石兆玉教授供熱技術(shù)系列講座課件合集

1供熱技術(shù)系列講座之一:供熱系統(tǒng)工況分析主講：清華大學(xué)教授石兆玉1.供熱系統(tǒng)工況分析1.1何為熱力工況、水力工況？研究供熱系統(tǒng)供熱量、溫度等參數(shù)的分布狀況稱為熱力工況。在熱力工況的研究中，熱用戶室內(nèi)溫度的分布狀況的分析尤為重要，室內(nèi)實(shí)際溫度是否達(dá)到設(shè)計(jì)溫度直接關(guān)系到供熱效果的好壞；當(dāng)供熱成為商品時(shí)，室溫是否達(dá)標(biāo)，將變?yōu)楹饬抗徇@個(gè)商品質(zhì)量優(yōu)劣的唯一標(biāo)尺。因此，無論供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還是供熱系統(tǒng)的運(yùn)行，分析供熱系統(tǒng)的熱力情況都是頭等重要的任務(wù)。研究供熱系統(tǒng)壓力、流量等參數(shù)的分布狀況稱為水力狀況。供熱系統(tǒng)的供熱量是通過熱媒（亦稱介質(zhì)，為熱水、蒸汽、空氣等）輸送的。因此，熱媒的輸送狀況，直接影響供熱量的分布狀況，進(jìn)而影響室內(nèi)溫度的分布狀況。而熱媒的輸送狀況，通常是通過其壓力、流量等來描述的。由于水力狀況是用來分析熱媒傳送狀況的，因此，水力狀況是熱力工況的源頭，研究熱力工況，必須著手研究水力狀況。1.2熱力工況與水力工況的關(guān)系2公式1.1表示了熱力工況與水力工況之間的關(guān)系：3在供熱行業(yè)里，通常困擾我們的最大難題就是冷熱不均，處于熱源近端的室溫過熱，被迫開窗戶；靠近熱源末端的室溫過冷。表1.1告訴我們：凡是室外溫低的，都是進(jìn)入散熱器的循環(huán)流量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)流量造成的。進(jìn)一步分析，還可得出以下結(jié)論：凡室溫低于4.5℃的，其循環(huán)流量只是設(shè)計(jì)流量的20%；凡室溫在10℃左右的，流量約為設(shè)計(jì)值的30%左右；凡室溫在16以上時(shí)，流量均在設(shè)計(jì)室溫都將超過20℃以上。1.3熱力工況與水力工況的穩(wěn)定性4表1.2，給出了實(shí)現(xiàn)熱力工況穩(wěn)定時(shí)的最佳循環(huán)流量值。表1.2表明：實(shí)現(xiàn)熱力工況穩(wěn)定，供熱系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行期間，并不是始終維持設(shè)計(jì)流量（最大循環(huán)流量）進(jìn)行定流量運(yùn)行，而是隨著室外溫度的升高逐漸減少系統(tǒng)循環(huán)流量。保持熱力工況穩(wěn)定的循環(huán)流量為設(shè)計(jì)運(yùn)行流量，此時(shí)，各熱用戶皆為室溫18℃。當(dāng)外溫升至-4.1℃（當(dāng)?shù)毓┡镜钠骄鉁兀r(shí)，維持熱力工況穩(wěn)定的循環(huán)流量是設(shè)計(jì)流量的89%（即失調(diào)度Xs=0.89）,而不是設(shè)計(jì)流量。而且隨著室外溫度的不斷升高，維持熱力工況穩(wěn)定的循環(huán)流量也將不斷減少。這就說明：供熱系統(tǒng)，只有實(shí)施變流量調(diào)節(jié)，才能使熱力工況得到穩(wěn)定。因此，通常習(xí)慣采用的質(zhì)調(diào)節(jié)即定流量調(diào)節(jié)，是無法維持熱力工況穩(wěn)定的。這種調(diào)節(jié)的好處是簡單方便，因而，多年來，國內(nèi)長期一直延用這種調(diào)節(jié)方式。隨著信息5技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)的普遍應(yīng)用，變流量調(diào)節(jié)已經(jīng)變得十分方便，不但可以保證熱力工況的穩(wěn)定，而且有顯著的節(jié)電效果，此時(shí)，再堅(jiān)持質(zhì)調(diào)節(jié)即定流量調(diào)節(jié)，就顯得太過落后了。推廣供熱計(jì)量技術(shù)以來，行業(yè)內(nèi)仍有一些技術(shù)人員主張繼續(xù)維持定流量運(yùn)行。他們的理由是：推廣供熱計(jì)量技術(shù)以后，由于恒溫閥的調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)的流量肯定是變動(dòng)的，但這種變動(dòng)只是系統(tǒng)總流量的10%左右，因此，為了維持熱力工況的穩(wěn)定，建議系統(tǒng)仍然按定流量運(yùn)行。這種理念的基礎(chǔ)，是認(rèn)定定流量調(diào)節(jié)才能保證熱力工況穩(wěn)定。根據(jù)上述分析，這顯然是錯(cuò)誤的，根源是對(duì)室內(nèi)供暖系統(tǒng)的工況缺乏最基本1.4最佳流量、最佳流量調(diào)節(jié)室內(nèi)雙管系統(tǒng)的冷熱不均，是由系統(tǒng)的自然循環(huán)壓頭的影響決定的；室內(nèi)單管系統(tǒng)的冷熱不均，是由散熱設(shè)備的平均溫度不同導(dǎo)致傳熱量不同造成的。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，為了消除上述影響，保證熱力工況穩(wěn)定，采用有效措施，是通過流量的改變，來彌補(bǔ)散熱量的虧贏。這一特定流量，是通過上述理念計(jì)算出來的，是隨室外溫度變化而變化。只有這一特定流量，才能保證系統(tǒng)的熱力工況穩(wěn)定，因此，把這一特定流量定義為最佳流量，按照最佳流量進(jìn)行的調(diào)節(jié)，稱為最佳流量調(diào)節(jié)。66供熱系統(tǒng)的最佳流量可按下式計(jì)算：對(duì)于雙管系統(tǒng)，只是室外溫度的函數(shù)。對(duì)于單管系統(tǒng)，除了室外溫度外，還與散熱設(shè)備的傳熱指數(shù)B有關(guān)。對(duì)于鋼制和鑄鐵散熱器，B值在0.2～0.35之間。對(duì)于輻射板，B=1.032（見《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》（JGJ142-2012）中的公式（3.4.6）給出的數(shù)據(jù)即對(duì)散熱器，B/1+0.26之間，對(duì)輻射板B/1+B為0.51?