淺談自力式阻力平衡閥在集中供熱系統中的平衡調節作用

張淑民 秦志剛

河南煤化集團鶴煤公司（453030）

在熱用戶的入口處，安裝具有可調性的水力平衡元件，是目前解決集中供熱系統中水利失調問題的常規做法，成為供熱工程設計、施工、運行中的一項基本措施。

1 供熱系統運行調節方式

可調性的水力元件主要有平衡閥、自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥。供熱運行的初期，通過水力平衡元件對各個熱用戶實際所需循環流量的調整，達到各個熱用戶循環流量“按需分配”，即實現所謂的熱網平衡。這種供熱管網的調節叫做初調節。初調節的目的是使整個供熱系統中各個熱用戶實現流量的平衡，進而達到熱量的平衡，即實現熱用戶室內溫度一致，但并不能保證各個熱用戶在整個供熱期間不同室外溫度情況下，都能達到室內設計溫度要求。要達到這個目的，還要在整體平衡的基礎上，根據每天室外溫度變化情況，在供熱運行過程中進行整體的流量、熱量調節，即運行調節。

2 初調節的方法

2.1 近似阻力平衡調節

以各個支線、用戶的阻力平衡為目標，通過安裝平衡閥、手動調節閥進行支線調節、熱用戶調節，以達到各個熱用戶環路的阻力平衡，從而實現流量的平衡。實際調節時，每調節一個用戶閥門，都會由于熱網并聯用戶間的相互耦合作用,全網總流量、各用戶流量及分配比例均發生改變，產生振蕩。因此，其調節性能很差,對于大一些的熱網很難達到平衡。這種調節方法僅對于小規模的熱網系統，通過與超聲波流量儀配合使用,經過反復多次的調節，可以達到一定的平衡效果。且設備投資抵，無安裝方面的限制，操作簡單。但調節過程需要反復多次，才能達到一定的平衡效果，而且每一次調解過程需要很長的一段時間。

2.2 量化流量平衡調節

以熱用戶（每個樓或每一個住戶）的流量平衡為目標，通過安裝使用自力式流量控制閥，根據熱用戶的供熱面積或熱負荷計算出實際需要的流量，并在自力式流量控制閥上設定好，自力式流量控制閥會根據管網的壓力變動情況，自動保持所設定的流量恒定不變,從而實現各個熱用戶的流量平衡。自力式流量控制閥最大的特點就是在調解某一用戶的過程中，其他的熱用戶流量不會產生變化，沒有相互之間的耦合現象，亦不會引起其他用戶流量振蕩，所以，調節性能好，穩定性好。由于調節后各個熱用戶的流量都有一個具體的數量，并以流量為調整的目標,因此筆者將其稱為量化流量平衡調節。優點是調節過程簡便，平衡效果好，大小規模熱網都能勝任；缺點是由于屬于流量的平衡，因此，流量調節平衡之后，熱網必須在恒流量狀態下運行，而循環泵的流量不能再改變,否則會出現新的水利失調。

2.3 用戶主動變流量調節

這種供熱系統是伴隨熱計量由歐洲引進的，它以熱計量為目標，在熱用戶的入口安裝自力式差壓控制閥，同時在熱用戶室內每組散熱器前安裝自動溫控閥。由于自動溫控閥對于進出口的壓差有一定的要求,也為了避免某些熱用戶溫控閥自動調節時，引起其他熱用戶流量的變化，因此，在熱用戶的入口處加裝自力式差壓控制閥與溫控閥配套，從而實現單個熱用戶調節時不會引起其他熱用戶的流量變化。這種系統原理上不需要供熱單位人為的調節，而由住戶根據自己房間的溫度，通過設定溫控閥開度，由溫控閥根據室內溫度的變化進行自動的調節，而整個系統是變流量運行的，因此，將其稱為用戶主動變流量系統。這種調節方法適應于有熱計量自動化程度高的用戶。缺點是造價高昂，對設備、人員的技術水平要求高，適合產權單一的單位、別墅、私人建筑的熱計量收費系統的供熱，不適合普通民用住宅。

2.4 微機自控調節

主要應用于一次熱網的調節。主要元件是電動調節閥、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、電動執行器及相應控制軟件。

1）熱網上各熱力站單獨控制

熱力站根據測出的室外溫度和設定的供水溫度對比，與供水溫度不符時，調整一次側的電動調節閥門，以改變流過水一水熱交換器的一次側水流量。從而使二次側熱交換器出口水溫達到設定值。從原理上講，只要給出合理的室外溫度與二次網供水溫度之間的關系式，設計好電動調節閥門的調節算法,是能夠使用戶側采暖建筑達到供暖要求的。但從整個熱網看,由于各熱力站與熱網皆為并聯連接，熱力站之間存在相互的耦合作用，某一個站閥門有動作,其余的熱力站的電動閥門都將隨之動作，總熱網及各熱力站之間將產生較長時間振蕩現象，尤其是當室外溫度變化較大，熱負荷變化較大，而熱源調整又不及時的時候，這種振蕩會非常嚴重甚至導致系統不能工作。

