为自力式压差调节阀，在变流量系统中，它通过感应供热管道系统中两点的压力，可以使被控环路的压差保持恒定，保证被控环路中调节阀门的正常工作，那么在分户计量双管供暖系统设计时，控制阀应如何布置呢？通常有以下三个方案：
本文对压差控制阀在分户计量双管供暖系统中的3个应用方案进行了分析，给出了各方案的选择原则，并指出分户计量双管供暖系统在设计工况下进行水力计算时，自然作用压头可以不予考虑，户内和户外系统应采用异程式。
是用开闭式水循环系统(如热水供暖系统、空调冷冻水系统等)的一种自力式调节阀，它的作用是被控环路出现外扰(网路的压力波动)和内扰(内部阻力的改变)时，使被控环路的压差保持恒定，适用于供暖方式采用双管系统的压差控制，保证系统稳定，降低噪音，平衡阻力，消防热网和水力失调。无论是网路压力出现波动，还是被控环路的阻力发生变化，ZYC型自力式压差控制阀均可维持施加与被控环路的压差恒定。

自力式压差控制阀特性：
该阀为双阀瓣结构，阀杆不平衡力小，结构紧凑，用于供热（空调）水系统中，恒定被控系统的压差，并有以下的特点：
①恒定被控系统压差；
②支持被控系统内部自主调节；
③吸收外网压差波动；
④采用的无级调压结构，控制压差可调比可达25：1；
⑤阀门采用外导压结构可在线排除堵塞；
⑥自动阀芯采用翼型导向，使自动阀芯具有防抱死功能；
⑦压差调节器有压差刻度标尺，压差调节方便；
⑧阀芯设有检修口，可在线检查阀门故障，无须拆卸阀门；
⑨全开时，Kvs大而阻力小，需要具有高阻能力，能消除很大的压差。

双管供暖系统自力式压差控制阀设计方案
a.压差控制阀仅在设在建筑物供暖引入口，控制供暖引入口的压差为定值。
b.在下供下回式双管系统中，压差控制阀设在每组共用立管的起始端，控制立管的压差为定值。
c.压差控制阀设在每一户的引入口，控制户内系统的压差为定值。
目前，在实际设计中，这3个方案应如何选择，争议颇多，仅就保证温控阀平稳工作而言，方案1差，但其初投资少；方案3好，但其初投资高；方案2介于方案1和3之间。下面就针对这3个方案进行一些分析，希望为工程人员设计时，方案的选择提供一些有益的建议。另外应说明的是：本文所讨论的双管供暖系统是指户内、户外都为双管的系统。