，F(xiàn)將我國漠河、哈爾濱、沈陽、北京和徐州等城市的最佳流量值表示在表(1.3)表1.3不同地區(qū)供暖系統(tǒng)最佳循環(huán)流量值（%）7從表1.3看出：地區(qū)愈冷，最佳循環(huán)流量的變動(dòng)幅度愈大，地區(qū)愈暖和，其值變化幅度愈小。從供暖方式上看，地板輻射的最佳流量值比散熱器的變動(dòng)幅度大；雙管系統(tǒng)的變動(dòng)幅度又比單管系統(tǒng)的變動(dòng)幅度大。1.5水力相對(duì)失調(diào)度通過前述分析而知，在設(shè)計(jì)外溫下，只要實(shí)際循環(huán)流量偏離設(shè)計(jì)循環(huán)流量，供熱系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生水平或垂直的熱力工況失調(diào)。在非設(shè)計(jì)外溫下，保證供熱系統(tǒng)熱力工況穩(wěn)定（不存在水平、垂直熱力失調(diào)）的條件是循環(huán)流量按照最佳流量運(yùn)行，而不再以設(shè)計(jì)循環(huán)流量為標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)指出，隨著室外溫度的升高，最佳循環(huán)流量將逐漸變小，也就是說，在設(shè)計(jì)外溫下，最佳循環(huán)流量即為設(shè)計(jì)循環(huán)流量，此時(shí)，最佳循環(huán)流量達(dá)到最大值。通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)，過去以設(shè)計(jì)循環(huán)流量為標(biāo)準(zhǔn)的水力失調(diào)度來衡量熱力工況失調(diào)的程度是不嚴(yán)格的，真正能嚴(yán)格判斷熱力工況失調(diào)程度的應(yīng)該是水力相對(duì)失調(diào)度，可用下式表示：8供熱技術(shù)系列講座之二:大流量小溫差運(yùn)行方式的利弊分析主講：清華大學(xué)教授石兆玉2.大流量小溫差運(yùn)行方式的利弊分析在上世紀(jì)五六十年代，調(diào)節(jié)技術(shù)還不成熟的情況下，為了緩解冷熱不均的困擾，我國供熱行業(yè)自行摸索出一種土辦法，稱為大流量小溫差的運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式的基本做法是當(dāng)供熱系統(tǒng)出現(xiàn)冷熱不均的失調(diào)現(xiàn)象時(shí)，對(duì)系統(tǒng)不做任何調(diào)節(jié)，只將原來的系統(tǒng)小循環(huán)水泵換成大循環(huán)水泵，借以9期盼供熱效果的改善。這種運(yùn)行方式，曾在當(dāng)時(shí)的供熱界，引起過激烈的爭議，其中一部分人持肯定態(tài)度，一部分人持反對(duì)態(tài)度，雙方爭執(zhí)不下。為此，我們清華專門進(jìn)行了課題研究。研究結(jié)果，在我寫的《供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制》一書中，做了詳細(xì)的論述。2.1大流量運(yùn)行的有益分析首先，應(yīng)該承認(rèn)大流量小溫差運(yùn)行方式，能夠緩解冷熱不均的現(xiàn)象。表2.1很清楚表明：當(dāng)在供熱系統(tǒng)失調(diào)時(shí)，熱用戶室溫分別為4.4、11.5、17.5和19.9、20.2℃。不做任何調(diào)節(jié)，只將熱源處循環(huán)流量提高1.4倍（熱源恒熱量運(yùn)行），則各熱用戶室溫分別為8.5、13.6、18.0、20.0和近端末端呈現(xiàn)填平補(bǔ)齊的作用。若繼續(xù)提高循環(huán)流量，冷熱不均的狀況會(huì)進(jìn)一步得到改善。當(dāng)循環(huán)流量增到無窮大時(shí)，各熱用戶室溫均達(dá)到18℃,冷熱不均徹底清除。當(dāng)然循環(huán)流量受到能耗與經(jīng)濟(jì)條件的限制，不可能無限增大，但加大循環(huán)流量確實(shí)能改善供熱效果是不爭的事實(shí)。加大流量之所以能消除冷熱不均的現(xiàn)象，主要是由于散熱器的散熱特性決定的。循環(huán)流量過小，遏制了散熱器的散熱量，隨著循環(huán)流量的增加，散熱器的散熱能力得到充分發(fā)揮，室溫自然得到提高，但近端熱用戶的散熱器循環(huán)流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)流量，散熱器的散熱量早已飽和，在恒熱源的運(yùn)行下，由于供水溫度的下降，近端室溫下降就成為很自然的2.2大流量運(yùn)行的有害分析1）大電耗流量增加一倍，電耗增加八倍。根據(jù)目前的實(shí)際工程，供熱系統(tǒng)輸送動(dòng)力的電耗約為0.35w/m2。折合成熱耗量，電耗占熱耗的2.5%。若供熱系統(tǒng)循環(huán)流量提高1.4倍，則電耗占熱耗升為6.9%；若循環(huán)流量增加到一倍，電耗占熱耗的比例上升為20%，顯然是難以承受的。2）大熱耗在冷熱不均的情況下，近端過熱開窗戶，末端不熱，采取別的熱源補(bǔ)充，里外都是熱量浪費(fèi)；當(dāng)增大循環(huán)流量受到限制時(shí)，為改善末端供熱效果，常常采取提高供水溫度的做法，此時(shí)，所有熱用戶室溫普遍提高，將會(huì)造成更大的浪費(fèi)。表2.1表明，這種熱量浪費(fèi)通常情況下，都在20-30%之間。3）大熱源提高供水溫度，必然增加供熱量，亦即增加鍋爐設(shè)備，否則在大流量運(yùn)行下，供水溫度的提高是難以實(shí)現(xiàn)的。大熱源的出現(xiàn)，又必然造成單位蒸噸所帶供熱面積的減少，以及推廣連續(xù)供熱的困難，致使供熱行業(yè)管理水平的低下。供熱技術(shù)系列講座之三:節(jié)流式流量調(diào)節(jié)主講：清華大學(xué)教授石兆玉3.節(jié)流式流量調(diào)節(jié)3.1調(diào)節(jié)方法的簡介如前節(jié)所敘：在我國，消除水力失調(diào)、冷熱不均現(xiàn)象，主要依靠大流量、小溫差的運(yùn)行方式進(jìn)行。幾十年前，在行業(yè)里，只知道閘板閥，截止閥的使用，但這兩種閥門，都屬于快開特性，沒有流量調(diào)節(jié)功能。