壓差控制閥之雙管供暖應用及公式計算

2010-03-06 鬼馬全球閥門網

一、概述

　　在分戶計量雙管供暖系統中，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設定型溫控閥，因此整個系統是變流量運行，作用在溫控閥上的壓差隨著流量的改變而發生變化。當其實際壓差較大溫控閥就可能產生噪音，尤其是在房間熱負荷較小時，溫控閥會頻繁開關，產生振蕩。振蕩除引起不必要的磨損外，還導致回水溫度升高，并影響系統中的其它溫控閥，因此在一個設計良好的分戶計量雙管供暖系統中，一方面應使用系統中每個溫控閥的熱權度總是大于等于1，另一方面溫控閥上所隨的實際壓差還應該保持在它的允許范圍內。

　　壓差控制閥也稱為自力式壓差控制閥，在變流量系統中，它通過感應供熱管道系統中兩點的壓力，可以使被控環路的壓差保持恒定，保證被控環路中調節閥門的正常工作，那么在分戶計量雙管供暖系統設計時，控制閥應如何布置呢？通常有以下三個方案：a.壓差控制閥僅在設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中，壓差控制閥設在每組共用立管的起始端，控制立管的壓差為定值。c.壓差控制閥設在每一戶的引入口，控制戶內系統的壓差為定值。

　　目前，在實際設計中，這3個方案應如何選擇，爭議頗多，僅就保證溫控閥平穩工作而言，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個方案進行一些分析，希望為工程人員設計時，方案的選擇提供一些有益的建議。另外應說明的是：本文所討論的雙管供暖系統是指戶內、戶外都為雙管的系統。

二、方案分析

1．方案1：壓差控制閥僅設在建筑物的供暖引入口

　　由于是雙管系統，因此以戶為單位，供暖系統內各戶之間是并聯關系。每一用戶戶引入口作用壓差ΔPS可以由下式計算：

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到所計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在系統運行過程中，ΔP1是定值，它取決于設計工況下，供暖系統最不利環路中，從供暖引入口壓差控制點到最末端用戶戶引入口之間供回水管路的阻力損失△P’3，最末端用戶戶內系統的總阻力損失△P’s以及最末端用戶所隨的自然作用壓頭△P’2。

　　根據式（1）有：

△P1=△P’3+△P’s-△P’2（2）

　　b.用戶所隨的自然作用壓頭ΔP2

　　ΔP2取決于用戶所處的樓層以及供回水立管中供回水溫度。在系統的運行過程中，ΔP2是一個不斷變化的量，因此在設計工況下，根據式（1）計算戶引入口作用壓差ΔPS時，其自然作用壓頭ΔP2應取最小值。因為如果取值較大，那么根據式（1）所計算的戶引入口作用壓差ΔPS就較大，在根據ΔPS設計戶內系統時，其管道和溫控閥的阻力損失就可能較大，當實際的自然作用壓頭ΔP2小于所選定值時，戶引入口作用壓差ΔPS就會低于設計值，導致溫控閥上的實際壓差小于設計值，此時，溫控閥即使全開，散熱器所提供的熱量仍不足以維持設計室溫，所以在設計工況下，自然作用壓頭ΔP2應取最小值。這樣，在實際運行時，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度總是大于等于1，房間溫度總是能達到設計值。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，因此為便于設計，在設計工況下計算戶引入口作用壓差ΔPS時，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到所計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。在設計工況下，其值最大，當管路中的流量趨近于零時，ΔP3也趨近于零[1]。同一供暖系統當采用同程式時，其ΔP3一般比采用異程式更大，因此根據式（1）可知；各用戶由ΔP3所引起的ΔPS波動，同程式比率經異程式系統更大，由此可見，設計時應選擇異程式系統。

　　d.戶引入口作用壓差ΔPS

　　對于雙管系統，在散熱器熱負荷一定的情況下，當戶引入口作用壓差ΔPS大于設計值時，由于散熱器上溫控閥的調節作用，戶內系統各管段的流量會保持不變，因此各管段的阻力損失也不變，戶引入口作用壓差ΔPS的增加值會等量地作用在戶內系統每一個溫控閥上。由此可見，在系統設計時，只要保證運行過程中，戶引入口作用壓差ΔPS總是大于等于設計工況下戶內系統總阻力損失，就可以保證在任何情況下，溫控閥上的實際壓差總是大于等于設計工況下的設計值，因此溫控閥的熱權度總是大于等于1，用戶隨時能獲得設計所要求的室溫。那么應如何設計才能使戶引入口作用壓差ΔPS總是大于等于設計工況下戶內系統總阻力損失呢？

