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摘要：介绍采暖系统中压差控制阀的作用、适用工况、选型方法，探讨了变流量系统常见问题的解决方法。
关键词：变流量；自力式压差控制阀；分户热计量
Differential pressure control valve in variable flow heat-supply system
By Sun Ruijun1，Xiao Shuying2
Tianjin Shangheng Architecture Design Co. LTD,. Tianjin 300221,China
2. Tianjin Chance Architecture Design Co.LTD,. Tianjin 300074,China)
Abstract：Introduction of effect, applicable conditions and selection method of self-operated differential pressure control valve in heating system. Solutions to common problems of variable flow system discussed.
Key words：variable flow system，self-operated differential pressure control valve，measurable heat-supply system
中图分类号： TU833 文献标识码： A
1 引言
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019规定，集中采暖水系统应严格进行水力平衡计算，使并联环路之间的压力损失相对差额不大于15%。该规定是针对静态水力平衡，是指系统中所有末端设备的电动控制阀均处于全开的位置，所有动态水力平衡设备开度也都固定在设计参数位置，这时如果所有末端设备的流量均能达到设计值，则可认为系统达到静态水力平衡。
而分户热计量双管系统，每一组散热器上都安装了温度调节阀或者恒溫控制阀，因此整个系统是变流量运行，末端的压差随着流量的变化而变化，所以除了必须达到静态水力平衡外，还必须较好地实现动态水力平衡。即在系统运行过程中，各个末端设备的流量均能随着负荷变化而变化，而不受其他因素的影响。动态水力平衡实际上包含两方面内容：一是要消除和屏蔽其他分支的流量变化带来的干扰；二是支路自身流量根据负荷的变化有较好的调节性。【1】
1 压差控制阀的特性
1.1 静态水力平衡阀【1】
静态水力平衡阀是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的。其作用对象是系统的阻力，能将水量按照设计计算的比例平衡分配。当系统流量发生变化时，各支路流量同时按比例增减，仍然满足当前气候条件下部分负荷的流量要求，起到水力平衡的作用。静态平衡阀实际上是一个在运行过程中变流量、定阻力系数、变阻力的元件。
1.2 自力式压差控制阀【2】
压差控制阀的基本作用是仅靠被控流体自身能量，在二级管网或热用户系统供回水干管压差变化时，通过自动改变阀门的流通面积调节流量，保持阀后供回水压差不变。因此，压差控制阀是一种定压差、变流量的自动节流阀。其工作特性为：压差控制阀的流量调节范围变化趋势与阀前二级管网压差的变化趋势一致。在压差控制阀直径、压差设定值、阀前二级管网压差确定的条件下，压差控制阀的流量仅与阀后热用户系统阻力的变化趋势相反。当阀后热用户系统阻力不变时，压差控制阀的压差设定值越大，阀后热用户系统的流量调节范围越大。
2 压差控制阀的选型
2.1 选型参数
平衡阀是一个局部阻力可以改变的节流元件，对不可压缩流体，由能量方程可得：
得
其中
，，：平衡阀前后压力及其压差，100kPa
：平衡阀阻力系数
：流经平衡阀流体密度，kg/m³
F：平衡阀接管截面积，㎡
：平衡阀接管内流体平均流速，m/h
G：平衡阀接管内流体流量，m³/h
其中称为阀门的流量系数，其对应不同的开度有不同的值，当阀门全开时，表示为。
压差控制阀在选择压差设定值时，应考虑其管径、所处位置二级管网压差、热用户系统的设计流量等，根据其工作特性曲线进行选择。压差设定值应满足两个条件：第一，保证热用户系统设计最大流量所需压差；第二，压差控制阀流量调节范围与热用户系统流量变化范围相匹配。
2.2 选型实例
河北省沧州市某小区，共有6栋建筑，每栋建筑设一个热力入口，可以看成由6个用户并联组成，如图1。二次侧设计供回水温度85/65℃，其中F#楼为最不利环路，共5层，2个单元，采暖设计总负荷为75kW，环路所需可用压差为30kPa；楼栋采暖热力入口设置自力式压差控制阀，环路设计流量为G=2.64m³/h；户内采用散热器供暖，每户一个环路，户前设置热量表；每个散热器供水管上安装恒温控制阀。采暖系统图如图2，其中采暖热力入口做法如图3：
