1、引言

　　在供熱系統(tǒng)中，二次管網(wǎng)的情況千差萬(wàn)別。有流量恒定的二次管網(wǎng)，也有進(jìn)行了節(jié)能改造的隨季節(jié)溫度變化可調(diào)節(jié)流量的二次管網(wǎng);有進(jìn)行了熱計(jì)量改造的用戶，也有沒(méi)有改造的用戶;有不斷增加用戶的管網(wǎng)，也有供熱飽和、用戶數(shù)恒定的管網(wǎng)。對(duì)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(dá)到水力平衡、增加熱效率、節(jié)約能源的效果。

　　本文針對(duì)上述不同管網(wǎng)的工況，通過(guò)工程實(shí)例，分析平衡閥選擇中需注意的問(wèn)題，以使用戶達(dá)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(tǒng)的阻力系數(shù);

　　G——管段或系統(tǒng)流量。

　　可知，流量和壓力是相關(guān)參數(shù)。見圖1。流量和壓力的調(diào)控互為手段和目的。對(duì)于外網(wǎng)特性曲線⊿P=SG2，由于并聯(lián)的近端支路S值都會(huì)小于設(shè)計(jì)值，造成總S值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，即實(shí)際阻力低于設(shè)計(jì)阻力，循環(huán)水泵的工作點(diǎn)處于水泵特性曲線的右下側(cè)，使實(shí)際水量偏大。水泵長(zhǎng)期在小揚(yáng)程大流量工況下運(yùn)行，水泵在大軸功率、低效率點(diǎn)運(yùn)行則電機(jī)經(jīng)常超額定電流，這樣就造成電能的浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生燒毀電機(jī)的事故。

　　采暖系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)就是用適當(dāng)?shù)钠胶忾y，增加近端阻力，使近端支路S值增大至設(shè)計(jì)值，總S值增大至設(shè)計(jì)值。使近端流量分配均勻合理，循環(huán)水泵的揚(yáng)程和流量在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，達(dá)到節(jié)熱、節(jié)電、提高供熱質(zhì)量的目的。

3、平衡閥的種類、性能與用途

　　平衡閥分靜態(tài)平衡閥和動(dòng)態(tài)平衡閥。靜態(tài)平衡閥即手動(dòng)調(diào)節(jié)閥或手動(dòng)平衡閥。動(dòng)態(tài)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(dòng)平衡閥

　　手動(dòng)平衡閥具有造價(jià)低、元件使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)支路不多的小型管網(wǎng)可方便進(jìn)行水力工況平衡。對(duì)于熱源主動(dòng)變流量管網(wǎng)只能采用手動(dòng)平衡閥。因?yàn)橹挥惺謩?dòng)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(dòng)變流量運(yùn)行。

3.2、自立式流量控制閥

　　自立式流量控制閥作用對(duì)象是流量，主要適用于定流量系統(tǒng)，把系統(tǒng)流量保持在設(shè)定值內(nèi)，限制相連用戶的流量變化對(duì)其影響，避免用戶間的爭(zhēng)流現(xiàn)象，以保證最不利環(huán)路的流量不小于設(shè)定值。該閥的結(jié)構(gòu)是由一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥和自動(dòng)平衡閥組成。手動(dòng)調(diào)節(jié)閥作用是設(shè)定流量，自動(dòng)平衡閥組的作用是維持流量的恒定。對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組來(lái)說(shuō)，流量G=KV(P2-P3)1/2，式中KV為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口的流量系數(shù)，P2-P3為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口兩側(cè)的壓差。KV的大小取決于開度，開度固定，KV即為常數(shù)，那么只要P2-P3不變，則流量G不變。而P2-P3的恒定是由自動(dòng)平衡閥組控制的，自動(dòng)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(duì)于變流量運(yùn)行的管網(wǎng)不可采用自立式流量控制閥。在熱源主動(dòng)變流量的情況下，近端回路維持流量不變，而遠(yuǎn)端回路流量會(huì)嚴(yán)重不足。在熱用戶主動(dòng)變流量的情況下，用戶主動(dòng)調(diào)小流量時(shí)，自立式流量控制閥會(huì)開大閥門，盡量維持原流量，直到全開失效為止。用戶主動(dòng)調(diào)大流量時(shí)，自立式流量控制閥會(huì)關(guān)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(dòng)的流量要求才能實(shí)現(xiàn)。

3.3、自立式壓差控制閥

　　自立式壓差控制閥也稱動(dòng)態(tài)壓差平衡閥，它的基本功能是能夠消耗掉系統(tǒng)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(tǒng)壓差恒定的目的。電動(dòng)閥前加自立式壓差控制閥保證受外網(wǎng)波動(dòng)給電動(dòng)閥造成的頻繁動(dòng)作，減少電動(dòng)閥由信號(hào)遲到造成的誤動(dòng)作，營(yíng)造一個(gè)相對(duì)舒適的環(huán)境。

　　采用自立式壓差控制閥對(duì)水泵控制，可以節(jié)省很大費(fèi)用。供熱系統(tǒng)中循環(huán)水泵在系統(tǒng)流量減少時(shí)，揚(yáng)程會(huì)增大，同時(shí)，當(dāng)管道阻力隨流量減少，以平方關(guān)系降低時(shí)，克服阻力所需的壓頭大大下降。過(guò)高壓頭不僅導(dǎo)致控制閥產(chǎn)生噪音、控制性能變差和振蕩等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)水泵的運(yùn)行也帶來(lái)了不必要的電力消耗，當(dāng)管道阻力隨流量變化以平方關(guān)系變化時(shí)，水泵耗電量隨流量變化呈立方關(guān)系變化，因此對(duì)水泵進(jìn)行控制可以減少電的消耗。

