詳細分析了實行供熱計量改革后的變流量熱水供熱系統的工況，論述了自力式壓差控制閥動水力平衡的機理和功能，設置后可達到節約能源和提高采暖品質!并提出了選型方法和注意事項！ 

引言

能源在國民經濟和科學發展觀中的地位，已成為當今中國社會議論的熱點。 建筑能耗在國民經濟總能耗中占有30%～40%的比重，“三北” 地區的采暖能耗是建筑能耗中的大戶，倍受人們重視；能耗!還是環境污染和生態破壞的根源之一。在生活水平已提高的今天，既要求獲得舒適的室內熱環境!提高生活品質和工作效率，又要求最大限度地節約能源。 為此，政府提出供熱改革，出臺了一系列政策和法規：規定“新建住宅熱水集中采暖系統，應設置分戶熱計量和室溫控制裝置”；實行按用熱量收費，以及可分室調控溫度的技術措施，以提高節能意識和實踐行為節能!提高能源利用效率。這就引起了供熱采暖系統的變化：將傳統的集中質調節的定流量系統變為以用戶自主調節為主的變流量系統。

1變流量系統

1.1室溫調節與變流量系統

傳統的供熱采暖系統為定流量系統，因設計和運行過程中不考慮進行流量調節，為適應氣候變化及供熱系統負荷的不同只能由鍋爐房或換熱站進行供熱送水溫度的調節，即質調節，末端用戶無室溫調節裝置。所以，這種供熱采暖系統的采暖品質較低，人們只能獲得統一“供給”的室內溫度；而且由于熱力平衡及水力平衡的不到位，會出現有的室溫過高需開窗降溫，有的室溫過低挨凍，或“大流量小溫差”運行!熱能利用效率低下。 由此可見定流量集中質調節系統存在弊端!應由變流量系統替代。

1.2變流量系統特點

供熱采暖熱水系統設置室溫控制裝置(如散熱器恒溫控制閥)后，該系統即為變流量系統。

這是由于用戶對室內溫度和節能節費的需求進行熱水流量調節，以及采暖負荷變化的自動熱水流量調節等因素引起的。這種調節是隨機的、動態的，會引起各房間散熱器流量的干擾和水力失調!如不采取技術措施!它會使調節效或減效。 浪費能源及降低采暖質量。為了減弱和消除上述干擾，設置自力式壓差控制閥是一項經濟有效的途徑。

2自力式壓差控制閥特性及應用

2.1構造和恒壓差機理

自力式壓差控制閥分為直通安裝式和旁通安裝式，直通安裝式又分為回水管安裝式和供水管安裝式。它們構造不同，但作用機理相同或相似（旁通式差別較大）。本文以直通回水管安裝式說明其機理，見圖1、2、3。

圖1為壓差控制閥構造示意圖屬控制壓差可調的、雙閥座調節閥類型。圖2為工作機理方框圖。圖3為工作時閥芯/感壓膜受力圖。由圖1所示，感壓膜、閥桿、閥芯及彈簧的一端固結在一起，工作時ΔL方向受力和位移相同。P1為被控系統供水壓力；P2為被控系統回水壓力；F0為工作彈簧預壓縮力；F1為水流對閥芯在ΔL方向的不平衡力，因很小，除對控制精度有影響外可忽略不計。因此有：(P1-P2)A=ΔP.A=F0

式中：A-感壓膜有效面積。由彈簧靜力學可知，當彈簧在彈性變形極限內，則有F0=K.L0+K.ΔL。式中：k為彈簧剛度，常數；L0為預壓縮量；ΔL為閥芯行程；控制壓差ΔP.A和彈簧的彈力F0相平衡。由于閥芯的行程與預壓縮量相比很小，可忽略不計，則有F0≈k.L0。因此，彈簧的一個預壓縮量(力)對應一個控制壓差，調節預壓縮量可獲得相應的控制壓差，還可以通過閥門設計，根據壓差控制精度的要求（如為±7.5%)，選擇相應的彈簧剛度、預壓縮量、感壓膜面積、全行程等參數。在此條件下，可以認為ΔP只和F0相對應和在精度范圍內基本恒定。

雙閥座壓差控制閥與單閥座壓差控制閥相比，水流不平衡力F1較小，動態水穩定性較好，有利于提高壓差控制精度。

2.2 工作狀態分析

圖4為閉式循環的供熱彩暖系統，自力式壓差控制閥為回水管安裝方式。當被控系統的用戶4（4a、4b、4c、…………中任一個或多個同時）進行調節，如為6a關小，則系統總阻力增加，P2降低，則ΔP=P1-P2增加，未調節的用戶b、c將受其影響，流量增大。這種影響稱為內擾。再由圖1、2看出，未調節用戶的流量回復到了基本未變的狀態，說明內部干擾被消減。類似的情況，由于調節或其它原因，外網壓力P1、P2產生波動，如被控系統未設置壓差控制閥，ΔP=P1-P2必然會隨之波動，這稱為外擾。

當設有自力式壓差控制閥時，如P1波動，感膜受力平衡被破壞，帶動閥芯移動等過程和克服內擾類似，外擾被消減。由此可見，無論是被控系統內部因調節產生的內擾，還是外網壓力波動產生的外擾，自力式壓差控制閥均可維持被控系統的壓差基本恒定，對被控系統來說起到了屏蔽、保護功能，保持了水力平衡。

對于上述分析，是和在試驗臺上對壓差控制閥進行質量檢驗時情況相一致。當做內擾工況試驗時，用戶改變流量(即改變系統阻力特性數)的話一瞬間，ΔP=P1-P2產生波動，表針先是變動隨后逐漸恢復回來，所差值在精度范圍內就認為產品合格，恢復所需的時間(動態滯后)與閥門規格、擾量數值，還和產品固有特性、試驗臺特性等有關。內外擾情況相似，但回水安裝式壓差控制閥對外擾的反應要遲鈍。

