談壓差控制閥之雙管供暖應(yīng)用

 

　　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)定型溫控閥，因此整個(gè)系統(tǒng)是變流量運(yùn)行，作用在溫控閥上的壓差隨著流量的改變而發(fā)生變化。當(dāng)其實(shí)際壓差較大溫控閥就可能產(chǎn)生噪音，尤其是在房間熱負(fù)荷較小時(shí)，溫控閥會(huì)頻繁開關(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)中的其它溫控閥，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)溫控閥的熱權(quán)度總是大于等于1，另一方面溫控閥上所隨的實(shí)際壓差還應(yīng)該保持在它的允許范圍內(nèi)[1].壓差控制閥也稱為自力式壓差控制閥，在變流量系統(tǒng)中，它通過感應(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：

　　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，爭議頗多，僅就保證溫控閥平穩(wěn)工作而言，方案1最差，但其初投資最少；方案3最好，但其初投資最高；方案2介于方案1和3之間。下面就針對這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)。

 

　　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)行過程中，ΔP1是定值，它取決于設(shè)計(jì)工況下，供暖系統(tǒng)最不利環(huán)路中，從供暖引入口壓差控制點(diǎn)到最末端用戶戶引入口之間供回水管路的阻力損失△P'3，最末端用戶戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失△P's以及最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)取最小值。因?yàn)槿绻�取值較大，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，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)取最小值。這樣，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，自然作用壓頭ΔP2總是大于等于最小值，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，由于自然作用壓頭ΔP2的影響因素較多，要確定每一用戶的最小值通常都很困難，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度。在設(shè)計(jì)工況下，其值最大，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，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，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只要保證運(yùn)行過程中，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為最大。而在實(shí)際運(yùn)行過程中，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的最大值，就能夠保證運(yùn)行過程中溫控閥不超過它的最大工作壓差。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30kPa，因此在運(yùn)行過程，只要控制ΔPS的最大值不超過30kPa，就能保證溫控閥的正常工作。

　�。�2）方案1分析的小結(jié)通過前面的分析可知：為保證運(yùn)行過程中，溫控閥上的實(shí)際作用壓差不超過其正常工作最大壓差，用戶引入口的最大作用壓差不超過30kPa，因此根據(jù)式（1）有：ΔPS =ΔP1 +ΔP2 -ΔP3 kPa從上式可知：當(dāng)ΔP3=0時(shí)，戶引入口的作用壓差ΔPS最大，故根據(jù)上式有：ΔP1≤30 -ΔP2 kPa上式中，對于自然作用壓頭ΔP2，在設(shè)計(jì)工況下，各用戶所隨的值最大[2]，并且其最大值可以由下式計(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，供回水溫度所對應(yīng)的水的密度，kg/m3.故有ΔP1≤30-gH（ρh-ρg）/1000 kPa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）/1000 kPa，才能保證系統(tǒng)運(yùn)行過程中，溫控閥上的作用壓差能夠小于其正常工作的最大壓差。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，只有當(dāng)設(shè)計(jì)工況下最不利環(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.

 

　　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等于共用立管上最不利環(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)行過程中戶引入口作用壓差ΔPS不超過30kPa，ΔP1同樣應(yīng)小于等于30-gHρh-ρg）/1000 kPa，當(dāng)ΔP1大于該值時(shí)，就不應(yīng)采用方案2.

　　在每戶引入口設(shè)壓差控制閥對于大型的供暖系統(tǒng)，當(dāng)無法采用方案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)最不利環(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)行過程中，自然作用壓頭和系統(tǒng)流量的變化，不會(huì)對戶內(nèi)系統(tǒng)溫控閥的工作產(chǎn)生影響。不過，為了在運(yùn)行過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�要考慮自然作用壓頭，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，通過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最大工作壓差限制，當(dāng)作用在閥上的實(shí)際壓差超過其最大工作壓差時(shí)，閥就會(huì)被壓壞，因此在使用方案2和3時(shí)，如果運(yùn)行過程中，室外管網(wǎng)在供暖引入口的資用壓差會(huì)超過供暖系統(tǒng)中所使用壓差控制閥的最大工作壓差時(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)最不利環(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)形式對于戶內(nèi)系統(tǒng)，根據(jù)前面對供回水管路阻力損失ΔP3分析的相同理由，為減少運(yùn)行過程中，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�一供暖系統(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。

 

　　（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)最不利環(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）/1000 kPa.

　　（3）選用方案2時(shí)，其壓差控制閥的控制壓差ΔP1應(yīng)等于立管上最不利環(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）/1000 kPa.

　�。�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)最不利環(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.

 

　　1、戈特.磨擦勒，雷納特.奧貝爾，編著，供暖控制技術(shù)，北京：中國建材工業(yè)出版社，1998

　　2、賀平，孫剛，編著，供熱工程（新一版），北京：中國建材工業(yè)出版社，1993

　　3、DBJ01-605-2000新建集中供暖住宅分戶熱計(jì)量設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（北京市標(biāo)準(zhǔn)）

　　4、DB29-26-2001集中供熱住宅計(jì)量供熱設(shè)計(jì)規(guī)程（天津市標(biāo)準(zhǔn)）