图1 室外管网结构图
图2 F#楼采暖系统图
图3 热力入口做法
1-流量计；2-温度、压力传感器；3-积分仪；4-水过滤器（60目）；5-截止阀；
6-自力式压差控制阀；7-压力表；8-温度计；9-泄水阀（DN15）；10-水过滤器（孔径3mm）
（1）F#热力入口平衡阀：
对于管段EF上的平衡阀口径按与管径相同选择，选DN50，查样本DN50的自力式压差控制阀流量系数=0.7~39。
当采暖系统流量为设计流量时，即阀门全开情况下的阻力损失：
=0.46kPa
二次网需要提供的资用压头为30+0.46+3=33.46kPa，其中3kPa为附加压头。
（2）A#热力入口平衡阀：
对于其他支路的平衡阀，由于热网采用异程式连接，要先确定其压差消耗，然后与流量结合起来选择口径并确定开度。以A#楼为例，A#楼处于换热站最近端，根据最不利环路的计算结果，可以确定A#的资用压头：
ΔPAA’=ΔPAF’=ΔPAF+ΔPFF’=37kPa+30.46 kPa=67.46 kPa
其中， A#楼G=3.12m³/h，所需作用压力为35.87kPa（包括平衡阀的阻力），故支路AA’上平衡阀需要消耗的压差即67.46-35.87=31.59kPa,
由于需要消耗的压差较大，故应在AA’段设一个静态水力平衡阀消除剩余压头31.59kPa。计算静态水力平衡阀为；为了保证阀门的良好调节性能，阀门开度应为总开度的2/3，查照样本，选择合适的型号及预设定值。
3 应用中应注意的问题
3.1二次侧管网水力失调
目前许多热用户系统热力入口安装了压差控制阀，但二级管网存在较严重的水力失调，常见的原因是没用采用变频循环泵。末端采用变流量设计，二级管网也应按变流量系统设计，二级管网流量的调节范围应与热用户系统流量变化范围一致。
3.2 噪声
压差控制阀出现噪声是运行过程中的常见问题，特别是在二级管网近端（如上例A#楼）。压差控制阀的噪声是由于阀芯与阀孔间流通面积过小，高速水流通过时产生的。当选用的压差控制阀流量调节范围较大，而热用户系统流量较小时，阀芯与阀孔间的流通面积必然变小，使水流速增加，当水流速增加至一定程度就会出现噪声。应根据压差控制阀在二级管网中的安装位置和热用户系统流量变化范围，通过调整压差控制阀压差设定值，使压差控制阀的流量调节范围与热用户系统流量变化范围匹配。在二级管网近端的压差控制阀，通过调整压差控制阀压差设定值仍不能满足要求时，可在压差控制阀前设节流阀抵消部分二级管网压差，使压差控制阀在可调节的压差范围内工作。
3.3 产品自身质量
选用压差控制阀时还应注意产品自身的问题：产品的工作特性曲线平缓说明该产品的性能好、最佳工作区域大、产品适应能力好。
4 结语
热计量变流量供热系统中用户自主调节流量会引起系统管网水利工况的变化，从而导致水力失调。因此应正确进行水力计算和设置压力控制阀：在楼栋热力入口设置自力式压差控制阀，流量调节范围应与末端用户流量变化范围一致；对于外网资用压差远大于末端所需作用压差的情况下，应在自力式压差控制阀前设置静态水力平衡阀抵消多余压头，使自力式压差控制阀能正常工作。压差控制阀的开度应在总开度的60%~90%，以保证阀门的良好调节性，避免噪声等问题的出现。
参考文献
[1] 唐晓川. 变流量水系统中水力平衡问题的探讨[J]. 暖通空调，2009,39(7)
[2] 黄普. 自力式压差控制阀在热用户系统的应用[J]. 煤气与热力，2008,28(7)
[3] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册[M]. 2版. 北京：中国建筑工业出版社.2008
孙瑞君（1988），女，硕士，天津人，毕业于天津城建大学暖通专业，从事暖通空调设计
关键词：变流量；自力式压差控制阀；分户热计量
Differential pressure control valve in variable flow heat-supply system
By Sun Ruijun1，Xiao Shuying2
Tianjin Shangheng Architecture Design Co. LTD,. Tianjin 300221,China
2. Tianjin Chance Architecture Design Co.LTD,. Tianjin 300074,China)
Abstract：Introduction of effect, applicable conditions and selection method of self-operated differential pressure control valve in heating system. Solutions to common problems of variable flow system discussed.
