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集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范
水力失調(diào)和水力平衡問(wèn)題，一直是集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行中的不可忽視的問(wèn)題。但對(duì)這兩方面的問(wèn)題進(jìn)行深入的文獻(xiàn)卻很少。在此，作者對(duì)該問(wèn)題談幾點(diǎn)個(gè)人看法，以供參考。ZL47F-16型自力式平衡閥，用于需要進(jìn)行流量控制的水系統(tǒng)中，尤其適用于供熱、空調(diào)等非腐蝕性液體介質(zhì)的流量控制。運(yùn)行前一次性調(diào)節(jié)，即可使系統(tǒng)流量自動(dòng)恒定在要求的設(shè)定值。暖通中央空調(diào)系統(tǒng)的目標(biāo)是在的能耗水平下提供需要的（舒適的）室內(nèi)溫度。為了達(dá)到這兩個(gè)目標(biāo)，系統(tǒng)可能采用了變頻和自控技術(shù)。但是發(fā)揮這些設(shè)備功能的前提條件是水系統(tǒng)達(dá)到全面的平衡。即生產(chǎn)部分（冷水機(jī)組）、輸配部分和末端設(shè)備部分的所有回路應(yīng)該滿足水力平衡的三個(gè)必要條件。
第一：所有的末端設(shè)備在設(shè)計(jì)工況下可以獲得設(shè)計(jì)流量；
第二：電動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥的壓差變化不能太大；
第三：生產(chǎn)側(cè)的流量要大于等于分配側(cè)的總流量。
全面水力平衡是中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常功能的基礎(chǔ)保障。全面水平衡包括冷水機(jī)組部分的平衡；輸配部分的水力平衡以及末端設(shè)備的水力平衡。
01集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范水力失調(diào)的產(chǎn)生原因
集中供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)包括靜態(tài)水力失調(diào)和動(dòng)態(tài)水力失調(diào)兩種類型。
（1） 靜態(tài)水力失調(diào)
假定一個(gè)供熱系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)用戶，每個(gè)用戶所需流量可按其各自的熱負(fù)荷 ，利用公式G=0.86*Q/Δt計(jì)算得到；而每個(gè)熱用戶的實(shí)際流量則是由各自的資用壓力（差）Δp和各用戶支路的實(shí)際阻抗值S確定的，可用公式G′=(ΔP/S)1/2計(jì)算得到。
實(shí)際工程中，由于各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S并不都是匹配的，因而其通過(guò)的實(shí)際流量與根據(jù)熱負(fù)荷計(jì)算出所需流量往往是不一致的。離熱源近的用戶可能會(huì)由于資用壓力（差）ΔP偏大或阻抗值S相對(duì)偏小，實(shí)際流量大于所需流量；而離熱源遠(yuǎn)的用戶則可能出現(xiàn)相反的情況。這種由各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S不匹配導(dǎo)致的、各用戶實(shí)際通過(guò)的流量與實(shí)際需要的流量不一致的現(xiàn)象就是靜態(tài)水力失調(diào)。
（2） 動(dòng)態(tài)水力失調(diào)
假定一個(gè)供熱系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)用戶。調(diào)整某一用戶支路上的閥門，與該用戶并聯(lián)的其它用戶雖未進(jìn)行調(diào)節(jié)，其流量也會(huì)或多或少地發(fā)生相應(yīng)變化，從而使得用戶通過(guò)的實(shí)際流量和需要的流量不一致，就是動(dòng)態(tài)失調(diào)現(xiàn)象。
造成動(dòng)態(tài)失調(diào)的內(nèi)在原因是，由于整個(gè)供熱系統(tǒng)是一個(gè)相互連通的同一整體，任何一處的閥門開度變化（自動(dòng)或手動(dòng)），都會(huì)對(duì)該處的壓力狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)改變。這個(gè)改變會(huì)以壓力波的形式以聲速（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）向系統(tǒng)的其它各處傳遞，從而導(dǎo)致未進(jìn)行閥門調(diào)節(jié)的并聯(lián)用戶的資用壓力（差）ΔP和實(shí)際流量發(fā)生相應(yīng)變化。
集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范特 點(diǎn)
