1、引言

　　在供熱系統中，二次管網的情況千差萬別。有流量恒定的二次管網，也有進行了節能改造的隨季節溫度變化可調節流量的二次管網;有進行了熱計量改造的用戶，也有沒有改造的用戶;有不斷增加用戶的管網，也有供熱飽和、用戶數恒定的管網。對于不同的工況，平衡閥種類的選擇非常重要，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的工況，通過工程實例，分析平衡閥選擇中需注意的問題，以使用戶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，流量和壓力是相關參數。見圖1。流量和壓力的調控互為手段和目的。對于外網特性曲線⊿P=SG2，由于并聯的近端支路S值都會小于設計值，造成總S值遠小于設計值，即實際阻力低于設計阻力，循環水泵的工作點處于水泵特性曲線的右下側，使實際水量偏大。水泵長期在小揚程大流量工況下運行，水泵在大軸功率、低效率點運行則電機經常超額定電流，這樣就造成電能的浪費，嚴重時會發生燒毀電機的事故。

　　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、提高供熱質量的目的。

3、平衡閥的種類、性能與用途

　　平衡閥分靜態平衡閥和動態平衡閥。靜態平衡閥即手動調節閥或手動平衡閥。動態平衡閥指自立式流量控制閥和自立式壓差控制閥。

3.1、手動平衡閥

　　手動平衡閥具有造價低、元件使用壽命長等優點。對支路不多的小型管網可方便進行水力工況平衡。對于熱源主動變流量管網只能采用手動平衡閥。因為只有手動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，限制相連用戶的流量變化對其影響，避免用戶間的爭流現象，以保證最不利環路的流量不小于設定值。該閥的結構是由一個手動調節閥和自動平衡閥組成。手動調節閥作用是設定流量，自動平衡閥組的作用是維持流量的恒定。對于手動調節閥組來說，流量G=KV(P2-P3)1/2，式中KV為手動調節閥閥口的流量系數，P2-P3為手動調節閥閥口兩側的壓差。KV的大小取決于開度，開度固定，KV即為常數，那么只要P2-P3不變，則流量G不變。而P2-P3的恒定是由自動平衡閥組控制的，自動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不可采用自立式流量控制閥。在熱源主動變流量的情況下，近端回路維持流量不變，而遠端回路流量會嚴重不足。在熱用戶主動變流量的情況下，用戶主動調小流量時，自立式流量控制閥會開大閥門，盡量維持原流量，直到全開失效為止。用戶主動調大流量時，自立式流量控制閥會關小閥門，直到全閉失效為止。亦只有自立式流量控制閥失效，用戶主動的流量要求才能實現。

3.3、自立式壓差控制閥

　　自立式壓差控制閥也稱動態壓差平衡閥，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。電動閥前加自立式壓差控制閥保證受外網波動給電動閥造成的頻繁動作，減少電動閥由信號遲到造成的誤動作，營造一個相對舒適的環境。

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

　　采用自力式壓差控制閥，為系統的動態平衡調節提供了可靠的保證。尤其是分戶計量后，當某用戶因不付費被關閉，如果沒有自力式壓差控制閥，被關閉的用戶的流量就會強加給其它用戶，這樣就造成了其它用戶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，通過壓差控制閥的動作流量就不會強加給其它用戶，也不會造成不平衡。

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，熱力站循環水泵在2008年以前沒有安裝自立式流量限制器，即該系統為定流量系統，系統存在著穩態失調。為了緩解因穩態失調使系統末端用戶因循環水量偏小帶來室溫偏低的問題，只能靠加大循環水量來滿足這些用戶的采暖需要。靠增大循環水量，并未從根本上解決系統穩態失調的問題，反而使系統運行更不經濟了，能源消耗增加更大了，形成了高能耗低效率的運行狀態。2008年時，一部分支路安裝了自立式流量限制器，一部分支路當年沒有及時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，存在冷熱不均等問題。2008年時，雖然小區沒有全部安裝自立式流量限制器，但是通過對現有的平衡裝置的調節，循環水泵流量大大降低，供熱效率也有所提高。經統計，安裝了水力平衡裝置后產生的節熱率大于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計量用戶中的作用也是非常顯著的。

　　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、低三個系統供暖，供暖形式為分戶供暖。小區補裝熱計量裝置后，在每個單元小室回水處安裝了樓前動態壓差平衡閥和手動平衡閥，取代原安裝閘閥。動態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，供暖品質降低的問題，手動平衡閥可以方便地對于熱源主動變流量管網進行調節，保證用戶設計流量，并且消除用戶調節時的相互干擾，延長設備使用壽命。圖2為分戶計量用戶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，閥門前直管段不應小于5倍的管徑，閥門后直管段不應小于2倍的管徑。

　　對于小區用戶熱量分攤計量采用了通斷時間面積法的，圖3為建筑采暖熱力入戶做法。在入戶前安裝鎖閉過濾調節閥，解決了樓內垂直失調問題。

　　另外，對于地形高差大的管網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，以保證戶內不超壓：在地形較高位置平衡閥宜安裝于回水，以保證戶內不倒空。

圖2 分戶計量用戶建筑采暖熱力入口做法

圖3 建筑采暖熱力入戶做法(適用于通斷時間面積法)

5、結論

　　通過以上理論分析及工程實例可以得出結論：

　　手動平衡閥是通過阻力大小來輸配系統的流量，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按比例增減，適用于恒定工況的自動調節。一旦增加新的用戶，整個系統需重新調整一次。其造價較低。

　　自立式流量控制閥是通過變化閥的阻力系數來維持流量不變的，作用對象是流量，不管系統循環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，造價也低。

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

　　在我們的熱力一、二次管網中，實際應用上可能同時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。