摘要：本文對壓差控制閥在分戶計量雙管供暖系統(tǒng)中的3個應(yīng)用方案進(jìn)行了分析，給出了各方案的選擇原則，并指出分戶計量雙管供暖系統(tǒng)在設(shè)計工況下進(jìn)行水力計算時，自然作用壓頭可以不予考慮，戶內(nèi)戶外系統(tǒng)應(yīng)采用異程式。

關(guān)鍵字:壓差控制閥 分戶熱計量 雙管供暖系統(tǒng) 應(yīng)用  

一、概述
　　
　　在分戶計量雙管供暖系統(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，溫控閥會頻繁開關(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，因此在一個設(shè)計良好的分戶計量雙管供暖系統(tǒng)中，一方面應(yīng)使用系統(tǒng)中每個溫控閥的熱權(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，那么在分戶計量雙管供暖系統(tǒng)設(shè)計時，控制閥應(yīng)如何布置呢？通常有以下三個方案：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)計中，這3個方案應(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個方案進(jìn)行一些分析，希望為工程人員設(shè)計時，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)。
　　
二、方案分析
　　
　　1．方案1：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ΔP_S可以由下式計算：

　　　　　　　　　ΔP_S =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(diǎn)到所計算用戶戶引入口之間供回水管路的阻力損失。
　　（1）式（1）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 ，最末端用戶戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失 以及最末端用戶所隨的自然作用壓頭 。根據(jù)式（1）有：
　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　（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^[2]。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，ΔP₂是一個不斷變化的量，因此在設(shè)計工況下，根據(jù)式（1）計算戶引入口作用壓差ΔP_S時，其自然作用壓頭ΔP₂應(yīng)取最小值。因?yàn)槿绻≈递^大，那么根據(jù)式（1）所計算的戶引入口作用壓差ΔP_S就較大，在根據(jù)ΔP_S設(shè)計戶內(nèi)系統(tǒng)時，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，戶引入口作用壓差ΔP_S就會低于設(shè)計值，導(dǎo)致溫控閥上的實(shí)際壓差小于設(shè)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(shè)計室溫，所以在設(shè)計工況下，自然作用壓頭ΔP₂應(yīng)取最小值。這樣，在實(shí)際運(yùn)行時，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，在設(shè)計工況下計算戶引入口作用壓差ΔP_S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(diǎn)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(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)計工況下，其值最大，當(dāng)管路中的流量趨近于零時，ΔP₃也趨近于零^[1]。同一供暖系統(tǒng)當(dāng)采用同程式時，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ΔP_S波動，同程式比率經(jīng)異程式系統(tǒng)更大，由此可見，設(shè)計時應(yīng)選擇異程式系統(tǒng)。
　　d.戶引入口作用壓差ΔP_S
　　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ΔP_S大于設(shè)計值時，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ΔP_S的增加值會等量地作用在戶內(nèi)系統(tǒng)每一個溫控閥上。由此可見，在系統(tǒng)設(shè)計時，只要保證運(yùn)行過程中，戶引入口作用壓差ΔP_S總是大于等于設(shè)計工況下戶內(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)計工況下的設(shè)計值，因此溫控閥的熱權(quán)度總是大于等于1，用戶隨時能獲得設(shè)計所要求的室溫。那么應(yīng)如何設(shè)計才能使戶引入口作用壓差ΔP_S總是大于等于設(shè)計工況下戶內(nèi)系統(tǒng)總阻力損失呢？
　　根據(jù)前面的分析可知：在設(shè)計工況下進(jìn)行設(shè)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(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)計工況下的戶引入口作用壓差，因此在設(shè)計工況下，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)計工況下戶內(nèi)系統(tǒng)的總阻力損失。而這一點(diǎn)在設(shè)計工況下進(jìn)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ΔP_S的波動反映了戶內(nèi)系統(tǒng)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ΔP_S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ΔP_S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：

　　　　　ΔP_S =ΔP₁ +ΔP₂ -ΔP₃ kPa

　　從上式可知 ：當(dāng)ΔP₃=0時，戶引入口的作用壓差ΔP_S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（ρ_h-ρ_g） 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。
　　　　　ρ_h、ρ_g--設(shè)計工況下，供回水溫度所對應(yīng)的水的密度，kg/m³。

　　　　故有ΔP₁≤30-gH（ρ_h-ρ_g）/1000 kPa

　　因此，當(dāng)僅在供暖引入口設(shè)壓差控制閥時，其控制壓差必須小于等于30-gH（ρ_h-ρ_g）/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)計工況下進(jìn)行水力計算時，不考慮自然作用壓頭，故根據(jù)式（2）有：
　　　　　
　　由此可見，只有當(dāng)設(shè)計工況下最不利環(huán)路的阻力損失 小于30-gH（ρ_h-ρ_g）/1000kPa時，才可以采用方
案1。

　　2．方案2：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)計工況下進(jìn)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(huán)路在設(shè)計工況下的阻力損失 ，其中為 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ΔP_S不超過30kPa，ΔP₁同樣應(yīng)小于等于30-gHρ_h-ρ_g）/1000 kPa，當(dāng)ΔP₁大于該值時，就不應(yīng)采用方案2。

　　3．方案3：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，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，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)計壓差。壓差控制閥的設(shè)計壓差應(yīng)等于設(shè)計工況下其本身的阻力與其控制壓差之和，因此在設(shè)計工況下進(jìn)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?yàn)槿绻紤]自然作用壓頭，一方面會使水力計算更復(fù)雜，另一方面自然作用壓頭不恰當(dāng)?shù)娜≈担瑫?dǎo)致運(yùn)行過程中，壓差控制閥的資用壓差小于其設(shè)計壓差，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)計時應(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，閥就會被壓壞，因此在使用方案2和3時，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超過供暖系統(tǒng)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(shè)其它型號的壓差控制閥，控制整個供暖系統(tǒng)的壓差。此時，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还┡到y(tǒng)，當(dāng)采用異程式時，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。
　　
三、結(jié)論
　　
　　（1）分戶計量雙管供暖系統(tǒng)在設(shè)計工況下進(jìn)行水力計算時，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，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)計工況下的總阻力損失 ，并且ΔP₁應(yīng)小于等于30-gHρ_h-ρ_g）/1000 kPa。
　　（3）選用方案2時，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)計工況下的總阻力損失 ，并且ΔP₁也應(yīng)小于等于30-gHρ_h-ρ_g）/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。　　
　　


參考文獻(xiàn)
　　
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　　4 DB29-26-2001集中供熱住宅計量供熱設(shè)計規(guī)程（天津市標(biāo)準(zhǔn)）   西安建筑科技大學(xué) 劉雄
西安市熱力公司 唐滌   機(jī)械部第七設(shè)計研究院 王珽