　　采用自力式壓差控制閥，為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)提供了可靠的保證。尤其是分戶計(jì)量后，當(dāng)某用戶因不付費(fèi)被關(guān)閉，如果沒(méi)有自力式壓差控制閥，被關(guān)閉的用戶的流量就會(huì)強(qiáng)加給其它用戶，這樣就造成了其它用戶多付費(fèi)甚至造成立管與立管之間的不平衡。當(dāng)使用自力式壓差控制閥后，通過(guò)壓差控制閥的動(dòng)作流量就不會(huì)強(qiáng)加給其它用戶，也不會(huì)造成不平衡。

4、平衡閥在解決采暖系統(tǒng)水平失調(diào)中的應(yīng)用

　　自立式流量限制器在定流量系統(tǒng)中的節(jié)能效果是非常顯著的。以2008年法源寺西里小區(qū)安裝自立式流量限制器為例。該小區(qū)熱力站供暖面積為75600平方米，熱力站循環(huán)水泵在2008年以前沒(méi)有安裝自立式流量限制器，即該系統(tǒng)為定流量系統(tǒng)，系統(tǒng)存在著穩(wěn)態(tài)失調(diào)。為了緩解因穩(wěn)態(tài)失調(diào)使系統(tǒng)末端用戶因循環(huán)水量偏小帶來(lái)室溫偏低的問(wèn)題，只能靠加大循環(huán)水量來(lái)滿足這些用戶的采暖需要�？吭龃笱�環(huán)水量，并未從根本上解決系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)失調(diào)的問(wèn)題，反而使系統(tǒng)運(yùn)行更不經(jīng)濟(jì)了，能源消耗增加更大了，形成了高能耗低效率的運(yùn)行狀態(tài)。2008年時(shí)，一部分支路安裝了自立式流量限制器，一部分支路當(dāng)年沒(méi)有及時(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能較差，供熱效果不好，當(dāng)年卻沒(méi)有反饋不熱現(xiàn)象，未安裝自立式流量限制器的支路盡管是商品房，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能極好，供熱效果也不盡人意，存在冷熱不均等問(wèn)題。2008年時(shí)，雖然小區(qū)沒(méi)有全部安裝自立式流量限制器，但是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的平衡裝置的調(diào)節(jié)，循環(huán)水泵流量大大降低，供熱效率也有所提高。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，安裝了水力平衡裝置后產(chǎn)生的節(jié)熱率大于10%，節(jié)電率大于50%。

　　法源寺西里小區(qū)改造前后耗電量對(duì)比表

　　自力式壓差控制閥在分戶計(jì)量用戶中的作用也是非常顯著的。

　　以京貿(mào)家園西區(qū)熱力項(xiàng)目為例：該小區(qū)2010年建成，建筑面積17萬(wàn)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(gè)系統(tǒng)供暖，供暖形式為分戶供暖。小區(qū)補(bǔ)裝熱計(jì)量裝置后，在每個(gè)單元小室回水處安裝了樓前動(dòng)態(tài)壓差平衡閥和手動(dòng)平衡閥，取代原安裝閘閥。動(dòng)態(tài)壓差平衡閥可以消除近端剩余資用壓頭。解決建筑兩側(cè)單元負(fù)荷大于中間單元，供暖品質(zhì)降低的問(wèn)題，手動(dòng)平衡閥可以方便地對(duì)于熱源主動(dòng)變流量管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證用戶設(shè)計(jì)流量，并且消除用戶調(diào)節(jié)時(shí)的相互干擾，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。圖2為分戶計(jì)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(yīng)保證有足夠的直管段，閥門前直管段不應(yīng)小于5倍的管徑，閥門后直管段不應(yīng)小于2倍的管徑。

　　對(duì)于小區(qū)用戶熱量分?jǐn)傆?jì)量采用了通斷時(shí)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(guò)濾調(diào)節(jié)閥，解決了樓內(nèi)垂直失調(diào)問(wèn)題。

　　另外，對(duì)于地形高差大的管網(wǎng)應(yīng)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(nèi)不超壓：在地形較高位置平衡閥宜安裝于回水，以保證戶內(nèi)不倒空。

圖2 分戶計(jì)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(shí)間面積法)

5、結(jié)論

　　通過(guò)以上理論分析及工程實(shí)例可以得出結(jié)論：

　　手動(dòng)平衡閥是通過(guò)阻力大小來(lái)輸配系統(tǒng)的流量，平衡的是系統(tǒng)阻力，能夠?qū)⑺�量按照設(shè)計(jì)計(jì)算比例平衡地分配，各支路的流量將同時(shí)按比例增減，適用于恒定工況的自動(dòng)調(diào)節(jié)。一旦增加新的用戶，整個(gè)系統(tǒng)需重新調(diào)整一次。其造價(jià)較低。

　　自立式流量控制閥是通過(guò)變化閥的阻力系數(shù)來(lái)維持流量不變的，作用對(duì)象是流量，不管系統(tǒng)循環(huán)水量和末端負(fù)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(tǒng)。其便于調(diào)節(jié)，造價(jià)也低。

　　而自力式壓差控制閥是通過(guò)變化流量來(lái)達(dá)到維持壓差不變的目的。既支持外網(wǎng)變化又支持用戶自主調(diào)節(jié)，因此既適用于定流量系統(tǒng)，也適用于變流量系統(tǒng)。如果不考慮造價(jià)的因素，是較佳的選擇。

　　在我們的熱力一、二次管網(wǎng)中，實(shí)際應(yīng)用上可能同時(shí)存在定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)，需要根據(jù)不同情況選定不同的控制設(shè)備，以免給系統(tǒng)控制造成不必要的麻煩。