热源主动变流量运行时热网水力平衡的最佳选择—动态阻力平衡阀

目前许多供热企业为了降低运行成本，热网采用以热源为主动变流量方式运行，但现有的热网水力平衡产品、 自力式流量控制阀、自力式压差控制阀不能满足其运行工况，需要一种适合当前以热源为主变流量系统的控制阀，满足供热系统不同时期的不同需要。河北同力自控阀门制造有限公司开发的动态阻力平衡阀能够满足了这一需求。该阀具有流量阀功能，增设了阻力锁闭功能及压差阀功能，其各项功能由转向开关自由转换。
【关键词】以热源为主动变流量系统 以用户为主动变流量运行 动态水力失调 动态阻力平衡
前 言：
近年来，由于能源危机日益严重，煤价不断飙升，各供热企业为了降低成本增加企业效益，热网循环水泵配备了变频器；室外温度补偿装置等。运行期间，在室外气温变化时水泵变流量运行，实现节电、节能的目的。这种采用气候变化控制热源循环水泵的转速变流量运行模式称为热源主动变流量运行模式。但是，运行中循环流量始终高于设计状态下的流量，没有达到最佳运行工况，节能潜力远远没有挖掘出来。其原因是：供热管网选择的水力平衡产品，在循环水泵流量变化时，热网的阻力随着变化，热用户出现了动态水力失调，循环水量降不下来，使变频设备不能发挥应有的功能，不能达到预期的效果。因此，需要开发一种新型的水力平衡产品来满足此运行工况。
目前几种热网水力平衡产品的适用情况分析。
一． 自力式流量控制阀
1. 自力式流量控制阀的特点
自力式流量控制阀是目前应用最多最广泛的水力平衡产品之一，具有操作简单，性能稳定等特点，安装自力式流量控制阀的热用户，可按设计一次调节达到平衡状态。
2. 自力式流量控制阀的工作原理，如右图所示；
自力式流量控制阀其结构是由自动阀芯，手动阀芯组成。对于手动调节阀组来说，流量G=Kv(P2-P3),Kv的大小取决于开度，开度不变，则流量G不变，而P2-P3的恒定是由自动平衡阀组控制的。比如进口压差P1-P3增大，则通过感压膜和弹簧的作用使自动平衡阀组关小，使P1-P2增大，从而维持P2-P3的恒定；反之P1-P3减小，则自动平衡阀组开大，使P1-P2减小，维持P2-P3的恒定。既在管网压力变化时，自动阀芯就会在压力的作用下自动开大或关小阀口来维持设定流量数值不变。
3. 自力式流量控制阀的适用场合
自力式流量控制阀只能适用于定流量的质调节系统。当系统进行以热源为主动变流量调节时，或者说通过其他手段（变频、减少循环泵数量、换小循环泵等）减小系统的流量时，管网的压力会减小，热网近端用户由于压力的变小，流量阀自动阀芯就会开大，维持原来的流量恒定，流量变化只是远端用户的流量变化。近端用户和远端用户不能随着总流量变化而等比变化（在各并联管段中，任何一个管段的特性阻力数S值发生变化，网路的总特性阻力数也会随之改变，总流量在各管段中的分配比例也相应地发生变化）。这就势必会造成热网的动态水力失调，远端用户达不到用热要求。所以安装自力式流量控制阀的热网不能采用变流量运行模式。目前许多供热企业选择变频、多泵、少泵、大泵、小泵实现变流量运行，热网水力平衡选用自力式流量控制阀是错误的。
当用户主动变流量运行时，阀后用户需要增加流量时，由于自力式流量控制阀的限制，流量增不上去；当阀后用户需要减少流量时，用户之间就会相互干扰，自力式流量控制阀就成了只能消耗水泵功率的无用阀。所以，不管是以用户为主动变流量的热网还是以热源为主动变流量的热网都不能应用自力式流量控制阀。自力式流量控制阀只适用于定流量的质调节系统。
二．自力式压差控制阀
1. 自力式压差控制阀的特点
自力式压差控制阀也是目前应用最多最广泛的水力平衡产品之一，具有操作简单，，快捷等特点，安装自力式压差控制阀的系统，可以根据热用户内部的阻力情况，合理确定压差满足不同用户的要求。
2. 自力式压差控制阀的工作原理
恒定被控用户压差，消除外网压力波动。（如右图所示）当管路中供水压力P1增大，则供回水压差P1-P3增大，感压膜带动阀瓣下移，关小阀口，使P2增大，从而维持P1-P2（施加于被控环路的压差）恒定；反之，供水压力P1减小，则感压膜带动阀瓣上移，P2减小，使P1-P2恒定不变。
3. 自力式压差控制阀的适用场合
自力式压差控制阀不适用以热源为主动变流量调节系统，当系统进行以热源为主动变流量调节，（变频、减少循环泵数量、换小循环泵等）减小系统的流量时，管网的压力会减小，热网近端用户由于压力的变小，压差阀自动阀芯就会开大，维持原来的压差恒定，流量变化只是远端用户，使远端用户流量严重不足。近端用户和远端用户不能随着总流量变化而等比变化不能保持水力平衡工况，热网出现动态水力失调。反之，循环水泵根据室外气候降低，需要增加循环水量时，用户阀门开度没有变化，用户压差由于自力式压差控制阀的控制，使用户的流量增不上去安装自力式流量控制阀的热网不能采用变流量运行模式。所以自力式压差控制阀不适用以热源为主动变流量调节系统。
