集中供热及建筑循环系统的水力平衡

1、集中供热及建筑循环系统的水力平衡（一）  集中供热及建筑循环系统的水力平衡     介绍 2009年的整个冬天，中国都非常冷，可以看出，供热是非常必要的。供热系统的三个重要品质是：·           运行安全·           可靠·     

2、0;     高效（即意味着收费低，低碳）中国北方地区超过50%的大城市已经有了以燃煤热源为主的集中供热，很多地方正在努力提高能效以达到国家标准。另外，现存系统应该改造以减少热损失。集中供热提高潜在能效的核心技术之一是水力平衡， 这也是SAMSON AG早在50年前在欧洲和20年来在中国一直研究的课题。这篇文章我们将聚焦于水力平衡在集中供热系统的应用。当然，主要的结论也可用于HVAC系统。2        不平衡系统 每个供热系统都必须为热网中所有用户提供足够的热水。但是，水总是流向低

3、阻力的地方。由管程和安装件引起的压降导致每个用户承受了不同的压差。由于压差和流量相关，这通常意味着，管路最末端的用户由于低压差而缺少能量，而管路最近端用户能量过度供应。在超过一个用户的供热系统中，最后的用户总是得到最少量的水。在每一个水力网中，这个理论不得不使人担心水是否等量分支流动。  系统水力不平衡的效果 不平衡系统：第一幢房子流过大量的水，很热，最后一幢房子非常冷。首端大压差，末端低压差。不平衡系统的明显特征是：·           管路末端的用户得不到足够的流量&#

4、183;           流量大，水泵扬程高。·           回水温度高，温差小·           一次侧出现噪音问题通常，解决供热问题的办法是：工人们为给末端用户增加流量，将水泵扬程提高而且，在用换热器的集中供热系统中，通常情况下二次侧的水泵压头会过高，这可能导

5、致二次侧供热温度偏低，换热器达不到设计工况下的换热量，情况会更糟。（相似的情形也会发生在制冷系统中） 不平衡系统会导致：·           水泵功率大，投资成本高；·           管网负载过重，由于传热差，回水温度高，流速快（在供热时）；·         

6、  热源效率差，由于回水温度高，热源厂的能源消耗更高；·           管网系统热损高；·           水泵和热源运行成本高；·           设备及其零部件寿命短；·     &

7、#160;     用户不满意3        一次侧平衡解决方案 集中供热一次侧循环系统是：管道直接接到电厂，其温度可能达到150（依赖于气候条件及电厂输出）压力高达12bar，可能压差会达到4bar。一次侧的调节阀必须适应这些参数， SAMSON为达到这一目的，所有调节阀都装有压力平衡阀芯以确保优异的控制效果。 3.1        装有换热器的恒流量系统平衡：等流量分配的流量调节阀 恒流量系统的一次侧热网所有换

8、热器都直接连接于主管上，流量大小决定于循环泵。依据用户与循环泵间的距离，分配给每个用户的热水量存在过流或者欠流。为了等量分配热量，流量限制器应该安装给每个用户和高速路上的“限速”规则一样。 系统水力平衡的效果   流量限制器原理流量限制器是一种自力式调节阀，它不需要任何外部提供能源，设定流量至限制值，且此值不受压差的影响。从技术上讲，流量控制器产生阀体内部的人为限制压降，此压降由集成的压差控制器控制。当孔板开度相同时，特定的流量总是取决于供回水管路相同的压降。这正是机械的流量限制器的工作原理。 流量限制器的结构原理图孔板置于阀内部，两端的压力接入差压控制器的执行器

9、上下膜合。当弹簧向上或向下动作时，流量发生改变。  集成型的孔板概念SAMSON   42-36流量限制器SAMSON找到了一种便捷的解决方案，应用阀集成的孔板，随时可改变的面积内置于阀体的前端。集成孔板型（像42-36或者45-9）工作在一个固定的压差（0.2bar / 20KPa）控制器下，相对于可变化的压差控制器来说，这种阀体更紧凑，也更便宜。一旦流量设定好，控制器便稳定地限制流量不受其他用户或者水泵工况的干扰。如果流量超过需求量，自力式控制阀开始关闭，以保持20KPa的稳定压差，此时流量便得到了限制。集成孔板的内部结构   低于设定值的流量不会引

10、起阀门的动作，阀保持开启度。低流量意味着：没有足够的压差。流量限制器不能生产流量，它只是起限制作用！  设定流量值（集成型）流量限制器的设定是流量调节的关键因素。SAMSON研发了一种能抗污垢的孔板，其孔径可以随时变换，且能置于阀体内部。通过旋转外部的旋扭改变孔板的开度，从而引起流量值的增大或者减小，旋扭的转数与流量直接相关。设定位置可以被铅封以避免被外人随意改变。  选型计算流量限制器可以通过最大需求流量来选型。一般情况下选择与工艺管道相同口径的调节阀。不推荐选用比管道口径还大的阀，这可以防止阀出现振动，也会节省投资。SAMSON流量限制器最大尺寸可以做到DN400（带先

11、导阀的2334型）。下面举个例子，可以看一下选型是非常简单的：现有管径：DN80；最大需求流量：18 m?/h选择口径的过程如下：按管道直径进行选型：42-36 DN80 Kvs 80设定点范围：3.535 m?/h结果：DN80可以接受。摘自SAMSON样本 42-36注：低压阻时以0.2bar压差值为准。如果阀门口径要小于管道口径用小一号的适配器法兰DN80DN50，选择DN50（0,9.16m?/h）或者DN65（2.0.28m?/h）。DN80的压降计算如下：¨       0.2 bar（内部孔板压降）¨