二、双管供暖系统自力式压差控制阀设计方案方案分析
1.方案1：
压差控制阀仅设在建筑物的供暖引入口由于是双管系统，因此以户为单位，供暖系统内各户之间是并联关系。每一用户户引入口作用压差ΔPS可以由下式计算：ΔPS=ΔP1+ΔP2-ΔP3（1）
式中：ΔP1——建筑物供暖引入口压差控制阀控制压差；
ΔP2——所计算用户随的自然作用压头；
ΔP3——从供暖引入口压差控制阀的压差控制点到所计算用户户引入口之间供回水管路的阻力损失。
（1）式中各参数的讨论
a.建筑物供暖引入口压差控制阀控制压差ΔP1在系统运行过程中，ΔP1是定值，它取决于设计工况下，供暖系统不利环路中，从供暖引入口压差控制点到末端用户户引入口之间供回水管路的阻力损失△P'3，末端用户户内系统的总阻力损失△P's以及末端用户所随的自然作用压头△P'2.根据式
（1）有：△P1=△P'3+△P's-△P'2（2）
b.用户所随的自然作用压头ΔP2ΔP2取决于用户所处的楼层以及供回水立管中供回水温度[2].在系统的运行过程中，ΔP2是一个不断变化的量，因此在设计工况下，根据式（1）计算户引入口作用压差ΔPS时，其自然作用压头ΔP2应取小值。因为如果取值较大，那么根据式（1）所计算的户引入口作用压差ΔPS就较大，在根据ΔPS设计户内系统时，其管道和温控阀的阻力损失就可能较大，当实际的自然作用压头ΔP2小于所选定值时，户引入口作用压差ΔPS就会低于设计值，导致温控阀上的实际压差小于设计值，此时，温控阀即使全开，散热器所提供的热量仍不足以维持设计室温，所以在设计工况下，自然作用压头ΔP2应取小值。这样，在实际运行时，自然作用压头ΔP2总是大于等于小值，因此能保证温控阀的热权度总是大于等于1，房间温度总是能达到设计值。不过，由于自然作用压头ΔP2的影响因素较多，要确定每一用户的小值通常都很困难，因此为便于设计，在设计工况下计算户引入口作用压差ΔPS时，自然作用压头ΔP2可以不考虑。
c.从供暖引入口压差控制阀的压差控制点到所计算用户户引入口之间供回水管路的阻力损失ΔP3在变流量系统中，供回水管路的阻力损失ΔP3是一变量，它取决于管路中的流量以及管路的长度。在设计工况下，其值大，当管路中的流量趋近于零时，ΔP3也趋近于零[1].同一供暖系统当采用同程式时，其ΔP3一般比采用异程式更大[2]，因此根据式（1）可知；各用户由ΔP3所引起的ΔPS波动，同程式比率经异程式系统更大，由此可见，设计时应选择异程式系统。
d.户引入口作用压差ΔPS对于双管系统，在散热器热负荷一定的情况下，当户引入口作用压差ΔPS大于设计值时，由于散热器上温控阀的调节作用，户内系统各管段的流量会保持不变[1]，因此各管段的阻力损失也不变，户引入口作用压差ΔPS的增加值会等量地作用在户内系统每一个温控阀上。由此可见，在系统设计时，只要保证运行过程中，户引入口作用压差ΔPS总是大于等于设计工况下户内系统总阻力损失，就可以保证在任何情况下，温控阀上的实际压差总是大于等于设计工况下的设计值，因此温控阀的热权度总是大于等于1，用户随时能获得设计所要求的室温。那么应如何设计才能使户引入口作用压差ΔPS总是大于等于设计工况下户内系统总阻力损失呢？

根据前面的分析可知：在设计工况下进行设计时，自然作用压头可以不考虑，管路的阻力损失ΔP3为大。而在实际运行过程中，由于存在自然作用压头，管路的阻力损失ΔP3又较小，故根据式（1）可知：运行过程中，户引入口作用压差总是大于等于设计工况下的户引入口作用压差，因此在设计工况下，只要使户引入口作用压差大于等于户内系统的总阻力损失，那么运行过程中，户引入口作用压差就总是大于等于设计工况下户内系统的总阻力损失。而这一点在设计工况下进行水力计算时，可以很容易做到。
另外，由于户引入口作用压差ΔPS的波动反映了户内系统每个温控阀上作用压差的波动，因此只要控制户引入口的作用压差ΔPS的大值，就能够保证运行过程中温控阀不超过它的大工作压差。根据文献[3～4]可知：在设计工况下，户内系统包括热表和锁闭调节阀的阻力一般不应超过30kPa，因此在运行过程，只要控制ΔPS的大值不超过30kPa，就能保证温控阀的正常工作。
（2）方案1分析的小结通过前面的分析可知：为保证运行过程中，温控阀上的实际作用压差不超过其正常工作大压差，用户引入口的大作用压差不超过30kPa，因此根据式（1）有：ΔPS=ΔP1+ΔP2-ΔP3kPa从上式可知：当ΔP3=0时，户引入口的作用压差ΔPS大，故根据上式有：ΔP1≤30-ΔP2kPa上式中，对于自然作用压头ΔP2，在设计工况下，各用户所随的值大[2]，并且其大值可以由下式计算：ΔP2=gH（ρh-ρg）kPa式中：H—上供下回式双管系统中，为建筑物的高度；下供上回式双管系统中，为建筑物的高度减去建筑物顶层的层高，m.ρh、ρg—设计工况下，供回水温度所对应的水的密度，kg/m3.故有ΔP1≤30-gH（ρh-ρg）/1000kPa因此，当仅在供暖引入口设压差控制阀时，其控制压差必须小于等于30-gH（ρh-ρg）/1000kPa，才能保证系统运行过程中，温控阀上的作用压差能够小于其正常工作的大压差。另外，由于设计工况下进行水力计算时，不考虑自然作用压头，故根据式（2）有：△P1=△P'3+△P's由此可见，只有当设计工况下不利环路的阻力损失（△P'3+△P's）小于30-gH（ρh-ρg）/1000kPa时，才可以采用方案1.