從某種意義上說，在改革開放之前，我國基本上不懂利用調(diào)節(jié)閥進(jìn)行節(jié)流式的流量調(diào)幾十年來，為了實(shí)現(xiàn)水力平衡，國外的技術(shù)路線，主要是研發(fā)了各種各樣的調(diào)節(jié)閥（為溫控閥、平衡閥、自力式限流計(jì)、差壓調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等），通過改變管網(wǎng)阻力，消除水力失調(diào)。與此相應(yīng)的，研發(fā)了多種調(diào)節(jié)方法。改革開放以來，我國也開始引進(jìn)、仿制國外的各種調(diào)節(jié)閥，同時(shí)也研發(fā)了一些適合我國國情的調(diào)節(jié)方法?？傊捎霉?jié)流式流量調(diào)節(jié)以來，使我國的供熱技術(shù)有了長足的進(jìn)步，供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)，冷熱不均現(xiàn)象有了明顯改善須要特別指出的是，供熱系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的技術(shù)。如從純數(shù)學(xué)的角度而言，解決供熱系統(tǒng)的水力平衡，本質(zhì)上就是已知管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量，求解管網(wǎng)的阻力配置。如果列出數(shù)學(xué)方程組，將會(huì)發(fā)現(xiàn)方程組數(shù)小于未知數(shù)，這個(gè)方程組，將有無究多個(gè)解。這就是說，要實(shí)現(xiàn)某個(gè)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量，就會(huì)有無究多個(gè)管網(wǎng)阻力組合與之對(duì)應(yīng)。我們?cè)谙到y(tǒng)水力計(jì)算中都有這樣的體驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)某個(gè)設(shè)計(jì)流量組合，往往可以選取多種不同管徑的組合來完成，為此，常常引入經(jīng)濟(jì)比摩阻作為優(yōu)化目標(biāo)，使管徑的選取進(jìn)一步簡化。如果再考慮，管網(wǎng)調(diào)節(jié)過程中，會(huì)產(chǎn)生相互影響的耦合作用，將會(huì)使系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)變得更加困難?；谶@些原因，就不難理解為什么會(huì)出現(xiàn)那么多的調(diào)節(jié)方法了。作者在《供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制》（1994年1月清華大學(xué)出版社出版）一書中，共介紹了十種流量調(diào)節(jié)方法：阻力系數(shù)法、預(yù)定計(jì)劃法、比例法、補(bǔ)償法、計(jì)算機(jī)法、模擬分析法、模擬阻力法、溫度調(diào)節(jié)法、自力式調(diào)節(jié)法和簡易快速法。其中阻力系數(shù)法、預(yù)定計(jì)劃法是前蘇聯(lián)提出的方法，由于步驟繁雜，只適合小系統(tǒng)使用。比例法、補(bǔ)償法是北歐提出的調(diào)節(jié)方法。近年來，瑞典TA公司，在原有的比例法、補(bǔ)償法基礎(chǔ)上，研發(fā)了CBI平衡法，這種調(diào)節(jié)方法比較比例法、補(bǔ)償法更方便、更快速。計(jì)算機(jī)法是我國空調(diào)所研發(fā)的，已在國內(nèi)廣泛采用。模擬分析法是作者研發(fā)的，曾在實(shí)際工程中應(yīng)用，效果精準(zhǔn)。只是開發(fā)的軟件，只適合專業(yè)人員使用，難以普遍推廣。但其最大的優(yōu)點(diǎn)，是徹底搞清了系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的基理，為其簡化調(diào)節(jié)方法奠定了基礎(chǔ)。溫度調(diào)節(jié)法，也是常用的一種調(diào)節(jié)方法。由于溫度測量，延遲性比較長，常常耗費(fèi)過多的人力?，F(xiàn)在，隨著信息技術(shù)的發(fā)達(dá)，溫度測量的困難，已不再成為問題。因此，利用系統(tǒng)回水溫度進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，又成為人們普遍青睞的一種調(diào)節(jié)方法。自力式調(diào)節(jié)法，是一種方便省力的調(diào)節(jié)方法，已廣泛采用。簡易快速法，是作者在模擬分析法大量工程實(shí)踐基礎(chǔ)上提出的。基本步驟為：先在熱源處，測量系統(tǒng)總流量，將其調(diào)整為設(shè)計(jì)總流量的120%；根據(jù)系統(tǒng)的大小，將系統(tǒng)劃分為近段、中段、末段，以近端、中段和末端為序，將近端流量調(diào)整為設(shè)計(jì)流量的80%；中段流量調(diào)整為設(shè)計(jì)流量的90%；末端閥門逐漸全開。這種調(diào)節(jié)方法簡易快速。曾在北京中國銀行總部進(jìn)行了工程實(shí)踐，其中既有供暖系統(tǒng)，又有空調(diào)系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)，需要調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥有一千多個(gè)，調(diào)節(jié)效果良好，工程驗(yàn)收，一次成功。無論采用哪一種調(diào)節(jié)方法，有一點(diǎn)特別重要，這是調(diào)節(jié)能否成功的關(guān)鍵，這就是一定要控制系統(tǒng)總流量的大小。因?yàn)槲覀冊(cè)趯?duì)系統(tǒng)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)之前，系統(tǒng)往往是水力夫調(diào)的，并且常常存在系統(tǒng)總流量過大的情形。