供熱系統(tǒng)實(shí)行熱計(jì)量收費(fèi)可以節(jié)約能源,提高供熱系統(tǒng)的能效。就目前現(xiàn)狀而言,我國(guó)供熱系統(tǒng)的能效只有30%左右。人們往往只注意鍋爐和外網(wǎng)的熱損失,而忽略了熱用戶散熱損失。熱用戶散熱損失,主要是由于冷熱不均造成的,這部分熱損失約為30~40%,是相當(dāng)可觀的的。供熱系統(tǒng)搞計(jì)量收費(fèi),從節(jié)能的角度考慮,主要是挖掘這部分的節(jié)能潛力。

  計(jì)量收費(fèi)主要通過三個(gè)途徑宏觀節(jié)能:首先是裝設(shè)了流量調(diào)節(jié)閥,實(shí)現(xiàn)了流量平衡,進(jìn)而克服了冷熱不均現(xiàn)象;其次是通過溫控閥的作用,利用了太陽(yáng)能、家電、照明等設(shè)備的自由熱;第三是提高了用熱居民的節(jié)能意識(shí),減少了開窗戶等的無謂散熱。而這三條節(jié)能途徑,其中有二條都是通過流量調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)的?梢姡髁空{(diào)節(jié)閥,在計(jì)量收費(fèi)的供熱系統(tǒng)中,占有何等重要的地位。因此,如何正確的進(jìn)行流量調(diào)節(jié)閥的選型設(shè)計(jì),就顯得非常重要。

1 溫控閥

1.1散熱器溫控閥的構(gòu)造及工作原理(1)

  用戶室內(nèi)的溫度控制是通過散熱器恒溫控制閥來實(shí)現(xiàn)的。散熱器恒溫控制閥是由恒溫控制器、流量調(diào)節(jié)閥以及一對(duì)連接件組成,其中恒溫控制器的核心部件是傳感器單元,即溫包。溫包可以感應(yīng)周圍環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生體積變化,帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥芯產(chǎn)生位移,進(jìn)而調(diào)節(jié)散熱器的水量來改變散熱器的散熱量。恒溫閥設(shè)定溫度可以人為調(diào)節(jié),恒溫閥會(huì)按設(shè)定要求自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)散熱器的水量,從而來達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。
溫控閥一般是裝在散熱器前,通過自動(dòng)調(diào)節(jié)流量,實(shí)現(xiàn)居民需要的室溫。溫控閥有二通溫控閥和三通溫控閥之分。三通溫控閥主要用于帶有跨越管的單管系統(tǒng),其分流系數(shù)可以在0~100%的范圍內(nèi)變動(dòng),流量調(diào)節(jié)余地大,但價(jià)格比較貴,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。二通溫控閥有的用于雙管系統(tǒng),有的用于單管系統(tǒng)。用于雙管系統(tǒng)的二通溫控閥阻力較大;用于單管系統(tǒng)的阻力較小。溫控閥的感溫包與閥體一般組裝成一個(gè)整體,感溫包本身即是現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)溫度傳感器。如果需要,可以采用遠(yuǎn)程溫度傳感器;遠(yuǎn)程溫度傳感器置于要求控溫的房間,閥體置于供暖系統(tǒng)上的某一部位。

1.2溫控閥的選型設(shè)計(jì)

  溫控閥是供暖系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的最主要的調(diào)節(jié)設(shè)備,其他調(diào)節(jié)閥都是輔助設(shè)備,因此溫控閥是必備的。一個(gè)供暖系統(tǒng)如果不設(shè)置溫控閥就不能稱之謂熱計(jì)量收費(fèi)系統(tǒng)。
在溫控閥的設(shè)計(jì)中,正確選型十分重要。溫控閥的選型目的,是根據(jù)設(shè)計(jì)流量(已知熱負(fù)荷下),允許阻力降確定KV值(流量系數(shù));然后由KV值確定溫控閥的直徑(型號(hào))。因此,設(shè)計(jì)圖冊(cè)或廠家樣本一定要給出KV值與直徑的關(guān)系,否則不便于設(shè)計(jì)人員使用。在溫控閥的選型設(shè)計(jì)中,絕不是簡(jiǎn)單挑選與管道同口徑的溫控閥即完事大吉。而是要在選型的過程中,給選定的溫控閥造成一個(gè)理想的壓差工作條件。一個(gè)溫控閥通常的工作壓差在2~3mH2O之間,最大不超過6~10 mH2O。為此,一定要給出溫控閥的預(yù)設(shè)定值的范圍,以防止產(chǎn)生噪音,影響溫控閥正常工作。當(dāng)在同一KV值下,有二種以上口徑的選擇時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇口徑小的溫控閥,其目的是為了提高溫控閥的調(diào)節(jié)性能。