2.方案2
在每组共用立管上设压差控制阀本方案只适应于供下回式双管系统。参照前面对式（1）各参数的分析，方案2在设计工况下进行水力计算时，其自然作用压头同样可以不考虑，因此压差控制阀的控制压差ΔP1等于共用立管上不利环路在设计工况下的阻力损失（△P'3+△P's），其中为△P'3为立管上压差控制点到户引入口之间供回水管路的阻力损失，另外，为保证共用立管上各用户在运行过程中户引入口作用压差ΔPS不超过30kPa，ΔP1同样应小于等于30-gHρh-ρg）/1000kPa，当ΔP1大于该值时，就不应采用方案2.

3.方案3：
在每户引入口设压差控制阀对于大型的供暖系统，当无法采用方案1和2时，就应采用本方案。其压差控制阀的控制压差ΔP1等于户内系统不利环路在设计工况下的总阻力损失，其中包括户用热表和锁闭调节阀的阻力，ΔP1应小于等于30kPa[3～4].此时，各共用立管上只需设截止阀或闸阀，起关闭作用。
在本方案中，由于压差控制阀的调节作用，在系统的运行过程中，自然作用压头和系统流量的变化，不会对户内系统温控阀的工作产生影响。不过，为了在运行过程中保证压差控制阀的正常工作，其资用压差应始终大于等于其设计压差。压差控制阀的设计压差应等于设计工况下其本身的阻力与其控制压差之和，因此在设计工况下进行户外共用立管和供回水干管的水力计算时，自然作用压头可作为安全裕量，不予考虑。因为如果要考虑自然作用压头，一方面会使水力计算更复杂，另一方面自然作用压头不恰当的取值，会导致运行过程中，压差控制阀的资用压差小于其设计压差，有可能导致压差控制阀即使全开，通过的流量也不能满足用户要求。
另外在设计时应注意的是：供暖系统中所使用的压差控制阀一般都有大工作压差限制，当作用在阀上的实际压差超过其大工作压差时，阀就会被压坏，因此在使用方案2和3时，如果运行过程中，室外管网在供暖引入口的资用压差会超过供暖系统中所使用压差控制阀的大工作压差时，就必须在供暖引入口设其它型号的压差控制阀，控制整个供暖系统的压差。此时，该压差控制阀的控制压差应等于供暖系统不利环路在设计工况下的总阻力损失。

4.户内和户外系统形式对于户内系统，根据前面对供回水管路阻力损失ΔP3分析的相同理由，为减少运行过程中，温控阀作用压差的波动范围，应选择异程式系统。对于方案2和3的户外系统，也建议采用异程式系统。因为同一供暖系统，当采用异程式时，其系统的总阻力损失一般要比采用同程式更小[2].这样，可以减小供暖系统引入口所需要的资用压头。

三、双管供暖系统自力式压差控制阀设计方案结论
（1）分户计量双管供暖系统在设计工况下进行水力计算时，其自然作用压头可以不考虑，户内和户外系统应采用异程式。
（2）选用方案1时，其压差控制阀的控制压差ΔP1应等于供暖系统不利环路在设计工况下的总阻力损失（△P'3+△P's），并且ΔP1应小于等于30-gHρh-ρg）/1000kPa.
（3）选用方案2时，其压差控制阀的控制压差ΔP1应等于立管上不利环路在设计工况下的总阻力损失（△P'3+△P's），并且ΔP1也应小于等于30-gHρh-ρg）/1000kPa.
（4）方案3适应于大型供暖系统，其压差控制阀的控制压差ΔP1应等于户内系统不利环路在设计工况下的总阻力损失，并且包括户用热表和锁闭调节阀的阻力，ΔP1应小于等于30kPa.