此時(shí)如果按系統(tǒng)實(shí)際總流量的比例，進(jìn)行各區(qū)段的流量分配，勢必造成系統(tǒng)要求的總輸送功率遠(yuǎn)大于循環(huán)水泵的實(shí)際功率，其調(diào)節(jié)結(jié)果，只看到系統(tǒng)總流量在減少，而近端過多的循環(huán)流量很難調(diào)整到末端，達(dá)不到預(yù)期效果。這一點(diǎn)，往往被許多調(diào)節(jié)運(yùn)行人員所忽視，經(jīng)常自以為花了大力氣，功夫不負(fù)有心人，會(huì)有好的調(diào)節(jié)效果，但結(jié)果卻事與愿違。原因就是忽略了對(duì)系統(tǒng)總流量的控制。上述介紹的簡易快速調(diào)節(jié)法，首先強(qiáng)調(diào)的就是總流量必須控制在設(shè)計(jì)流量的120%左右，不能過大，就是這個(gè)道理。3.2調(diào)節(jié)閥的正確選用改革開放以來，在供熱行業(yè)，應(yīng)用進(jìn)口的或自制的各種流量調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行供熱系統(tǒng)的水力平衡，已成共識(shí)，為提高管理運(yùn)行水平，改善供熱效果，發(fā)揮了重要作用。但在實(shí)際工程中，也出現(xiàn)了一些效果并不理想的案例。咎其原因，除產(chǎn)品質(zhì)量不合格、系統(tǒng)水質(zhì)差等因素外，還有一個(gè)重要原因，是對(duì)流量調(diào)節(jié)閥的選用不當(dāng)。而對(duì)后一個(gè)原因，至今在國內(nèi)，從設(shè)計(jì)部門、生產(chǎn)廠家到管理運(yùn)行單位，都沒有引起足夠的重視。這一切，主要是因?yàn)閷?duì)流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性，缺乏深入了解。在當(dāng)前，為了大力促進(jìn)建筑節(jié)能，克服粗放式經(jīng)營，實(shí)現(xiàn)節(jié)約型的供熱行業(yè)，非常有必要對(duì)各種流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性做深入分析，以期達(dá)到正確選用的3.2.1調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性1）調(diào)節(jié)閥的理想調(diào)節(jié)特性從曲線①和公式（3.2）可知，具有線性特性的閥門，其特點(diǎn)是流量增加的百分比和閥門開度增加的百分比相同：當(dāng)閥門開度從50%開大到60%時(shí)，流量也從50%增加到60%。這種閥門的調(diào)節(jié)特點(diǎn)，是在小開度下流量的變化量大；在大開度下，流量的變化量小。若以dG表示流量的變化量，則不同開度下的調(diào)節(jié)值不同：從中看出：在閥門開度調(diào)節(jié)量相同的情況下，閥門開度愈小時(shí)，流量變化量愈大；閥門開度愈大時(shí)，流量變化量愈小。對(duì)于換熱設(shè)備，常常是在相對(duì)流量較小時(shí)，換熱量變化大；大的相對(duì)流量時(shí)，換熱量反而變化小。從供熱效果考慮，理想的調(diào)節(jié)方案，應(yīng)該是在較小的相對(duì)開度下，相對(duì)流量的變化量也小，此時(shí)供熱量的調(diào)節(jié)靈敏度才高。因此，線性調(diào)節(jié)特性的閥門，其調(diào)節(jié)特性并不是最好的。這種調(diào)節(jié)性能的調(diào)節(jié)閥，其特點(diǎn)是流量的變化量和相對(duì)開度的變化量成直線關(guān)系。調(diào)節(jié)閥開度從10%開到20%時(shí)，相對(duì)流量從2.96%增加到4.37%；開度從50%增大到60%時(shí)，相對(duì)流量從14.1%加大到20.9%；開度從80%變?yōu)?0%，相對(duì)流量從45.7%變?yōu)?7.6%……，不管調(diào)節(jié)閥在什么開度下，開度每增大10%時(shí)，流量的增加量都是調(diào)節(jié)前的47.9%左右。這種調(diào)節(jié)閥，在小開度下，流量絕對(duì)變化量小；在大開度下，流量的絕對(duì)變化量大，從而提高了換熱設(shè)備換熱量的調(diào)節(jié)靈敏度。因此，等百分比的調(diào)節(jié)特性優(yōu)于線性調(diào)節(jié)特性。曲線③為快開調(diào)節(jié)特性，該曲線為向上凸起的一條曲線。當(dāng)閥門開度較小時(shí)（只開幾圈），流量已接近最大值。這種閥門，由于調(diào)節(jié)特性差，一般只能做關(guān)斷閥門，不能做調(diào)節(jié)閥。工程中常采用的閘閥、截止閥、球閥、鎖閉閥，都屬于快開特性，只能起關(guān)斷作用。只有線性特性和等百分比特性的閥門，才能稱為調(diào)節(jié)閥。工程中采用的蝶閥，接近線性特性，各種平衡閥，接近等百分比特性。2）工作調(diào)節(jié)特性研究閥門的理想調(diào)節(jié)特性，是為了判斷閥門是否具有流量的調(diào)節(jié)功能。因此，廠家生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥，必須在標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，進(jìn)行理想調(diào)節(jié)特性曲線的標(biāo)定，并如實(shí)在產(chǎn)品樣本上，加以展示，以供設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行人員選擇。但是理想調(diào)節(jié)特性，反映的是閥門固有的調(diào)節(jié)功能，是在閥門前后壓差固定為1bar（10m水柱）的情況下測試的結(jié)果。在實(shí)際工程中，幾乎所有的調(diào)節(jié)閥，都不可能只在壓差為1bar的情況下運(yùn)行。因此，除了研究調(diào)節(jié)閥的理想調(diào)節(jié)特性外，還必須研究調(diào)節(jié)閥的前后壓差不為1bar時(shí)的調(diào)節(jié)性能，此時(shí)稱為調(diào)節(jié)閥的工作調(diào)節(jié)特性。從某種意義上說，研究調(diào)節(jié)閥的工作調(diào)節(jié)特性，對(duì)指導(dǎo)工程實(shí)踐，更具有實(shí)際調(diào)節(jié)閥屬于孔口節(jié)流裝置。