控制调节设备在热力入口上的合理使用

       随着热量计量收费体制的改革，每个散热器上都开始安装温控阀。所以供暖运行中随着用户对温控阀的不断调节，热网流量不断变化。这样热网成为变流量运行，流量调节的主动权掌握在用户手中，而且热力公司将无法预知和控制流量的变化。在这种温控阀的变流量运行的情况下，调节控制装置必须正确装设才能发挥作用。否则，会使系统不仅达不到调节要求，有时还会起反作用。 
    1、调节装置 
    1.1、自力式流量控制阀 
    该阀的特点是不需要外接动力，依靠流体流动的特性，在上和/或下游的阻力在一定范围内发生变化时，它可以通过管道内压力的变化自行调节开度，从而使流量基本保持不变。 
    1.2、平衡阀 
    从调节基本原理上看，平衡阀实际上就是一种有开度指示的手动调节阀。在平衡阀的上游、下游端各装一个测压孔，用来测量流体通过阀门的压降。使用时，测得阀门压降和读出开度，即可算得通过阀门的流量。其作用相当于调节阀和等效孔板流量仪的组合，使各个支路的流量分配达到要求。当总循环泵变速运行时，各个支路的流量分配比例保持不变。 
    1.3、自力式压差控制阀 
    自力式压差控制阀的特点与自力式流量控制阀类似，它也不需要外接动力，仅依靠流体流动的特性，在上和/或下游的阻力在一定范围内发生变化时，它可以通过管道内压力的变化自行调节开度，从而使流体通过阀心时压降的变化来弥补管路阻力的变化，使用户的入口压差基本保持不变。 
    这里仅讨论上述三种调节设备，而且这些调节设备不是装在供暖立管上，而是装在楼的热入口处。 
    2、未装温控阀定流量运行系统的调节控制 
    这里所说的定流量运行是指在整个采暖季内热网的流量都保持不变。 
    2.1、直连网 
    一般来说，直连网以热力站为界分为主网和支网两部分，从热源到热力站为主网，从热力站到热用户为支网。 
    2.1.1、主网调节 
    主网的控制策略是调节热力站的供水阀开度，使所有热力站的回水温度趋于一致。主网应配备微机控制，这样可以保证供热质量，同时又降低运行费用。但当投资受限或热网较小、热网规模比较稳定时，也可不用微机控制，而采用比较简单的、在下面支网中所叙述的调节方法。 
    2.1.2、支网调节 
    由于热网微机控制投资高，因此一般只控制主网。对于支网，可以有多种调节方法。 
    2.1.2.1、手动调节 
    手动调节各支路的相关阀门，使各个用户的流量基本达到设计流量。但支路上一般没有流量测量装置，因此不能直接观测流量来判断调节是否达到要求。方法有两个：通过观测各个支路的回水温度，不断调节支路的阀门，使各支路的回水温度接近一致；或者用手提式超声波流量计观测每个支路的流量来调节，就可以把各个支路的实际流量调到设计要求值。利用回水温度来调节需要比较长的调节周期，因为建筑物的热惰性较大；利用手提式超声波流量计调节简单易行，不过需要购置相应的设备。 
    2.1.2.2　自力式流量控制阀 
    在各个支路上或热入口安装自力式流量控制阀，调整该控制阀的设定旋钮，使其流量指示达到设计流量的要求。这样，在运行时各支路的流量基本可以达到设计要求。 
    2.1.2.3　平衡阀 
    在各个支路上或热入口安装平衡阀，按照平衡阀的调节方法，根据支路的设计流量，调节平衡阀的开度使其流量达到设计要求。这样，在运行时各支路的流量就可以达到设计要求。 
    2.1.2.4　自力式压差控制阀 
    在各个支路上或热入口安装自力式压差控制阀，调整该压差控制阀的设定旋钮，使其压差指示值达到设计资用压头的要求。一般来说，设计者给出的设计流量与实际所要求的流量应比较接近，因此上两种调节方法比较准确；而资用压头不仅与设计流量有关，而且与管路阻力系数有关，但支路的实际阻力系数可能与设计值相差较大，这样即使把实际压差调节到了设计资用压头，有可能由于阻力系数的差异造成实际流量达不到设计流量，从而造成冷热不均匀。 
    2.1.2.5　调节方式的比较 
    对于全供暖季都采用一个固定流量的供热网而言，上几种调节方式均可以使用。手动调节和平衡阀调节属于同一种类型的调节方法，实际上都是初调节，即在调节完成后保持各支路流量的分配比例达到要求，但当供热网增加新用户或原有用户工况发生变化后，流量分配比例发生了变化，因此又需要进行重新调整。同时，在调节过程中由于各个用户之间的耦合关系，如把A用户流量调整到了设计要求值，但当调节B用户后，由于耦合作用，A用户的流量又发生了变化，如耦合严重，还需要重新调整A用户。因此，利用这种调节方法，在各个用户耦合严重时一定要作好解耦处理。 
