ｏ ｏ年第 期（总第 卷第 。期 Ｎｏ．７ ｉｎ ２０１０（Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２３３，Ｖｏ１．３８） ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７３—７２３７．２０１０．０７．００４ 建筑节能 ●暖通与空调 ＨＥＡＴＩＮＧ．ＶＥＮＴＩＬＡＴＩＮＧ＆ＡＩＲ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ 供热管网热平衡调节技术探讨 孙清典・，李灿新 ，杨学敏 （１．山东科技大学，山东青岛２６６５１０：２．深圳市中建达工程造价咨询有限公司，广东深圳５１８０３４） 摘要： 阐述了水力失调的概念、类型以及形成原因，提出了利用平衡阀解决水力失调问题。介绍了静态平衡阀、自力式流量控制阀、自 力式压差控制阀和动态阻力平衡阀的工作原理及技术特点，分析了不同供热系统运行特点及平衡阀的选用。 关键词： 水力失调； 自力式流量控制阀； 自力式压差控制阀； 动态阻力平衡阀 中图分类号：ＴＵ８３２．１；ＴＰ２７ 文献标志码：Ａ 文章编号： １６７３—７２３７（２０１０）０７—００２１—０３ Ｈｅａｔ Ｂａｌａｎｃｅ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｉｎ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＳＵＮＱｉｎｇ－ｄｉａｎ ，ＬＩＣａｎ－ｘｉｎ ，ＹＡＮＧＸｕｅ－ｍｉｎ （１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５ １０，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｚｈｏｎｇｊｉａｎｄａ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｃｏｓｔ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５ １ ８０３４，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ，ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏ，ｌｌ￣ｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｍｂａｌａｎｃｅ ａｒｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｂａｌａｎｃｅ ｖａｌｖｅ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ａｎｄ ｔｅ ｈｔｅｃｈｎｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆｔｅ ｈｓｔｔａｉｃ ｂａｌａｎｃｅ ｖａｌｖｅ，ｓｅ￣－ｏｐｅｒｔａｅｄｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ，ｓｅＷ－ｏｐｅｒｔａｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ ａｎｄ Ｏｙｎ￣，ｎｉｃ ｒｅ— ｓｉｓｔａｎｃｅ Ｂａｌａｎｃ＇ｅ ｖａｌｖｅ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｃｄ ｏｎ￣ｕｒｅｓ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆｔｅ ｂａｌ— ｈａｎｃｅ ｖｄｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｍｂａｌｎｃｅ；ｓｅｌｆａ－ｏｐｅｒａｔｅｄ ｌｏｗ ｆｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ；ｓｅｌｆ－ｏｐｅｒａｔｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ；ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂａｌａｎｃｅ ｖａｌｖｅ Ｏ 引言 在供热系统中，水力失调现象极为普遍，从而造 不一致失调是指热用户水力失调度有的大于１，有的 小于１，未进行热平衡调试的供热系统多为不一致失 调。在一致失调中又分为等比失调和不等比失调，所 有热用户的水力失调度都相等称为等比失调，反之称 为不等比失调。［Ｉ】 １．２水利失调形成的原因 成各热用户之间室内温度偏差较大、冷热不均等问 题，用户投诉较多。