　　根據前面的分析可知：在設計工況下進行設計時，自然作用壓頭可以不考慮，管路的阻力損失ΔP3為最大。而在實際運行過程中，由于存在自然作用壓頭，管路的阻力損失ΔP3又較小，故根據式（1）可知：運行過程中，戶引入口作用壓差總是大于等于設計工況下的戶引入口作用壓差，因此在設計工況下，只要使戶引入口作用壓差大于等于戶內系統的總阻力損失，那么運行過程中，戶引入口作用壓差就總是大于等于設計工況下戶內系統的總阻力損失。而這一點在設計工況下進行水力計算時，可以很容易做到。

　　另外，由于戶引入口作用壓差ΔPS的波動反映了戶內系統每個溫控閥上作用壓差的波動，因此只要控制戶引入口的作用壓差ΔPS的最大值，就能夠保證運行過程中溫控閥不超過它的最大工作壓差。根據真空技術網前文可知：在設計工況下，戶內系統包括熱表和鎖閉調節閥的阻力一般不應超過30kPa，因此在運行過程，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

　　通過前面的分析可知：為保證運行過程中，溫控閥上的實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，因此根據式（1）有：

ΔPS=ΔP1+ΔP2-ΔP3kPa

　　從上式可知：當ΔP3=0時，戶引入口的作用壓差ΔPS最大，故根據上式有：

ΔP1≤30-ΔP2kPa

　　上式中，對于自然作用壓頭ΔP2，在設計工況下，各用戶所隨的值最大[2]，并且其最大值可以由下式計算：

ΔP2=gH（ρh-ρg）kPa

　　式中：H--上供下回式雙管系統中，為建筑物的高度；下供上回式雙管系統中，為建筑物的高度減去建筑物頂層的層高，m。

　　ρh、ρg--設計工況下，供回水溫度所對應的水的密度，kg/m3。

　　故有ΔP1≤30-gH（ρh-ρg）/1000kPa

　　因此，當僅在供暖引入口設壓差控制閥時，其控制壓差必須小于等于30-gH（ρh-ρg）/1000kPa，才能保證系統運行過程中，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，由于設計工況下進行水力計算時，不考慮自然作用壓頭，故根據式（2）有：△P1=△P’3+△P’s

　　由此可見，只有當設計工況下最不利環路的阻力損失（△P’3+△P’s）小于30-gH（ρh-ρg）/1000kPa時，才可以采用方案1。

2．方案2：在每組共用立管上設壓差控制閥

　　本方案只適應于供下回式雙管系統。參照前面對式（1）各參數的分析，方案2在設計工況下進行水力計算時，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路在設計工況下的阻力損失（△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行過程中戶引入口作用壓差ΔPS不超過30kPa，ΔP1同樣應小于等于30-gHρh-ρg）/1000kPa，當ΔP1大于該值時，就不應采用方案2。

3．方案3：在每戶引入口設壓差控制閥

　　對于大型的供暖系統，當無法采用方案1和2時，就應采用本方案。其壓差控制閥的控制壓差ΔP1等于戶內系統最不利環路在設計工況下的總阻力損失，其中包括戶用熱表和鎖閉調節閥的阻力，ΔP1應小于等于30kPa。

　　此時，各共用立管上只需設截止閥或閘閥，起關閉作用。

　　在本方案中，由于壓差控制閥的調節作用，在系統的運行過程中，自然作用壓頭和系統流量的變化，不會對戶內系統溫控閥的工作產生影響。不過，為了在運行過程中保證壓差控制閥的正常工作，其資用壓差應始終大于等于其設計壓差。壓差控制閥的設計壓差應等于設計工況下其本身的阻力與其控制壓差之和，因此在設計工況下進行戶外共用立管和供回水干管的水力計算時，自然作用壓頭可作為安全裕量，不予考慮。因為如果要考慮自然作用壓頭，一方面會使水力計算更復雜，另一方面自然作用壓頭不恰當的取值，會導致運行過程中，壓差控制閥的資用壓差小于其設計壓差，有可能導致壓差控制閥即使全開，通過的流量也不能滿足用戶要求。

　　另外在設計時應注意的是：供暖系統中所使用的壓差控制閥一般都有最大工作壓差限制，當作用在閥上的實際壓差超過其最大工作壓差時，閥就會被壓壞，因此在使用方案2和3時，如果運行過程中，室外管網在供暖引入口的資用壓差會超過供暖系統中所使用壓差控制閥的最大工作壓差時，就必須在供暖引入口設其它型號的壓差控制閥，控制整個供暖系統的壓差。此時，該壓差控制閥的控制壓差應等于供暖系統最不利環路在設計工況下的總阻力損失。

4．戶內和戶外系統形式

　　對于戶內系統，根據前面對供回水管路阻力損失ΔP3分析的相同理由，為減少運行過程中，溫控閥作用壓差的波動范圍，應選擇異程式系統。對于方案2和3的戶外系統，也建議采用異程式系統。因為同一供暖系統，當采用異程式時，其系統的總阻力損失一般要比采用同程式更小。這樣，可以減小供暖系統引入口所需要的資用壓頭。