2.3壓差控制閥的動態平衡功能和效益

上述變流量系統由于恒溫閥的設定調節和自動調節，引起散熱器之間及戶與戶之間的干擾，即水力失調。因此規范GB50019-2003第4.9.4條又規定應在建筑物入口處“設置壓差調節裝置”，以實現動態水力平衡。設置自力式壓差控制閥中其中之一，并帶來如下效益：

2.3.1 由于壓差控制閥的恒壓差作用,使各散熱器都處在穩定而相對獨立的壓差工況下工作,有利于恒溫閥控制質量的提高，保證采暖品質。

2.3.2 減少了壓差控制閥后面一級控制部件(如恒溫閥等)動作頻度，相當于保護作用，延長使用壽命。

2.3.3把自力式壓差控制閥和恒溫閥看成一個組合體，將充分利用室內電器、人體發熱和太陽輻射熱等自由熱!減少熱水流量，再延伸到水泵#鍋爐等減荷運行，可以取得最好的節能效果。有資料介紹可節能10%～30%。

2.3.4 大幅度節省調網工作量。在傳統的定流量集中質調節的供熱采暖系統中，為了達到水力平衡!調網要花費大量的人力、物力、財力、要反復進行才能達到靜態平衡。若一旦出現工程改擴建，又得進行一輪新的調網。設置自力式壓差控制閥后，只需在系統投入使用之初一次調網設定即可，且是單個壓差閥獨立調整!互不影響，工程改擴建也只需該部分調整。

2.3.5 自力式壓差控制閥結構簡單，不需外部能源（電），對周圍環境要求低、性能穩定可靠、維修工作量小、價格便宜，較適合我國當前采暖系統水質和運行管理條件。多數品牌產品的技術參數和質量等指標，基本能滿足建筑工程和熱網系統的要求。

2.4控制壓差可調功能的意義

自力式壓差控制閥應是可調控制壓差的設備，這是因為系統設計計算、施工安裝、設備實際性能等原因造成設計值與實際值出現偏差!，就可利用可調功能在系統調試過程中進行調整設定，以滿足用戶對負荷的需求，使系統節能、安全、穩定、科學地運行。 因此，壓差閥控制壓差的可調功能極其必要。其可通過調節彈簧預壓縮量或其他調節措施，改變對感壓膜的作用力的方法來實現。

3 選型方法和注意事項

3.1 選型

自力式壓差控制閥應根據系統特點、功能要求、資金情況等選擇相應的品牌，再按照設計流量、資用壓頭、熱水溫度、工作壓差、控制壓差、管道直徑等選擇規格型號。

3.11 應按設計流量、工作壓差選用相應規格的閥門，不宜直接采用和管道等徑閥門。因為采暖系統的熱水流速受噪聲要求和水力平衡的考慮而較小，管道直徑較大、或資用壓頭（需吸收的壓頭）較大、常常遇到縮徑選用。

根據理論公式：

G=0.1KvSqrt(ΔPf)或Kv=10Gsqrt(ΔPf)

式中：G—通過壓差控制閥的流量m3/h；

ΔPf—壓差控制閥的工作壓差Kpa；

ΔPf=P1-P2(供水管安裝式)

ΔPf=P2-P3(回水管安裝式)

Kv－壓差控制閥的流量系數，即閥門前后的壓差為0.1Mpa，通過的熱水流量數（由產品廠商提供）(m3/h)

根據公式計算和企業提供的閥門資料，可選出一組直徑的閥門，取其與管道直徑相近的規格。

3.1.2 若選型不準確，選出的閥門直徑過小，壓差控制閥的流通能力太低，滿足不了用戶的要求；若選出直徑過大，則為了達到控制壓差的要求，使閥門在很小開度的狀態下工作，閥芯和閥座間的熱水流速過大，帶來的弊端是：可能產生噪聲或振動，閥門不能正常工作；或出現汽蝕現象，縮短閥門的使用壽命。

3.1.3 當系統提供壓差控制閥的資用壓頭過大，超出產品的工作范圍，這時應在控制閥前設置手動平衡閥等節流配件，吸收一部分資用壓頭。

3.1.4 自力式壓差控制閥在管路系統（被控系統部分（中應有足夠的閥權度，一般應大于30%，以提高閥門的調節性能及系統運行的水力穩定性。

3.2 注意事項

3.2.1 自力式壓差控制閥不宜多級串聯設置。

3.2.2 感壓膜是自力式壓差控制閥承壓能力最薄弱的環節，使用條件受熱水溫度和兩側的壓差（控制壓差）限制，所以選型時要注意產品資料所規定的最高限值。

3.2.3 在內擾工況分析時得出，壓差閥工作過程中的F0是基本恒定的，以及并聯系統共用管段有阻力存在，在某一用戶調節引起的流量變化，對未調節用戶總是會產生干擾的，壓差閥只能起到削弱內擾的作用。因此在系統設計時，對并聯系統的支干管直徑適當放大，以降低干擾。

4 結語

自力式壓差控制閥作為一種節能的新型控制閥門，具備以下特點：適用于末端設備自主調節的變流量熱水供熱采暖系統"使其達到動態水力平衡；

控制壓差基本恒定，被控系統各并聯支路獨立調節，互不干擾，并能屏蔽外網壓力的波動；

和散熱器恒溫閥聯合運行，達到節約能源、提高采暖品質的目的、且能提高恒溫閥的工作壽命；

控制壓差范圍可調節，解決設計阻力損失與實際阻力不同的矛盾；

一次設定調節，就能實現系統水力平衡，大大節約調網工作量，而且工程改擴建也不受影響。