2電動(dòng)調(diào)節(jié)閥

  電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是適用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的設(shè)備。一般多在無人值守的熱力站中采用。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由閥體、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變送器組成。溫控閥是通過感溫包進(jìn)行自力式流量調(diào)節(jié)的設(shè)備,不需要外接電源;而電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一般需要單相220V電源,通常作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)流量)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或溫控閥都是供熱系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)的最主要的設(shè)備,其它都是其輔助設(shè)備。

3平衡閥

  平衡閥分手動(dòng)平衡閥和自力式平衡閥。無論手動(dòng)平衡閥還是自力式平衡閥,它們的作用都是使供熱系統(tǒng)的近端增加阻力,限制實(shí)際運(yùn)行流量不要超過設(shè)計(jì)流量;換句話說,其作用就是克服供熱系統(tǒng)近端的多余資用壓頭,使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或溫控閥能在一個(gè)許可的資用壓頭下工作。因此,手動(dòng)平衡閥和自力式平衡閥,它們都是溫控閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輔助流量調(diào)節(jié)裝置,但又是非常重要的,如果選型不當(dāng),或設(shè)計(jì)不合理,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或溫控閥都不能很好工作。

3.1手動(dòng)平衡閥

3.1.1手動(dòng)平衡閥的工作原理

  手動(dòng)平衡閥是一次性手動(dòng)調(diào)節(jié)的,不能夠自動(dòng)地隨系統(tǒng)工況變化而變化阻力系數(shù),所以稱靜態(tài)平衡閥。手動(dòng)平衡閥作用的對(duì)象是阻力,能夠起到手動(dòng)可調(diào)孔板的作用,來平衡管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力,達(dá)到各個(gè)環(huán)路的阻力平衡的作用。能夠解決系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)失調(diào)問題:當(dāng)運(yùn)行工況不同于設(shè)計(jì)工況時(shí),循環(huán)水量多于或小于設(shè)計(jì)工況,由于平衡閥平衡的是系統(tǒng)阻力,能夠?qū)⑿碌乃堪凑赵O(shè)計(jì)計(jì)算的比例平衡的分配,使各個(gè)支路的流量將同時(shí)按比例增減,仍然滿足當(dāng)前負(fù)荷下所對(duì)應(yīng)的流量要求。

3.1.2手動(dòng)平衡閥的選型與設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題(2)

  (1)閥門特性曲線決定了閥門的調(diào)節(jié)性能,如截止閥的流量曲線,如果認(rèn)為95%~100%之間的流量變化是沒有意義的,那么開度從0~5%即實(shí)現(xiàn)了流量的全程變化,這樣的閥門是不能作為水利工況平衡調(diào)節(jié)使用的。由于閥門理論特性曲線實(shí)在頂壓差下測(cè)定的,而實(shí)際工況只要閥權(quán)度不為1則閥門在小開度線閥門前后壓差大,大開度是閥前后壓差小,導(dǎo)致閥dG/dC值在小開度變大,在大開度時(shí)變小,使閥門實(shí)際工作曲線向快開方向偏移,閥權(quán)度越小其偏移越大,對(duì)于直線特性的閥門由于實(shí)際性能的偏移會(huì)導(dǎo)致閥門的有效調(diào)節(jié)的得開度空間變小,因此閥門的理論性曲線以下弦弧如等百分比特性為好。等百分比特性曲線閥門,在閥權(quán)度0.3~0.5時(shí)實(shí)際工作曲線可能接近直線特性。

  (2)通常閥門在小開度情況下閥門的流速過高,在閥后會(huì)形成旺盛紊流的渦旋區(qū),渦旋區(qū)和新壓力很低,該處壓力低于水溫對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)水蒸氣的閃發(fā)揮導(dǎo)致汽水擊現(xiàn)象:嚴(yán)重的噪音,閥門及管道的振動(dòng),閥門、管道、管支架的破壞。防治這種事故的發(fā)生首先在閥們流道設(shè)計(jì)上考慮閥塞和閥座在小開度時(shí)形成狹長(zhǎng)的節(jié)流通道,約束旺盛紊流渦旋的形成;其次選用閥門時(shí)盡量加大閥權(quán)度,以避免閥門在小開度下運(yùn)行。另外,在不牽涉壓力工況問題時(shí)盡量堿平衡閥安裝在水溫較低的回水管道上。