自力式压差控制阀适合以用户为主动变流量运行的热网。热网流量的变化取决于用户的用热要求，热源的变化与调控以用户为主，用户需要多少热量，热源就得提供多少热量。当用户室内温度达到设计值时，户内恒温阀自动关小，用户回水压力降低，压差增大，压差阀就会配合恒温阀工作，自动关小阀口来恒定用户压差。那么变频器根据所感知的用户需求，自动调节变频水泵运行，从而达到变流量节能运行。
以用户为主动变流量运行有个前提，用户必须安装恒温阀等自控装置，热力入户入口安装自力式压差控制阀才能实现。
户内安装恒温阀，热力入户入口安装自力式压差控制阀，热网循环水泵采用变频控制。这种以用户为主动变流量的变流量运行方式是今后的发展方向，也是最节能的。
三．手动平衡阀
手动平衡阀是常用的老水力平衡产品，它适合以热源为主变流量的水循环系统。调节时各用户之间流量相互耦合作用，但真正把庞大的热用户调节平衡是很难实现的。手动平衡阀操作复杂，需配备智能仪表，即使有专业的技术人员，也很难使用户达到平衡状态。比如20万平米的小区，约用平衡阀200只，使用智能仪表调试，每只用时1.5小时，约需要300小时，一天工作10小时，也得一个月时间才能完成一次管网调节。由于用户流量的耦合现象不能一次完成调节。利用阀门kv值及阀门曲线来确定阀门开度的方法不适合精细化管理的需求。因此手动平衡阀虽然适合以热源为主变流量的水循环系统也是只适用于小面积的楼宇自控系统中。所以此产品没有得到广泛使用。
分户热计量势在必行，以用户为主的变流量运行方式是最终的方向，手动平衡阀不能适应时代发展方向，实施分户热计量时还得更换阀门，所以需要开发一种即适合当前以热源为主变流量的水循环系统，又适合未来以用户为主的变流量水循环系统的水力平衡产品。来满足市场需求。
四．动态阻力平衡阀
1.动态阻力平衡阀的特点
动态阻力平衡阀具有自力式流量控制阀功能、自力式压差控制阀功能、增设了阻力锁闭功能，其各项功能由转向开关自由转换。具有操作简单，方便，快捷，稳定等特点，可按设计要求分别实现不同的功能。
2.动态阻力平衡阀的工作原理
该产品在保留了自力式流量控制阀的自动平衡阀组、压差自动平衡机构、手动调节阀组、压力控制反馈管路、设定流量的刻度标尺等结构的基础上，增加了阻力锁定装置和压力检测孔。不使用阻力锁定装置时本阀与自力式流量控制阀功能完全相同——具有恒定流量的功能。在热网初调节阶段，锁定装置完全打开，该阀按自力式流量控制阀的调节方法进行调节，热用户的流量很快达到平衡状态，发挥了自力式流量控制阀在热网平衡控制上的优势。然后启动锁定装置，该阀变成了一个具有变流量性能的平衡阀。由于各个热用户平衡了，循环泵再进行变速时，各用户流量将成等比例的变化，依然保持平衡状态。自力式流量控制阀的定流量和平衡阀的变流量，两种功能可以根据具体需要进行转换。分户计量后，接通导压管又可作为自力式压差控制阀使用。
3. 动态阻力平衡阀的适用场合
未实施分户热计量前期，以热源为主变流量调节运行时，本阀打开自力式流量控制阀功能，按用户所需流量调节好，发挥了自力式流量控制阀在热网平衡控制上的优势：自动消除管网的剩余压头及压力波动产生的影响，方便快捷的使热网达到平衡状态。在循环水泵压力、流量、运行状况不变的情况下，启动阻力锁闭功能，锁定用户此时平衡状态下的阻力。（由于各并联管段的特性阻力数S被锁定不变，网路的总流量在各管段中的流量分配比例不变，网路总流量增加或减少多少倍，各并联管段的流量也相应地增加或减少多少倍，即总水流变化30%，各支路用户也同比变化30%，）那么当循环水泵随室外气候变化变流量运行时，热网各支路用户就会随着总循环水量的变化同比变化，实现以热源为主动变量的变流量运行方式。
实施分户热计量后，以用户为主动变流量运行时，也不必更换阀门，打开阻力锁定装置，连接供水导管，开启压差阀功能，动态阻力平衡阀又成为具有可调性能的可调压差阀，配合户内恒温阀来完成以用户为主动变流量的热网调控。动态阻力平衡阀的应用使一种好的热网平衡技术与变流量运行调节有机结合在一起，使以热源为主动变流量的热网调控系统变的可行。此阀会在今后变流量运行的热网中充当重要角色。
五．结 论
1、自力式流量控制阀不适用以热源为主动变流量运行模式，只适合定流量质调节运行模式。
2、自力式压差控制阀不适用以热源为主动变流量运行模式，只适合以用户为主动变流量运行模式。
3、手动平衡阀适合以热源为主动变流量运行模式，但操作复杂，平衡调节难度大，不易将大网调节平衡。
4、动态阻力平衡阀既适合以热源为主动变流量运行模式，又适合以用户为主动变流量运行模式，是与时俱进的好产品。

六，结束语：
预计今后十年中，供热企业将实现由粗放型经营到质量、效益型经营的转变，集中供热的效率、效益的提高，依赖于新技术的发展和水力平衡产品的创新与推广。我公司紧密结合供热企业在供热过程中遇到的技术难点，开发出适时实用的产品使供热企业减少耗能增加收益，为供暖事业的节能减排做出应有贡献。本公司有动态阻力平衡阀的全部动态性能演示装置，望各位同仁参观指导。
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