    自力式流量控制阀和自力式压差控制阀与上述两种调节方式不同，它的作用不是保证流量分配比例，而是保证该阀门所负责的支路上流量（压差）保持不变。因此当供热网增加新用户后，原有支路的流量受到影响后它可以自动调节来适应这种变化，从而保持该支路的流量不变，原有支路的自力式流量（压差）控制阀不需要重新进行调整。 
    当然，所有调节方式均要对系统增加一定阻力，而且要求系统要有足够的调节余量。 
    2.2、间连网与混连网 
    从控制角度看，混连网和间连网的区别在于热力站对二次网供水温度的控制方法不同。对于间连网，调节该热力站一次网的阀门来控制二次网的回水温度，调节二次网循环水泵的流量来控制二次网的供水温度；对于混连网，同样也是调节该热力站一次网的阀门来控制二次网的回水温度，但二次网的供水温度是通过调节混水泵的流量来控制的。 
    在间连网或混连网的一次网中，每一个热力站相当于一个热用户，因此一次网相当于一个直连网，则上述直连网的调节方法也适用；对于二次网，热力站相当于热源，二次网相当于一个直连网，则上述直连网的调节方法也完全适用。因此，直连网的调节方法可以推广到间连网和混连网。 
    3、未装温控阀分阶段变流量运行系统的调节控制 
    分阶段变流量是把整个采暖季分为几个阶段，在每个阶段内流量保持不变，但从某一阶段过渡到另一阶段时，流量发生改变。例如整个采暖季分为供暖初期—严寒期—供暖末期三个阶段，热网流量为小流量—大流量—小流量三个流量值。从整个供暖季看，流量不再是完全固定不变。因此对于这种运行模式，上节所述调节方法就不一定全部合适。 
    从上节所述可以看出，只要对直连网的调节论述清楚，间连网、混连网的调节就可以举一反三推知。因此，这里仅以直连网为例进行分析。 
    3.1、自力式控制阀 
    在这种运行模式下，自力式流量控制阀就不再适用。因为自力式流量控制阀的设定流量一般都为系统的设计工况流量，其适用于在整个供暖季热网流量都保持不变的运行模式。例如当运行工况不在设计工况流量时，自力式流量控制阀的自动调节功能就会发挥作用，使该路的流量尽量接近设计工况流量。在供暖初期和末期小流量运行时，整个热网的流量变小，例如为设计流量的75％时，各个用户的流量也应变小到75％。在靠近热源的用户，其自力式流量控制阀感应到实际流量（75％）小于设定流量（100％），则自力式流量控制阀会自动开大，使流量尽量接近设定流量。因此，近端用户的实际流量大于所需而过热，远端流量必然小于所需而过冷。当然，在严寒期流量为100％时，自力式流量控制阀保证各个用户的流量达到要求，从而使所有用户供热均匀。 
     自力式压差控制阀的调节特性与自力式流量控制阀相同，因此在这种运行模式下会发生同样的情况。也就是说，在这种运行模式下自力式压差控制阀也不适用。 
     3.2、平衡阀 
     平衡阀非常适合这种运行模式。因为一当平衡阀调节完毕，其本身并不具有如自力式流量、压差控制阀根据工况变化进行自调节的功能。因此，当总流量发生变化时，平衡阀可以保持各个用户流量等比例的变化。例如，总流量为设计流量75％时，分配到各用户的流量也为75％。因此，在这种运行模式下平衡阀可以保证在每个阶段内流量分配都达到使用要求。 
     4、装温控阀后系统的调节控制 
     在实施按热量计量收费后，室内系统可以分为两类：一类是有共用立管且户内为双管系统，另一类是带跨越管的垂直单管系统或者是有共用立管且户内为带跨越管的水平单管系统。在温控阀调节后，这两类系统对总流量的影响是不相同的。图1表示了系统的控制原理。图中A、B、N用户热入口的控制阀可以为自力式流量控制阀，也可以为自力式压差控制阀或平衡阀，温控阀表示对应热用户内部的全部或部分温控阀，未划出散热器。室内系统可以是上述两类系统中的任何一种。 
     4.1、有共用立管且户内为双管的系统 
     随着室内负荷的变化，温控阀将随之而自动变化。这样通过散热器的流量也随之变化，这就意味着热网的流量随时都在变化。 
     4.1.1　热入口控制阀为自力式流量控制阀 
     自力式流量控制阀的功能是在工况发生变化时尽量保持该管路的流量不变。装温控阀后管路流量在不断变化，显然与自力式流量控制阀的作用相矛盾。如果在装温控阀的管路上再装自力式流量控制阀，对温控阀的调节作用有害而无一利。如图1，当室内负荷减少时，温控阀自动关小，则相应管路流量应减少；但如果该管路有自力式流量控制阀，则自力式流量控制阀感知流量减少后会自动开大，从而使管路流量增加达到其保持管路流量不变的目的。这时管路流量的相对增大（实际是保持原流量不变），又导致温控阀的进一步关小，如此形成循环，最后导致温控阀关到最小，而室内温度仍可能高于要求，反之亦然。因此，装温控阀的有共用立管且户内为双管的系统不能再装自力式流量控制阀。 