3.2自力式平衡閥

3.2.1自力式平衡閥工作原理

  自力式平衡閥則可在沒有外接電源的情況下,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的流量平衡。自力式平衡閥是通過保持孔板(固定孔徑)前后壓差一定而實(shí)現(xiàn)流量限定的,因此,也可稱定流量閥。

  定流量閥作用對(duì)象是流量,能夠鎖定流經(jīng)閥門的水量,而不是針對(duì)阻力的平衡。他能夠解決系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)失調(diào)問題:為了保持單臺(tái)制冷機(jī)、鍋爐、冷卻塔、換熱器這些設(shè)備的高效率運(yùn)行,就需要控制這些設(shè)備流量固定于額定值;從系統(tǒng)末端來看,為了避免動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的相互影響,也需要在末端裝置或分支處限制流量。

      • 在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

  自力式流量控制閥的缺點(diǎn)是在于閥門有最小工作差的要求,一般產(chǎn)品要求最小工作壓差20KPa,如果安裝在最不利回路上,勢(shì)必要求循環(huán)水泵多增加2米水柱的工作揚(yáng)程,所以應(yīng)采取近端安裝,遠(yuǎn)端不安的方法。用戶離熱源距離大于供熱半徑的80%時(shí)就不要安裝這種自力式流量控制閥。
4差壓調(diào)節(jié)閥

4.1差壓調(diào)節(jié)閥的原理

  差壓調(diào)節(jié)閥的原理,本質(zhì)上和自力式平衡閥是一樣的。只不過自力式平衡閥中,孔板是作為一個(gè)部件存在于閥體中的;而差壓調(diào)節(jié)閥中沒有孔板這一部件,而是把差壓調(diào)節(jié)閥后面的系統(tǒng)看作一個(gè)孔板,因此,調(diào)節(jié)閥的差壓值實(shí)際指的是其后系統(tǒng)出入口壓力差值。 從差壓調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)可以看出:這種調(diào)節(jié)閥,目的是控制其后系統(tǒng)出入口壓力差值固定不變;竟δ苁歉鶕(jù)熱用戶熱負(fù)荷的需求,自動(dòng)調(diào)整熱用戶的運(yùn)行流量。當(dāng)一幢建筑,由于有的熱用戶要求室溫降低,則相應(yīng)房間溫控閥的開度變小,導(dǎo)致差壓調(diào)節(jié)閥的壓差值變大,超過設(shè)定值,此時(shí)壓差調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)小閥芯,增大節(jié)流作用,使其系統(tǒng)壓差值減小,直至恢復(fù)為設(shè)定值。最終的效果是減少流量,適應(yīng)熱用戶的需熱要求,借以減輕溫控閥的頻繁操作。熱用戶要求提高室溫時(shí),壓差調(diào)節(jié)閥的作用正好相反(3)。

4.2在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

  有人認(rèn)為在各戶內(nèi)系統(tǒng)或立管上,都應(yīng)裝置壓差調(diào)節(jié)閥。經(jīng)過模擬計(jì)算:如果在建筑物的熱入口,統(tǒng)一安裝了平衡閥(含手動(dòng)、自力式)或壓差調(diào)節(jié)閥(但設(shè)計(jì)要合理),則室內(nèi)溫控閥在任何調(diào)節(jié)范圍內(nèi),其前后壓差都不會(huì)超過6~10 mH2O,即溫控閥都能在合理的條件下工作。因此,過多安裝壓差調(diào)節(jié)閥沒有必要,也是不經(jīng)濟(jì)的。

5.循環(huán)水泵變流量運(yùn)行時(shí),流量調(diào)節(jié)閥的選擇

  這里主要指手動(dòng)平衡閥、自力式平衡閥和壓差調(diào)節(jié)閥的選擇。在循環(huán)水泵變流量運(yùn)行時(shí),手動(dòng)平衡閥呈等比失調(diào),最有利于溫控閥的運(yùn)行;但其缺點(diǎn)是手工操作太多,難以實(shí)現(xiàn)理想調(diào)節(jié)。循環(huán)水泵變流量運(yùn)行,各熱用戶入口最理想的設(shè)定壓差值應(yīng)是隨室外氣溫變動(dòng)的。對(duì)于這一點(diǎn),自力式平衡閥、差壓調(diào)節(jié)閥,都不夠理想,但不會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)的失控。因此可采用這一類型的調(diào)節(jié)閥,這對(duì)提高供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能是有好處的。
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陳強(qiáng),男,1976年2月生,工程師,地址:解放軍后勤工程學(xué)院研究生隊(duì),郵政編碼:400016,電話:(023)68570773,手機(jī):13320353435 , E-mail:cq1997.student@sina.com