根據(jù)孔口節(jié)流原理，對(duì)于熱媒為水的調(diào)節(jié)閥，流量G與壓差ΔP可由公式（3.4）表示：從表3.2、圖3.2可知：在調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，閥前后壓差為1bar，此時(shí)調(diào)節(jié)閥通過的流量與理想調(diào)節(jié)特性的數(shù)值相同；當(dāng)調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小時(shí)，由于系統(tǒng)阻力特性曲線的向左移動(dòng)（阻力增大），循環(huán)水泵的工作點(diǎn)也向左漂移，調(diào)節(jié)閥前后壓差逐漸增大（大于1bar與理想調(diào)節(jié)特性曲線相比，在相同的相對(duì)開度下：流量都有所增大，從調(diào)節(jié)功能上考察，調(diào)節(jié)特性變壞了：線性調(diào)節(jié)特性趨向于快開特性；等百分比特性，趨向于線性特性。這是調(diào)節(jié)閥的工作調(diào)節(jié)特性與理想調(diào)節(jié)特性最大的區(qū)別。3.2.2閥權(quán)度1）基本定義為了更深入討論在工作條件下調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性變壞的情形，常引入閥權(quán)度的概念]。圖3.3給出了系統(tǒng)支線中各設(shè)備的壓降分布：ΔP0表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，流量為設(shè)計(jì)流量下的兩端壓降，亦為調(diào)節(jié)過程最小壓降；當(dāng)調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)，流量變?yōu)?，此時(shí)系統(tǒng)支線中其他設(shè)備（含用熱設(shè)備、其他閥門）管道的壓降皆為0，系統(tǒng)支線壓降達(dá)最大值ΔPmax，且全部由調(diào)節(jié)閥承擔(dān)。定義調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)調(diào)節(jié)過從（3.7）式可以看出：當(dāng)閥權(quán)度β=1時(shí)，即當(dāng)調(diào)節(jié)閥上的壓降等于系統(tǒng)支線全部壓降時(shí)，調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量等于理想調(diào)節(jié)特性下的數(shù)值，即調(diào)節(jié)閥此時(shí)的工作調(diào)節(jié)特性等于理想調(diào)節(jié)特性。當(dāng)調(diào)節(jié)閥從全開狀態(tài)逐漸關(guān)小時(shí)，其兩端壓降逐漸增大，在相同的相對(duì)開度下，此時(shí)通過調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量將大于理想調(diào)節(jié)特性下的相對(duì)流量，說明調(diào)節(jié)閥在工作狀態(tài)下其調(diào)節(jié)特性與理想調(diào)節(jié)特性相比變壞了，或稱為調(diào)節(jié)特性的失真。而且閥權(quán)度β值愈小，閥的調(diào)節(jié)特性失真愈嚴(yán)重。不難看出：閥權(quán)度β是衡量調(diào)節(jié)閥工作調(diào)節(jié)特性的重要指標(biāo)，它能直接判斷調(diào)節(jié)閥在工作狀態(tài)下調(diào)節(jié)特性的失真程度，因此，在實(shí)際工程中，閥權(quán)度的確定，是正確選擇、設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥的重要依據(jù)。），權(quán)度分別為1,0.5,0.33,0.25,0.2,0.1等數(shù)值下調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性的失真情況。在相對(duì)開度為50%的條件下，比較工作失真58%；β=0.2，失真73%；β=0.1，失真134%。對(duì)于等百失真58.2%；β=0.2，失真75.6%；β=0.1，失真135%。在開失真124%；β=0.1，失真215%。2）變工況下的閥權(quán)度上述閥權(quán)度，是在設(shè)計(jì)工況下確定的，但在供熱系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行期間，設(shè)計(jì)工況只出現(xiàn)在氣溫最冷的某個(gè)短暫時(shí)期內(nèi)，運(yùn)行的大部分時(shí)間，是在變工況下進(jìn)行的。為了全面了解調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行期間的調(diào)節(jié)特性，還必須分析在變工況條件下，調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度的變化情況。（1）熱用戶供熱需求量變小的變流量工況這種工況常出現(xiàn)在部分熱用戶停止用熱或全部熱用戶處于分時(shí)變室溫控制的情況。對(duì)于前者，停止用熱的熱用戶，其所屬分系統(tǒng)上的調(diào)節(jié)閥將全部關(guān)死；對(duì)于后者，在室溫標(biāo)準(zhǔn)降低時(shí)，將關(guān)小有關(guān)的調(diào)節(jié)閥。不論前者，后者，操作的結(jié)果，都是增加系統(tǒng)阻力，減少系統(tǒng)循環(huán)流量，使系統(tǒng)處于變流量運(yùn)行工況。工況最大的變化，發(fā)生在只有待調(diào)熱用戶正常供熱，系統(tǒng)的其他用戶全部停止供熱：此時(shí)系統(tǒng)循環(huán)流量達(dá)最小值，而待調(diào)熱用戶調(diào)節(jié)閥兩端的壓降達(dá)最大值，接近該系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程，見圖3.5所示。