Key words：variable flow system，self-operated differential pressure control valve，measurable heat-supply system
中图分类号： TU833 文献标识码： A
1 引言
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019规定，集中采暖水系统应严格进行水力平衡计算，使并联环路之间的压力损失相对差额不大于15%。该规定是针对静态水力平衡，是指系统中所有末端设备的电动控制阀均处于全开的位置，所有动态水力平衡设备开度也都固定在设计参数位置，这时如果所有末端设备的流量均能达到设计值，则可认为系统达到静态水力平衡。
而分户热计量双管系统，每一组散热器上都安装了温度调节阀或者恒溫控制阀，因此整个系统是变流量运行，末端的压差随着流量的变化而变化，所以除了必须达到静态水力平衡外，还必须较好地实现动态水力平衡。即在系统运行过程中，各个末端设备的流量均能随着负荷变化而变化，而不受其他因素的影响。动态水力平衡实际上包含两方面内容：一是要消除和屏蔽其他分支的流量变化带来的干扰；二是支路自身流量根据负荷的变化有较好的调节性。【1】
1 压差控制阀的特性
1.1 静态水力平衡阀【1】
静态水力平衡阀是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的。其作用对象是系统的阻力，能将水量按照设计计算的比例平衡分配。当系统流量发生变化时，各支路流量同时按比例增减，仍然满足当前气候条件下部分负荷的流量要求，起到水力平衡的作用。静态平衡阀实际上是一个在运行过程中变流量、定阻力系数、变阻力的元件。
1.2 自力式压差控制阀【2】
压差控制阀的基本作用是仅靠被控流体自身能量，在二级管网或热用户系统供回水干管压差变化时，通过自动改变阀门的流通面积调节流量，保持阀后供回水压差不变。因此，压差控制阀是一种定压差、变流量的自动节流阀。其工作特性为：压差控制阀的流量调节范围变化趋势与阀前二级管网压差的变化趋势一致。在压差控制阀直径、压差设定值、阀前二级管网压差确定的条件下，压差控制阀的流量仅与阀后热用户系统阻力的变化趋势相反。当阀后热用户系统阻力不变时，压差控制阀的压差设定值越大，阀后热用户系统的流量调节范围越大。
2 压差控制阀的选型
2.1 选型参数
平衡阀是一个局部阻力可以改变的节流元件，对不可压缩流体，由能量方程可得：
得
其中
，，：平衡阀前后压力及其压差，100kPa
：平衡阀阻力系数
：流经平衡阀流体密度，kg/m³
F：平衡阀接管截面积，㎡
：平衡阀接管内流体平均流速，m/h
G：平衡阀接管内流体流量，m³/h
其中称为阀门的流量系数，其对应不同的开度有不同的值，当阀门全开时，表示为。
压差控制阀在选择压差设定值时，应考虑其管径、所处位置二级管网压差、热用户系统的设计流量等，根据其工作特性曲线进行选择。压差设定值应满足两个条件：第一，保证热用户系统设计最大流量所需压差；第二，压差控制阀流量调节范围与热用户系统流量变化范围相匹配。
2.2 选型实例
河北省沧州市某小区，共有6栋建筑，每栋建筑设一个热力入口，可以看成由6个用户并联组成，如图1。二次侧设计供回水温度85/65℃，其中F#楼为最不利环路，共5层，2个单元，采暖设计总负荷为75kW，环路所需可用压差为30kPa；楼栋采暖热力入口设置自力式压差控制阀，环路设计流量为G=2.64m³/h；户内采用散热器供暖，每户一个环路，户前设置热量表；每个散热器供水管上安装恒温控制阀。采暖系统图如图2，其中采暖热力入口做法如图3：
图1 室外管网结构图