为缓解供热系统水力失调问题，使 用户满意，传统的做法是增大热网管径、增大循环泵 的流量，采用“大流量、小温差”供暖运行方式，因而又 造成了能源极大浪费。因此，必须采取有效措施解决 供热系统中水力失调问题。 （１）受热源设备的，供给的压力不足，或者因 为系统的循环水量超过原设计值，使循环水泵的供给 压力下降，导致水力失调。 （２）管网设计不合理，或者管网堵塞造成系统的压 １水力失调现象 １．１水力失调概念与类型 热水供热系统中各热用户的实际流量与设计流 量之间的不一致性，称为该热用户的水力失调，水利 力损失过大，超出了热源设备所提供的压力，导致水 力失调。 （３）热网失水严重，超过了补水设备的补水能力， 系统因缺水而不能维持需要的压力，导致水力失调。 （４）系统缺少合理分配水量的手段，为解决末端用 失调可以用热用户实际流量和设计流量的比值来衡 量供热系统水利失调的程度，即 ｘ＝Ｖｓ Ⅲ 式中：Ｘ为水力失调度； （１） 户不热的问题而加大循环水量，因而增加了管网的压 力损失造成系统压力不足，导致水力失调。 Ｖ。为热用户实际流量，ｍ３／ｈ； 为热用户设计流量，ｍ３／ｈ。 （５）供热管网新接入热用户或停运部分热用户，全 网阻力特性改变，导致水力失调。 （６）热用户室内水力工况改变，比如随意增减散热 器或开关阀门等，导致水力失调。 （７）随意调整网路分支阀门或用户入口阀门，导致 水力失调。 当水力失调度等于１时，供热系统便处于热平衡 状态；水力失调度偏离１越大，供热系统水利失调越 严重。水利失调一般分为一致失调和不一致失调，一 致失调是指各热用户水力失调度都大于或都小于１； 收稿日期：２０１０—０５．０３：修回日期：２０１０．０５．０６ １ １．３水力失调解决办法 要彻底解决供热系统中的水力失调问题，必须在 供热管网中安装适宜的水力平衡阀，进行科学的水力 平衡调试。 ２平衡阀调节原理 平衡阀属于调节阀范畴，它的工作原理是通过改 变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流体流经阀门的 流通阻力，达到调节流量的目的。从流体力学观点看， 平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件，对 不可压缩流体，由流量方程式可得： ｎ：上．１ ： ［２１ 、‘、／ Ｖ Ｐ 令Ｋｖ ‘、／ ，则Ｑ＝Ｋｖ。 （２） 式中：Ｏ为流经平衡阀的流量，ｍ３／ｈ； 毛为平衡阀的阻力系数； Ｐｌ为阀前压力，ｋｇ／ｍ ； Ｐ２为阀后压力，ｋｇ／ｍ ； Ｆ为平衡阀接管截面积，ｍ ； Ｐ为流体的密度，ｋｇ／ｍ ； Ｋｖ为阀门系数。 由上式可以看出，当Ｆ一定（即对某一型号的平 衡阀），阀门前后压降Ｐ１一Ｐ２不变时，流量Ｑ仅受平衡 阀阻力影响而变化。毛增大（阀门关小时），Ｑ减小；反 之，乏减小（阀门开大时），Ｑ增大。平衡阀就是以改变 阀芯的开度来改变阻力系数，达到调节流量的目的。 对某一型号平衡阀来说，Ｋｖ是毛的函数，也就是 说平衡阀每一个开度值都对应一个Ｋｖ值，即阀门系 数Ｋｖ由开度而定。通过实验台实测可获得不同开度 下的阀门系数，因此，只要在现场测出压差，根据公式（２）， 就可以计算出流量Ｑ，平衡阀便可作为定量调节流量 的节流元件。 ３ 常见平衡阀工作原理及技术特点 目前，国内供热系统中常见的平衡阀主要有静态 平衡阀、自力式流量控制阀、自力式压差控制阀和动 态阻力平衡阀。 ３．１静态平衡阀 静态平衡阀也叫做手动调节平衡阀或数字锁定 平衡阀，它是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改 变各支路阻力系数，从而达到按设计流量分配各支路 流量的目的。该阀阀杆处设有阀门开度指示和阀门锁 定装置，阀体进出口侧设有２个测压管。在管网平衡 调试时，用软管将被调试的平衡阀测压阀与专用智能 仪表连接，仪表显示出阀门的流量值，经与仪表人机 对话，输入管路系统需要的流量值，仪表便显示出达 到水力平衡时阀门的开度。静态平衡阀一经调好锁 定，各支路阻力系数保持不变，当供热管网总循环水 量发生变化，各支路流量也会同比例增减，仍能起到 热平衡的作用。 由于静态平衡阀调试较为复杂，且供热管网水力 工况一旦发生变化，整套供热系统就要重新调试，因 此，在新建供热系统中已很少采用该阀。 ３．２ 自力式流量控制阀 自力式流量控制阀也叫做动态流量平衡阀，它是 根据系统工况（压差 变动而自动变化阻力系数，在一 定的压差范围内，可以有效地控制通过的流量保持一 个常值。该阀是一个双阀组合，即由一个手动调节阀 和一个自动平衡阀组成。图１为某种自力式流量控制 阀结构示意图。 流量显示窗 图１ 自力式流量控制阀结构示意图 图中Ｐ１为阀门进口压力，Ｐ２为手动阀塞与自动 阀塞之间压力，Ｐ３为阀门进口压力。阀中手动阀塞的 作用是设定流量，自动阀塞的作用是维持压差 △Ｐ＝Ｐ１一Ｐ２恒定，对于手动阀塞来说，流量Ｑ＝Ｋｖ・ （Ｐ１．Ｐ２），式中Ｋ、，为手动阀塞的流量系数，Ｐ１．