對(duì)于待調(diào)用戶，在系統(tǒng)100%滿熱負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥全開的兩端壓差為ΔP0，當(dāng)系統(tǒng)其他熱用戶全部停止供熱，待調(diào)用戶關(guān)小閥門，其兩端壓差達(dá)最大，接近循環(huán)水泵揚(yáng)程，其值為ΔP’max。顯然，ΔP’max大于在正常負(fù)荷運(yùn)行下待調(diào)用戶調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)兩端壓差ΔPmax，很明顯：在熱用戶供熱需求量變小的變流量工況下，調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度將變小，亦即調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能進(jìn)一步變壞。（2）系統(tǒng)循環(huán)水泵揚(yáng)程變動(dòng)的變流量工況根據(jù)水力工況變動(dòng)的基本原理，在所有閥門不作任何調(diào)節(jié)的情況下，只是循環(huán)水泵揚(yáng)程進(jìn)行了改變，此時(shí)系統(tǒng)所有熱用戶的流量成一致等比失調(diào)變化，即各熱用戶流量或環(huán)水泵揚(yáng)程減?。６到y(tǒng)上所有調(diào)節(jié)閥兩端的壓差隨著循環(huán)水泵揚(yáng)程的同一變化比例而變化。根據(jù)公式（3.4），可進(jìn)行變動(dòng)工況的計(jì)算：若循環(huán)水泵揚(yáng)程提高一倍，則系統(tǒng)各調(diào)節(jié)閥兩端的壓差也提高一倍；相應(yīng)的，各熱用戶流量全部增加1.41倍。循環(huán)水泵揚(yáng)程減少，其變動(dòng)工況也相應(yīng)減少。系統(tǒng)循環(huán)水泵揚(yáng)程增加的情況，在我國，常常發(fā)生在大流量、小溫差的運(yùn)行狀況下。實(shí)際操作，不是小泵換大泵，就是多臺(tái)水泵的超量并聯(lián)運(yùn)行。圖3.6給出了在閥權(quán)度β為1.0，0.5和0.25時(shí)的調(diào)節(jié)閥工作調(diào)節(jié)特性。在循環(huán)水泵揚(yáng)程增大2倍時(shí)（即β=0.5），熱用戶相對(duì)流量（在閥門全開時(shí)）增大至1.41倍；當(dāng)循環(huán)水泵揚(yáng)程增大到4倍(β=0.25）時(shí)，熱用戶（閥門全開）相對(duì)流量增加至2倍?？傊谙到y(tǒng)循環(huán)水泵揚(yáng)程增大的情況下，調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性變得更壞。系統(tǒng)循環(huán)水泵揚(yáng)程的減小，主要是在循環(huán)水泵變頻調(diào)速時(shí)發(fā)生。水泵屬于阻力平方特性，即其轉(zhuǎn)速增加一倍，其電機(jī)功率呈三次方關(guān)系增加。因此，變頻調(diào)速在水泵的應(yīng)用中，一般都在減速的狀態(tài)下進(jìn)行。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度β=0.25，如果循環(huán)水泵揚(yáng)程減小一半，閥權(quán)度可提高至β=0.5；揚(yáng)程減小至1/4，閥權(quán)度β=1.0?？梢姡瑴p小循環(huán)水泵揚(yáng)程，可以提高調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度，進(jìn)而改善調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。3）閥權(quán)度的合理確定研究調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性和閥權(quán)度，目的是為了在供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中，更好地發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。為此，調(diào)節(jié)閥永遠(yuǎn)工作在閥權(quán)度β為1的情況下最理想，因?yàn)榇藭r(shí)，調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性處于最理想的情況；但實(shí)際上是不可能的，因?yàn)楣嵯到y(tǒng)，絕大多數(shù)工作在變工況的狀態(tài)下，即使是設(shè)計(jì)工況，調(diào)節(jié)閥也很難工作在β為1的條件下。在這種情況下，如何合理確定調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度β值，并在變工況下，判定閥權(quán)度的變化范圍就顯得特別重要。對(duì)于以蒸汽為熱媒的蒸汽換熱器，因?yàn)檎羝柡蜏囟葹槌Ａ?，不隨蒸汽流量變化而變化，因此，可把蒸汽換熱器換熱靜特性近似看作線性特性，即K6為常數(shù)，不言而喻，與之配套的調(diào)節(jié)閥應(yīng)該選擇K5也為常數(shù)的線性特性的調(diào)節(jié)閥。在自動(dòng)調(diào)節(jié)工程中，一般比例調(diào)節(jié)不用放大系數(shù)，而用比例帶來表述。通常比例帶δ與放大系數(shù)K成反比關(guān)系。對(duì)于調(diào)節(jié)閥，其調(diào)節(jié)的最終目的是使熱用戶的室溫達(dá)到設(shè)計(jì)值，一般情況下，為18~20℃。如果要求室溫始終恒定為20℃,此時(shí)比例帶δ為0，調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)過程是打開的同時(shí)又要求立即關(guān)閉，出現(xiàn)調(diào)節(jié)震蕩、失控；若將室溫控制在18±5℃,則比例帶δ加寬，調(diào)節(jié)比較穩(wěn)定，但室溫偏差過大，特別是下限室溫過低，不能滿足居民基本要求。比較理想的是室溫控制在20±2℃范圍內(nèi)，室溫在18~22℃之間波動(dòng)，比較符合室溫舒適要求；在此同時(shí)，調(diào)節(jié)閥在50~100%的開度間調(diào)節(jié)，比例帶寬比較適宜，調(diào)節(jié)過程比較穩(wěn)定。