1、能使系統(tǒng)流量自動(dòng)平衡在要求的設(shè)定值；
2、能自動(dòng)消除水系統(tǒng)中因各種因素引起的水力失調(diào)現(xiàn)象，保持用戶所需流量，克服“冷熱不均"，提高供熱，空調(diào)的室溫合格率；
3、能有效克服“大流量，小溫差"的不良運(yùn)行方式，提高系統(tǒng)能效，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；
4、采用數(shù)字顯示裝置，直接設(shè)定手動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度確定流量，使用智能儀表一次性調(diào)試。
集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范工作原理
自力式平衡閥由自動(dòng)調(diào)節(jié)閥瓣和手動(dòng)調(diào)節(jié)閥瓣兩部分組成。系統(tǒng)流體的工作壓力為P1，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥瓣的前后壓力分別為P2、P3。當(dāng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥瓣調(diào)到基本一位置時(shí)，即人為確定了“設(shè)定流量"，以及相對(duì)應(yīng)的固定(P2-P3)值。當(dāng)系統(tǒng)流量增大時(shí)，此時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥瓣自動(dòng)關(guān)小，直到流量重新維持到設(shè)定流量，反之亦然。
集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì)選型
1、一般在管網(wǎng)的分支點(diǎn)，熱口，室內(nèi)立管皆應(yīng)設(shè)計(jì)、安裝自力式平衡閥，以提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能。
2、自力式平衡閥可安裝在供水管上，也可安裝在回水管上。當(dāng)系統(tǒng)流體工作壓力超過(guò)散熱器允許工作壓力時(shí)，為安全起見，自力式平衡閥宜安裝在供水管上。
3、zui高使用溫度100℃，公稱壓力1.6MPa。(溫度>100℃以上的要定做)
4、適用壓差范圍：20-30KPa。當(dāng)系統(tǒng)工作壓差超過(guò)300KPa時(shí)，為防止產(chǎn)生噪音，應(yīng)采取措施將多余的壓差消耗掉。
5、選取用DN15~DN25口徑的自力式平衡閥，須注明連接方式。
集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范主要外形尺寸及性能參數(shù)
型 號(hào) | 公稱壓力 | 殼體試驗(yàn)壓力 | 使用介質(zhì) | 介質(zhì)溫度 |
ZL47F-16 | 1.6MPa | 2.4MPa | 水、油等非腐蝕性液體 | 0-100℃ |
集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范尺寸參數(shù) 法蘭連接尺寸按GB4216
DN) | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 |
L | 110 | 110 | 115 | 160 | 200 | 215 | 230 | 275 | 290 | 315 | 350 | 430 | 520 | 635 | 670 |
H1 | 122 | 122 | 137 | 182 | 191 | 197 | 205 | 259 | 268 | 334 | 357 | 407 | 452 | 486 | 555 |
H2 | 70 | 70 | 74 | 91 | 147 | 147 | 154 | 181 | 211 | 227 | 260 | 303 | 367 | 430 | 495 |
02集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范水力平衡措施
雖然靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)產(chǎn)生的原因及存在的形式不同，但它們往往共存于同一個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)的總體水力失調(diào)狀況產(chǎn)生相互疊加的影響。因此，應(yīng)采取相應(yīng)措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施，可以較好解決集中供熱系統(tǒng)靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)的問(wèn)題。
（1） 集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置自力式動(dòng)態(tài)
靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)，雖然產(chǎn)生的原因不同，但在本質(zhì)上是一致的，都是用戶支路阻抗值S與作用在該用戶的資用壓力（差）ΔP不匹配造成的；解決措施在本質(zhì)上也是一致的，都是通過(guò)改變用戶支路阻抗值S，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行流量與所需流量相一致；而自力式的動(dòng)態(tài)平衡閥，則能根據(jù)設(shè)定的流體參數(shù)，自動(dòng)地調(diào)整自身的閥門的開度以改變支路的阻抗，從而克服靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)現(xiàn)象。
因此，采用自力式的動(dòng)態(tài)平衡閥，不僅可以解決動(dòng)態(tài)失調(diào)，也能同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)問(wèn)題。而且，采用自力式動(dòng)態(tài)平衡閥解決靜態(tài)失調(diào)問(wèn)題還有一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)，是自力式動(dòng)態(tài)平衡閥的平衡操作方法簡(jiǎn)單，只需在運(yùn)行前對(duì)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)行中無(wú)需進(jìn)行其它操作，即可保證調(diào)節(jié)支路參數(shù)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；而靜態(tài)平衡閥的平衡過(guò)程中，定量調(diào)節(jié)往往需要復(fù)雜的計(jì)算，定性調(diào)節(jié)則需要反復(fù)調(diào)節(jié)和測(cè)量，對(duì)技術(shù)人員素質(zhì)有較高要求。
采用自力式動(dòng)態(tài)平衡閥同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)，一般情況下，對(duì)于定流量質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，應(yīng)采用；而對(duì)于以用戶為主動(dòng)的變流量系統(tǒng)，則應(yīng)采用自力式的壓差控制閥。在使用過(guò)程中，若出現(xiàn)自力式控制閥所在支路資用壓力過(guò)高，導(dǎo)致其工作開度過(guò)小、過(guò)流量及工況不穩(wěn)定等情況，則宜在該支路上串聯(lián)以靜態(tài)平衡閥消耗部分資用壓力，從而保證自力式控制閥處于較穩(wěn)定的開度調(diào)節(jié)區(qū)間。
（2） 集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置自力式壓差閥+電動(dòng)溫控閥
近今年來(lái)，集中供熱系統(tǒng)的“智慧化"建設(shè)和改造得到了快速發(fā)展。電動(dòng)溫控閥作為一種“智慧化"過(guò)程中的水力平衡自動(dòng)控制設(shè)備得到了較廣泛應(yīng)用。但從應(yīng)用情況看，較多系統(tǒng)采用了“僅在用戶端設(shè)置電動(dòng)溫控閥同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)"的不合理的平衡措施。這種設(shè)置方式的不合理性主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
其一，在靜態(tài)失調(diào)比較嚴(yán)重的情況下，常常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：近端用戶由于資用壓力過(guò)大，電動(dòng)溫控閥在小開度和關(guān)閉兩種狀態(tài)來(lái)回切換，導(dǎo)致電池耗電量劇增，執(zhí)行器疲勞損壞，使用壽命縮短；中間用戶電動(dòng)溫控閥調(diào)整幅度大，動(dòng)作頻率高（甚至始終處于動(dòng)作狀態(tài)）；而遠(yuǎn)端用戶則由于資用壓差過(guò)小，動(dòng)態(tài)閥即使在大開度狀態(tài)，也不能滿足流量要求，因而導(dǎo)致調(diào)節(jié)功能失效。