Ｐ２为手 动阀塞两侧的压差。Ｋｖ的大小取决于手动阀塞开度， 开度固定，Ｋｖ即为常数。那么只要Ｐ１．Ｐ２不变，则流 量Ｏ不变。而Ｐｌ—Ｐ２的恒定是由自动阀塞控制的。当 进出口压差Ｐ１一Ｐ３增大，则通过感压膜和弹簧的作用 使自动阀塞关小，从而维持Ｐ１一Ｐ２的恒定；反之Ｐ１一Ｐ３ 减小，则自动阀塞开大，从而维持Ｐ１．Ｐ２的恒定；手动 阀塞的每一个开度对应一个流量，开度和流量的关系 由实验台试验标定。 自力式流量控制阀控制对象为系统流量，它可以 在一定范围内吸收的压力波动，保证系统的水力 平衡，减少调整的工作量，提高供热质量。但它不支持 所控制系统内部的自主调节，即被控系统内部自主调 节时，系统内部各分支流量进行重新分配，总流量仍 保持不变，因此，起不到系统内自主调节节能的目的。 ３－３ 自力式压差控制阀 自力式压差控制阀也称动态压差控制阀，它是根 据系统压差变动自动调节阀门开度，从而达到供回水 压差恒定的目的。自力式压差控制阀按照安装位置分 为供水式和回水式，二者不可互换使用。图２为回水 式结构示意图。 图中Ｐｌ为通过导压管传至感压膜上部的供 水压力，Ｐ２为被控环路的回水压力，Ｐ３为的回水 压力。当的供回水压差Ｐ１一Ｐ３增大，则感压膜带 动阀瓣下移，使阀的阻力增大，压差Ｐ２一Ｐ３增大，从而 使压差Ｐ１一Ｐ２保持不变。反之，当供回水压差Ｐｌ—Ｐ３ 减小，则感压膜带动阀瓣上移，使阀的阻力减小，压差 Ｐｌ—Ｐ２仍保持恒定。 导压管 图２ 目力式压差控制阀结构不意图 当被控环路内部的阻力发生改变，比如某一支路 关断，则环路的总阻力增大，压差Ｐｌ—Ｐ２增大，但随之 感压膜的受力平衡被打破，阀瓣下移，阀的阻力增大， 又使压差Ｐ２一Ｐ３增大，Ｐ２又回升到原来的大小，即压 差Ｐ１一Ｐ２不变。 可见，无论是压力出现波动，还是被控环路 内部的阻力发生变化，自力式压差控制阀均可维持施 加于被控环路的压差恒定。 ３．４动态阻力平衡阀 动态阻力平衡阀是在自力式流量平衡阀的基础 上改造而成的，其阀体结构及工作原理同自力式流量 平衡阀基本相同，区别在于动态阻力平衡阀比自力式 流量平衡阀多一套导压孔锁闭旋钮。导压孔打开，该 阀就是一个自力式流量平衡阀，导压孔关闭，该阀就 变成了静态平衡阀。 当供热管系统关停或并入部分分支系统，管网阻 力特性发生变化，只要打开所有动态阻力平衡阀的导 压孔，系统便恢复到动态平衡调节状态，待各分支系 统重新平衡后，再锁闭导压孔，该阀又变成了静态平 衡阀。动态阻力平衡阀调试简单，不需要专门仪表，有 效弥补了静态平衡阀调试复杂的缺陷。该阀在变流量 供热系统中具有广泛的应用前景。 ４平衡阀在各类供热系统中的选用 供热系统根据水力工况特征分为定流量系统、热 用户变流量系统、热源变流量系统，各系统对平衡阀 的选用具有不同的要求。 ４．１定流量系统 定流量系统是指供热站总循环流量和各热用户 分支流量都不发生改变的系统，主要存在于公用建筑 和未实行分户计量的民用建筑中。该系统以质调节为 主，循环流量恒定不变，管网阻力特性相对稳定，因 此，适合选用静态平衡阀和自力式流量平衡阀。 ４．２热用户变流量系统 热用户变流量系统指热用户根据室内温度需要 自主调节循环流量的系统，主要存在于实行供暖分户 计量的民用建筑中，为节省暖气费，热用户一般都主 动调节户内循环流量。热用户变流量系统适合选用自 力式压差平衡阀。当某分支环路流量减小时，管路压 降减小，管路分支处支用压头升高，自力式压差平衡 阀及时把环路中过剩的压头传送到主管网，主管网供 回水压头升高，各分支环路入口处支用压头也相应升 高，各支路自力式压差平衡阀又及时把升高压头拒之 于环路以外，从而保证了各环路间的水力平衡。 ４＿３热源变流量系统 热源变流量系统是指供热站根据气温变化不断 调整供热循环流量的系统，即气温降低，增大循环流 量，气温升高，减小循环流量。该系统为质调节与量调 节相结合的供暖方式，随着国内供热节能技术的不断 深化，热源变流量系统将逐渐成为今后的主要供热形 式。热源变流量系统适合选用静态平衡阀和动态阻力 平衡阀。由于该系统各环路阻力系数不变，即各路流 量分配比例也就不变，当供热系统总循环流量减小 时，各环路流量也就同比例减小，反之亦然。虽然也是 水力失调现象，但该失调为等比失调，不影响热量在 各支路中均衡分配。 ５结语 通过以上论述，我们可以得出结论，在供热系统 中，合理地选用水力平衡阀以及采用正确的方法进行 系统调试，可以极大地改善系统的水力特性，使系统 接近或达到水力平衡，从而既保证了热用户的供暖效 果，又节省了能源。 参考文献： ［１］李德英．供热工程【Ｍ］＿］ 京：中国建筑工业出版社，２００４． 【２】徐伟，邹喻．供暖系统温控与热计量技术［Ｍ】．北京：中国计划出版社， ２０００． 作者简介：孙清典（１９７３），男，山东滕州人，山东科技大学水电暖管理 办公室副主任，工程师，注册造价工程师，水暖与通风专业，从事水电 暖管理方面的研究（ｓｑｄ７３０２０８＠１６３．ｃｏｍ）。 ３