為滿足上述比例帶要求和調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)開度，調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度也不宜太小，根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，普遍認(rèn)為閥權(quán)度β應(yīng)在0.25~0.3為宜。3.2.3調(diào)節(jié)閥的正確選擇在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，各種調(diào)節(jié)閥正確選擇的依據(jù)是保證其閥權(quán)度β在0.25至0.3以上，以防因調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性變壞，影響調(diào)節(jié)效果。具體實(shí)施按如下步驟進(jìn)行：1）根據(jù)Kv值，選擇調(diào)節(jié)閥Kv值稱為調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)。根據(jù)公式（3.8），Kv值的物理意義可定義如下：調(diào)節(jié)閥在一定的開度下，當(dāng)閥端壓差為1bar時(shí)，通過的流量值，單位為m3/h.bar可用下式保持閥兩端壓差為1bar不變，當(dāng)閥全開時(shí)獲得最大的通過流量，此時(shí)Kv值最大，稱為Kvs。在調(diào)節(jié)閥Kv值的計(jì)算中，常采用不同的單位，為換算方便，現(xiàn)將換算公式列入在各種調(diào)節(jié)閥（含恒溫閥、平衡閥、自力式平衡閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等）的規(guī)范樣本中，一般都給出了調(diào)節(jié)閥的型號(hào)、口徑、Kvs或最大壓差值，以供設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行人員選擇。在調(diào)節(jié)閥的選擇設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定待選調(diào)節(jié)閥所應(yīng)通過的設(shè)計(jì)流量和在該設(shè)計(jì)流量下，調(diào)節(jié)閥全開時(shí)兩端的壓差。設(shè)計(jì)流量，對(duì)于已完成工程設(shè)計(jì)的供熱系統(tǒng)而言，本身是已知值。調(diào)節(jié)閥在全開時(shí)兩端的壓差確定較為復(fù)雜，通常給出估算值：對(duì)于恒溫閥（安裝在散熱器一側(cè)）取值10kpa；對(duì)于其他的調(diào)節(jié)閥，估算值按20~40kpa選擇。根據(jù)已知的設(shè)計(jì)流量G和兩端壓差ΔP，由公式（8），計(jì)算出待選調(diào)節(jié)閥的Kvs。在調(diào)節(jié)閥樣本中，一般給出計(jì)算出的Kvs的對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)閥口徑以及流通流量范圍。在滿足流通流量的前提下，盡量選擇口徑小或Kvs值小的調(diào)節(jié)閥（通常調(diào)節(jié)閥口徑應(yīng)比同2）校核閥權(quán)度β在選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)，閥門全開兩端的壓差是已知的。校核調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度β,關(guān)鍵是確定調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)兩端的最大壓差值。在上述的變工況下的閥權(quán)度中，曾詳細(xì)敘述了供熱系統(tǒng)在不同的運(yùn)行工況下，可能發(fā)生的調(diào)節(jié)閥兩端的最大壓差值（閥全關(guān)時(shí)）。現(xiàn)從供熱系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行期間對(duì)可能發(fā)生的變工況進(jìn)行全方位考察，從而明確調(diào)節(jié)閥在全關(guān)閉時(shí)兩端最大壓差的合理取值。（1）系統(tǒng)其他熱用戶全部關(guān)閉，只有待調(diào)熱用戶運(yùn)行，此時(shí)待調(diào)調(diào)節(jié)閥兩端最大壓差（調(diào)節(jié)閥關(guān)閉）達(dá)最大值，接近循環(huán)水泵的揚(yáng)程。根據(jù)我國集中住宅的特點(diǎn)，大多采用集中供熱系統(tǒng)，往往一個(gè)供熱系統(tǒng)的供熱規(guī)模相當(dāng)大，熱用戶同時(shí)使用系數(shù)過小（只有少數(shù)熱用戶運(yùn)行）的極端情況很少發(fā)生。因此確定調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度β值時(shí)，不應(yīng)將所有熱用戶調(diào)節(jié)閥的最大壓差定為循環(huán)水泵的揚(yáng)程。（2）供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵揚(yáng)程選擇過大，此時(shí)各熱用戶閥端最大壓差值也將加大。這種情況出現(xiàn)在“大流量、小溫差”的落后運(yùn)行方式中，為了提高供熱系統(tǒng)能效，應(yīng)加大淘汰這種運(yùn)行方式的力度，因此，在確定調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度的β值時(shí)，以循環(huán)水泵的大揚(yáng)程為依據(jù)，就更加不合理了。（3）變頻調(diào)速的小流量變工況運(yùn)行，這是目前非常成熟的節(jié)能措施，特別是分布式變頻循環(huán)水泵的推廣應(yīng)用，更是如此。采用這種新技術(shù)，在變工況下，只會(huì)提高調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度（即降低閥端最大壓差），對(duì)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)是有利的。