其二，目前采用的電動(dòng)溫控閥，多數(shù)是根據(jù)溫度（室溫或回水溫度），以離散的數(shù)字變量進(jìn)行控制的，屬于典型的反饋?zhàn)钥啬Ｊ?。在這個(gè)過(guò)程中，某一閥門的開度變化，瞬間就會(huì)引起其他未調(diào)整用戶的流量變化（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）;但由于傳熱過(guò)程具有滯后性，整個(gè)系統(tǒng)由流量引起的溫度波動(dòng)往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定（甚至數(shù)小時(shí)以上）。因此，由此引起的整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)過(guò)程，需要持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間才能完成。這種情況下，很可能上次擾動(dòng)引起的平衡過(guò)程尚未完成，而后續(xù)擾動(dòng)可能又引起新的平衡過(guò)程，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的電動(dòng)溫控閥始終處于調(diào)整或待調(diào)整的過(guò)程中。對(duì)于規(guī)模較大的管網(wǎng)，這種現(xiàn)象可能會(huì)更加明顯。
而采用“自力式壓差閥+電動(dòng)溫控閥"的水力平衡方案，可避免上述問(wèn)題的發(fā)生。同力自控閥門有限公司的一位技術(shù)人員曾跟我交流過(guò)這樣一個(gè)例子：供熱系統(tǒng)若只在用戶支路設(shè)置電動(dòng)溫控閥，電動(dòng)溫控閥的動(dòng)作頻率大約在每小時(shí)10~12次以上；在該支路上加裝自力式壓差閥并其壓差設(shè)定在合理的一定范圍，則電動(dòng)溫控閥的動(dòng)作頻率可以降至每小時(shí)1~2次；而且，電動(dòng)溫控閥的開度區(qū)間也存在大幅度減小。顯然，自力式壓差閥為電動(dòng)溫控閥的正常、可靠、穩(wěn)定工作創(chuàng)造良好的工作條件。自力式壓差閥在此起兩方面的作用，一是解決全 網(wǎng)的靜態(tài)失調(diào)，二是解決用戶外部動(dòng)態(tài)因素引起的動(dòng)態(tài)失調(diào)；電動(dòng)溫控閥則主要解決用戶內(nèi)部動(dòng)態(tài)因素引起的動(dòng)態(tài)失調(diào)。
（3）集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置靜態(tài)平衡閥+電動(dòng)溫控閥
采用“靜態(tài)平衡閥+電動(dòng)溫控閥"的平衡方案，也可以在一定程度上緩和電動(dòng)溫控閥工作狀態(tài)不穩(wěn)定的問(wèn)題。在該方案中，靜態(tài)平衡閥應(yīng)解決全部靜態(tài)失調(diào)問(wèn)題，電動(dòng)溫控閥則解決全部動(dòng)態(tài)因素引起的失調(diào)問(wèn)題。
該方案與“自力式壓差閥+電動(dòng)溫控閥"的水力平衡方案相比較而言，靜態(tài)平衡閥的平衡調(diào)節(jié)過(guò)程較復(fù)雜，若不能解決靜態(tài)失調(diào)，則靜態(tài)失調(diào)中沒(méi)有解決的部分則將由電動(dòng)溫控閥承擔(dān)，從而可能導(dǎo)致電動(dòng)溫控閥動(dòng)作頻率提高和開度區(qū)間加大，進(jìn)而導(dǎo)致壽命縮短和部件疲勞損壞等問(wèn)題；同時(shí)，由于在該方案中，由用戶外部因素的動(dòng)態(tài)失調(diào)也是由電動(dòng)溫控閥承擔(dān)的，因此也在一定程度上增加了電動(dòng)溫控閥工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性。因此，該方案與第2種方案相比，第2種方案是更可取的水力平衡解決方案。
集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范安裝圖：
集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范安裝與調(diào)試
1、安裝方式：水平、垂直均可；
2、安裝時(shí)要注意閥體外水流指示箭頭，遵循方向安裝；
3、安裝前要*清除管道內(nèi)的雜物，通水前必須*沖洗管道；
4、集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范流量調(diào)節(jié)方法：
(1)把測(cè)壓小閥與智能儀表上的軟管連接好；
(2)松開測(cè)壓小閥的閥桿；
(3)用鑰匙打鎖銷，使鎖銷從鎖體中彈出；
(4)用活動(dòng)扳手順時(shí)針慢慢旋轉(zhuǎn)閥桿；流量逐漸減小并在智能儀表上顯示出來(lái)，直到達(dá)到設(shè)定值為止；
(5)左右微轉(zhuǎn)閥桿，使數(shù)顯窗口內(nèi)的數(shù)字與窗口內(nèi)數(shù)字與窗口對(duì)正；
(6)拔下鑰匙，將鎖銷推進(jìn)鎖體，此時(shí)開度已被鎖定。
03集中供熱管網(wǎng)平衡閥設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)語(yǔ)
在同一個(gè)集中供熱管網(wǎng)中，靜態(tài)水力失調(diào)和動(dòng)態(tài)水力失調(diào)同時(shí)存在?！皟H在用戶末端設(shè)置電動(dòng)溫控閥同時(shí)解決靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)"的技術(shù)方案是不合理的。平衡方案須考慮平衡設(shè)施工作穩(wěn)定性和使用壽命問(wèn)題。