图2 F#楼采暖系统图
图3 热力入口做法
1-流量计；2-温度、压力传感器；3-积分仪；4-水过滤器（60目）；5-截止阀；
6-自力式压差控制阀；7-压力表；8-温度计；9-泄水阀（DN15）；10-水过滤器（孔径3mm）
（1）F#热力入口平衡阀：
对于管段EF上的平衡阀口径按与管径相同选择，选DN50，查样本DN50的自力式压差控制阀流量系数=0.7~39。
当采暖系统流量为设计流量时，即阀门全开情况下的阻力损失：
=0.46kPa
二次网需要提供的资用压头为30+0.46+3=33.46kPa，其中3kPa为附加压头。
（2）A#热力入口平衡阀：
对于其他支路的平衡阀，由于热网采用异程式连接，要先确定其压差消耗，然后与流量结合起来选择口径并确定开度。以A#楼为例，A#楼处于换热站最近端，根据最不利环路的计算结果，可以确定A#的资用压头：
ΔPAA’=ΔPAF’=ΔPAF+ΔPFF’=37kPa+30.46 kPa=67.46 kPa
其中， A#楼G=3.12m³/h，所需作用压力为35.87kPa（包括平衡阀的阻力），故支路AA’上平衡阀需要消耗的压差即67.46-35.87=31.59kPa,
由于需要消耗的压差较大，故应在AA’段设一个静态水力平衡阀消除剩余压头31.59kPa。计算静态水力平衡阀为；为了保证阀门的良好调节性能，阀门开度应为总开度的2/3，查照样本，选择合适的型号及预设定值。
3 应用中应注意的问题
3.1二次侧管网水力失调
目前许多热用户系统热力入口安装了压差控制阀，但二级管网存在较严重的水力失调，常见的原因是没用采用变频循环泵。末端采用变流量设计，二级管网也应按变流量系统设计，二级管网流量的调节范围应与热用户系统流量变化范围一致。
3.2 噪声
压差控制阀出现噪声是运行过程中的常见问题，特别是在二级管网近端（如上例A#楼）。压差控制阀的噪声是由于阀芯与阀孔间流通面积过小，高速水流通过时产生的。当选用的压差控制阀流量调节范围较大，而热用户系统流量较小时，阀芯与阀孔间的流通面积必然变小，使水流速增加，当水流速增加至一定程度就会出现噪声。应根据压差控制阀在二级管网中的安装位置和热用户系统流量变化范围，通过调整压差控制阀压差设定值，使压差控制阀的流量调节范围与热用户系统流量变化范围匹配。在二级管网近端的压差控制阀，通过调整压差控制阀压差设定值仍不能满足要求时，可在压差控制阀前设节流阀抵消部分二级管网压差，使压差控制阀在可调节的压差范围内工作。
3.3 产品自身质量
选用压差控制阀时还应注意产品自身的问题：产品的工作特性曲线平缓说明该产品的性能好、最佳工作区域大、产品适应能力好。
4 结语
热计量变流量供热系统中用户自主调节流量会引起系统管网水利工况的变化，从而导致水力失调。因此应正确进行水力计算和设置压力控制阀：在楼栋热力入口设置自力式压差控制阀，流量调节范围应与末端用户流量变化范围一致；对于外网资用压差远大于末端所需作用压差的情况下，应在自力式压差控制阀前设置静态水力平衡阀抵消多余压头，使自力式压差控制阀能正常工作。压差控制阀的开度应在总开度的60%~90%，以保证阀门的良好调节性，避免噪声等问题的出现。
参考文献
[1] 唐晓川. 变流量水系统中水力平衡问题的探讨[J]. 暖通空调，2009,39(7)
[2] 黄普. 自力式压差控制阀在热用户系统的应用[J]. 煤气与热力，2008,28(7)
[3] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册[M]. 2版. 北京：中国建筑工业出版社.2008
孙瑞君（1988），女，硕士，天津人，毕业于天津城建大学暖通专业，从事暖通空调设计