通過上述分析，調(diào)節(jié)閥的最大閥端壓差應(yīng)該按照供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況選取。即各熱用戶的調(diào)節(jié)閥閥端最大壓差即是該熱用戶對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水壓圖的資用壓頭（供回水壓差）。對(duì)于傳統(tǒng)的循環(huán)水泵設(shè)計(jì)方法，閥端最大壓差在供熱系統(tǒng)的近端，此處調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度β值可能過??；對(duì)于分布式變頻循環(huán)水泵設(shè)計(jì)方法，閥端最大壓差值出現(xiàn)在供熱系統(tǒng)的末端，調(diào)節(jié)閥合理選擇，重點(diǎn)也在末端。此時(shí)最好的方法是盡量少采用調(diào)節(jié)閥，變流量工況主要通過調(diào)速水泵實(shí)現(xiàn)。3）配套調(diào)節(jié)閥的選擇對(duì)于傳統(tǒng)循環(huán)水泵設(shè)置的供熱系統(tǒng)，在近端熱用戶的調(diào)節(jié)閥，其閥權(quán)度β值往往過?。ㄐ∮?.25~0.3），常常導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥即使工作在很小的開度下仍然出現(xiàn)超流量的情況，這是造成冷熱不均的根本原因。為改善近端熱用戶調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)功能，常常采用加裝配套調(diào)節(jié)閥或預(yù)設(shè)定等措施，使其調(diào)節(jié)閥盡量工作在相對(duì)開度為50~100%的范圍內(nèi)，以提高調(diào)節(jié)如果一個(gè)熱用戶的調(diào)節(jié)閥，在設(shè)計(jì)流量下的全開閥端壓差為40kpa（4m水柱），該熱用戶入口供回水設(shè)計(jì)壓差為400kpa（40m水柱或0.4Mpa這在我國集中供熱系統(tǒng)里是常見的，特別當(dāng)熱用戶處于熱源近端時(shí)更是如此）。按照上述的計(jì)算方法，此時(shí)該熱用戶的調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度β應(yīng)為40/400=0.1，顯然過小，由于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性變壞，此時(shí)調(diào)節(jié)閥工作在開度很小的狀態(tài)，或即開即關(guān)的狀態(tài)，而通過的流量仍然過大，造成調(diào)節(jié)失控，熱用戶室溫過熱。對(duì)于一個(gè)完整的供熱系統(tǒng)，由于近端調(diào)節(jié)閥失調(diào)，流量超量；系統(tǒng)末端熱用戶的供回水資用壓頭必然過?。ú辉僖涝O(shè)計(jì)水壓圖運(yùn)行），即使調(diào)節(jié)閥全開，也達(dá)不到要求的設(shè)計(jì)流量，產(chǎn)生冷熱不均就成為必然。為了改善近端熱用戶調(diào)節(jié)閥的工作調(diào)節(jié)特性，一個(gè)有效措施是在調(diào)節(jié)閥的同一管路上串聯(lián)手動(dòng)平衡閥，使其克服多余的資用壓頭，剩下的資用壓頭由調(diào)節(jié)閥克服，目的是使調(diào)節(jié)閥的閥端設(shè)計(jì)壓差與工作壓差之比大于0.25~0.3，借以改善調(diào)節(jié)性能。若以上述為例，設(shè)該熱用戶的設(shè)計(jì)流量為30m3/h，根據(jù)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的設(shè)計(jì)壓差40kpa，可計(jì)算出待選調(diào)節(jié)閥的Kvs為47.4m3/h，與其最接近的調(diào)節(jié)閥口徑為DN65，Kvs=95m3/h。若選同一口徑（DN65）的手動(dòng)平衡閥與調(diào)節(jié)閥串聯(lián)，關(guān)小該平衡閥，使其克服250kpa的資用壓頭，則剩下150kpa資用壓頭由調(diào)節(jié)閥克服，此時(shí)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)壓差與工作壓差之比即閥權(quán)度β=40/150=0.27，調(diào)節(jié)性能明顯得到了改善。定義調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度時(shí)，是把閥全關(guān)時(shí)的閥端壓差定為最大壓差。目的是考察調(diào)節(jié)閥即將全關(guān)時(shí)的調(diào)節(jié)性能。在管路上串聯(lián)平衡閥的措施，既設(shè)有改變調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的設(shè)計(jì)壓差值，也設(shè)有改變其全關(guān)時(shí)的最大壓差值，從嚴(yán)格意義上講，沒有改變調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度，改變的只是調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)過程的相對(duì)開度。如果不串聯(lián)平衡閥，調(diào)節(jié)閥要在相對(duì)開度0~100%的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；串聯(lián)了平衡閥盡量使調(diào)節(jié)閥在50~100%內(nèi)調(diào)節(jié)，即可滿足待調(diào)流量值，防止出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥關(guān)死的現(xiàn)象。根據(jù)上述分析，為了更有利于調(diào)節(jié)閥的選擇，我主張把閥權(quán)度的定義改為絕對(duì)閥權(quán)度和工作閥權(quán)度。絕對(duì)閥權(quán)