2）熱網上各熱力站采用質調節

對各個熱力站供水閥門的調節是以各個熱力站彼此間流量平衡為目標，實行中央控制，即通過計算機網絡將各熱力站的現場控制機連在一起，測量出各熱力站二次網側供回水溫度，計算全網調均勻后的供回水平均溫度值，將此值送到各熱力站作為設定值進行具體的調節。還有一種情況是根據熱源的總流量，按各個熱力站所需熱量的比例，進行熱力站流量的分配。這種均勻調節一般不會導致系統大幅度振蕩。隨著室外氣溫的變化，各熱力站熱負荷同步升高或降低，各熱力站之間熱負荷分配比例及水流量分配比例基本不變。因此系統一旦調勻，就基本能夠保持平衡狀態，不需隨室外溫度變化進行流量調節，閥門動作不頻繁。各種運行數據可以實時采集，節省人力，便于對供熱狀況進行分析。缺點是投資昂貴，運行效果受多方面因素影響，從國內實際應用情況看，有成功的，也有不少不成功的。

3）量化的阻力平衡調節

量化的阻力平衡調節也可以叫做熱源主動變流量調節。和自力式流量控制閥一樣，在每個熱用戶的入口，安裝一種自力式阻力平衡閥，根據每個熱用戶的計算流量，先進行流量的平衡，在此基礎上，再進行各個熱用戶的阻力平衡，阻力平衡完成之后,我們就能知道每一個熱用戶環路的阻力系數、壓頭是多少，富裕壓頭是多少，循環泵不同流量下每個熱用戶的實際流量是多少。這種方法吸取了近似阻力平衡調節法和量化流量平衡調節法的優點，彌補了二者的缺點。因為這種方法平衡的目標是各個熱用戶循環環路的阻力，而熱用戶的阻力平衡是自動完成的，因此，將其稱為自力式阻力平衡調節。調節過程比近似阻力平衡調節法簡單，可以和變速循環水泵實現無縫對接，進行變流量運行，實現最大限度的節能，可以比較準確地計算出熱用戶的流量、壓降、阻力系數的具體數據，便于實現更細致的量化運行管理。但調節過程比量化流量平衡調節法復雜。

3 自力式阻力平衡閥

近似阻力平衡調節法中采用的平衡閥、調節閥一類調節產品，雖然價格便宜，但對大一些的管網平衡效果很差；量化流量平衡調節法中使用的自力式流量控制閥價格適中，但只適用于定流量質調節運行，不能最大限度的節省循環泵的電能；適用于熱計量供熱的用戶主動變流量調節法中使用的自力式差壓控制閥和溫控閥，投資過高，不適用于既有的供熱建筑；微機自控調節系統，只適用于一次網，同時投資也很高。

自力式阻力平衡閥具有自力式流量控制閥平衡效果好的優點，同時吸取平衡閥之長彌補自力式流量控制閥之短，可以實現變流量運行。既適用于一次網，又適用于二次網。其具有以下特點:

1）對于一個水力元件、管段來講，只要它的具體結構不發生變化，其所通過的流量的平方和兩端的壓差呈正比關系。

2）并聯管段中各分支管的阻力狀況不變時，即供熱系統中各熱用戶的阻力系數不變時，網路總流量增加多少倍或減少多少倍，并聯管段中各分支管段即供熱系統中各熱用戶的流量也相應增加多少倍或減少多少倍。

3）當并聯管段中任一分支管段的阻力狀況發生變化時，網路總阻力系數必然隨著變化，且網路總流量在各分支管段中的分配比例也相應地發生變化。

熱網經初調節達到阻力平衡之后，管網上各支線、各用戶閥門不再操作，其開度固定不變，熱網總流量再增減變化多少，網上各用戶流量也按相同的比例增減變化多少，而不會改變原來的平衡狀態。

自力式阻力平衡閥保留了自力式流量控制閥的自動調節孔板、壓差自動平衡機構、手動調節孔板、壓力控制反饋管路、設定流量的刻度標尺等結構基礎上，增加了鎖定裝置和壓力檢測孔。不使用鎖定裝置時本閥與自力式流量控制閥功能完全相同，具有恒定流量的功能。在熱網初調節階段，鎖定裝置完全打開，按自力式流量控制閥的調節方法進行調節，熱用戶的流量很快達到平衡狀態，發揮了自力式流量控制閥在熱網平衡控制上的優勢。然后啟動鎖定裝置，該閥變成了一個具有變流量性能的平衡閥。由于各個熱用戶平衡了，循環泵再進行變速時，各用戶流量將成等比例的變化，依然保持平衡狀態。自力式流量控制閥的定流量和平衡法的變流量，兩種功能可以根據具體需要進行轉換。測壓檢測孔用來測量閥的進出口壓力，并根據定流量狀態下的實際流量，計算出相應狀態下的阻力和阻力系數，這個性能對于設計人員進行水力平衡計算和運行人員分析運行中的壓力、流量、阻力情況提供了簡便準確的工具。

4 結論

自力式阻力平衡閥，既克服了近似阻力平衡調節法中以平衡閥為代表的各種水力調節元件在初調節中熱網難于平衡這一劣勢；又克服了量化流量平衡調節法中采用自力式流量控制閥調節的熱網只能按定流量的質調節方式運行，熱網循環泵不能充分節能的劣勢。這種以自力式阻力平衡閥為調節工具，以熱網的阻力平衡為目標，以既節熱又節電的質量并調為運行方式的供熱運行系統，在大力建設節能社會的今天，必將得到廣泛的應用。