     4.1.2　热入口控制阀为平衡阀 
       平衡阀实际上起一种初调节的作用。平衡阀初始调整时，是根据设计工况下各个管路的流量来调节的。当全部平衡阀初始调整完成后，且在管路阻力系数不再发生变化的情况下，各管路的流量分配比例保持不变。当管路阻力系数变化后，则流量分配比例也随之发生变化。在温控阀动作后，本质上讲是温控阀的阻力系数发生了变化，这时相应管路流量也就发生了变化。因此，温控阀和平衡阀的作用并不发生矛盾。 
     装温控阀后，温控阀的实际开度随着负荷的变化而变化。假如图1中B管路上的用户负荷增加，则该管路上对应的温控阀开大，导致该管路流量增大。但若除B管路外的其它所有用户负荷都没有变化，按理说它们所对应的温控阀和其所要求的流量都不应变化。但由于B管路流量发生变化，必然要影响到总流量增大，从而又导致其它管路如A、N的流量发生变化。前面已假设除B外的用户负荷都没有变化，因此A、N管路上的温控阀本不应动作。但由于受B管路流量变化的影响，A、N管路上的温控阀也必须动作，进行必要的调节。也就是说，装了平衡阀后管路之间还存在着相互影响，促使平衡阀不断动作调整。 
     另一方面，如果除N管路外的用户都要求流量增大，将有可能总流量过大而导致在N用户处的资用压头不够，即使N管路上温控阀都开到最大，也有可能满足不了要求。 
     总之，装平衡阀进行初调节比盲目的手动初调节能更好的保持温控阀发挥正常作用。但是平衡阀不能消除支路之间的相互耦合影响，同时有时还不能满足温控阀的调节要求。 
     4.1.3　热入口控制阀为自力式压差控制阀 
     自力式压差控制阀和温控阀相配合能够很好地保证温控阀正常发挥作用。图1对应的用户A负荷减少时其温控阀关小，相对应的管路流量减少，因此造成总流量减少，系统水压图发生变化。如图2中的实线表示温控阀没有调整之前的水压分布，△P为用户所要求的资用压头；虚线表示温控阀调整之后的水压分布。由于总流量减少，干管上压力损失也减少，外网给A用户处所提供的资用压头提高到△P′。如果A用户没有装自力式压差控制阀，则由于外网提供的资用压头增大，温控阀又会进一步关小，如此反复形成正反馈，使温控阀无法正常发挥其功能。但如果装自力式压差控制阀，自力式压差控制阀可以根据压差的变化而自动调节关小，压差控制阀消耗掉2倍的△P″，使外网提供给的用户资用压头（△P′－2×△P″）基本保持不变，仍等于△P，这样就不会对温控阀形成正反馈的影响。 
     4.2、带跨越管的垂直单管系统或有共用立管且户内为带跨越管的水平单管系统 
     带跨越管的垂直单管系统，由于温控阀的作用，使通过散热器的流量随室内负荷变化而变化，但跨越管的分流作用使得立管的总流量却保持基本不变。因此，此时热网基本上是在定流量运行。这样，该系统对使用调节阀的要求，如同前面所述的定流量运行系统一样，使用自力式流量控制阀是最合适的。 
     5、结论 
     5.1、为了使热网能够保证满足用户的采暖要求，热网应有正确的调节系统。这包含两方面的含义，一方面热网应装备适用的调节设备；另一方面热网还应配备正确的调节策略，两者缺一不可。 
     5.2、用户是否装温控阀，对热网运行模式有极大的影响和明显不同的要求，而且这种差异是具有变革性的。 
     5.3、未装温控阀的定流量运行系统虽然可以使用自力式流量、压差控制阀或平衡阀，但相对而言，自力式流量控制阀更为恰当。因为平衡阀在初调节时不如自力式流量控制阀方便明了，而在使用自力式压差控制阀时，由于没有准确的管路阻力系数，从而缺乏准确的压差调节设定值。 
     5.4、未装温控阀分阶段变流量运行系统只能使用平衡阀，如果使用自力式流量或压差控制阀，则当系统进行变流量后就会出现近端用户过热，远端用户不热的现象。 
     5.5、装温控阀的双管系统应装自力式压差控制阀，而不能再装自力式流量控制阀或平衡阀。如用平衡阀，容易造成温控阀之间相互耦合影响；而如果使用自力式流量控制阀则会形成近热远冷的供热不均匀现象。但装温控阀的带跨越管的单管系统使用自力式流量控制阀更为恰当。 
     5.6、无论上述哪一种系统均可以应用微机控制，但对于不同系统，控制策略应不同。考虑到投资与管理，最好的系统应是一次网微机控制和二次网合理使用上述调节设备的结合。