12、       阀门压降：(flow/Kvs)2 =(18/80)2=0.051bar¨       总压降=0.2 ba+0.051bar=0.251 bar（25.1KPa）  流量限制器的附加功能像所有SAMSON自力式调节阀一样，流量限制器可以与其他控制功能组合在一起。 SAMSON 42-36Dot 带温度限制的流量限制器 流量限制器可以附加额外的温度传感器，例如可以限制集中供热回水温度（42-36Dot型）。安装时确保流量限制

13、器的附加旁路可以给予一个小流量信号，以防止温度传感器万一在接受到高温信号时长时间关上阀门这样会引起客户的投诉。3.2        已装有电动调节阀和换热器的变流量系统平衡：压差控制器概念 通常情况下随着外界大气温度的变化，二次侧供水温度设定值也相应变化，而一次侧流量是依据二次侧供水温度进行调整，一般通过回水温度流量限制或者其他的流量限制完成。通常一次侧的电动调节阀依照本地或者远程控制系统送来的信号来改变每台换热器的流量。 电动调节阀3214/3374     &#

14、160;    DDC 控制器5573除了数字控制器，SAMSON为实现这一目的提供各种各样的电动调节阀。中国大部分集中供热换热站都装有变流量系统方案（站里有电动调节阀），这是优于恒流量系统的节能方案。  装有电动调节阀的系统问题在已装有电动调节阀的大型集中供热系统中存在以下典型问题：¨             离水泵近的站流量高，电动调节阀阀权值低，震动厉害，导致了换热器一系列问题，像噪音大，阀芯内部糟损坏，电动阀

15、本身寿命缩短，温度控制效果差；¨             离水泵远端的换热站电动调节阀100%开度，但二次侧的温度仍很低。 这些问题不能靠自控系统自身解决，这都是基于水力失衡的原因呈现，由电动调节阀的选型和压差的波动引起的。.1 举例：电动调节阀在热网不同位置处的流量分配电动调节阀只能用于一定的工况环境中。Kv值的计算是由用户需求的额定流量和落在阀上的压差决定的。电动阀仅是控制回路中的一个组成部分。为保持系统良好的控制效果，落在阀上的压降最少与换热器一样大

16、，即阀的“权值”av应该大于0.5。举例：¨       预估流量：17.2 m?/h¨       计算Kv值，换热器压差为20KPa（0.2bar）：38.5¨       安全系数10%：（38.5*1.1）=Kvs=42.4¨       依据产品手册（SAMSON 3214）获得阀实际的Kvs=50?

17、0;  全负荷在20KPa（0.2bar）的运行工况：运行开度=计算Kv值/实际Kvs =38.5/50=0.77即77% 或者1:1.13?  如果现场的实际压差是200KPa（2bar），流量为17.2 m?/h 时的Kv=12.2，尽管已为满负荷，此时阀的开度=12.2/50=0.24即24%或者1:4.17！?  然而，有些情况下负荷仅需10%（1.7 m?/h），像在春天，此时阀的开度只有2.4%，这意味着控制范围为1：41.7。对于等百分比特性的阀芯，阀的开度低于5%；如果是现线特性的阀芯，其开度将低于2.4%，或者小于1/2mm的开度（若行程为15m

18、m）！阀芯的小位移造成高比例的流量变动，长时间由此引起的压力波动会损坏换热器。另一方面：如果此阀在压差2 bar时完全打开，落在阀上的实际流量将会是64.7 m?/h，这可比设计流量大了3倍！流速将达到5.4m/s超过了3m/s的限速。如果电动调节阀在比计算值高的压差工况下运行，会导致：¨       最大流量将高得离谱；¨       低负荷时导致震动和非常差的控制效果。 经验表明这种情况时常发生，尽管有控制系统的影响，换热器的流量仍然太高，二

19、次侧无法达到设定的温度。电动调节阀的高流量可能引起气蚀从而损坏到阀本身，换热器或者热量表。另外，变频泵也无法正常运行。结论：电动调节阀的运行压差比设计压差高时，不能解决系统的水力平衡问题，而且这正是问题的制造者。.2   压差控制器和电动调节阀我们需要一种能给电动调节阀提供恒定压差的设备，以解决此问题。压差控制器可以吸收额外的压力，保持电动调节阀的稳定工况，使其不受现场实际压差的影响就等同于弹性垫或者轮胎系统不管路面有多么崎岖不平，仍能保证汽车平稳开动。电动调节阀的恒定压差能使其在所有负荷下都平稳工作。 依据电动调节阀的Kvs值来设定压差值，附加的流量限制可以达到

20、了：设定压差值为0.12bar，DN65/Kvs50的电动调节阀意味着：在阀100%最大开度时流量是17.2 m?/h。电动调节阀的控制效果完全可以通过“全阀权”来获得数字控制系统会显示其潜在能力。另外，最大流量将无法被超越。SAMSON 压差控制器42-24A（装在回水管上）  浅蓝色：回水压力亮蓝然: 回水管的阀前压力红色：供水压力SAMSON的压差控制器42-24就是我们要找的提供恒定压差的设备，其口径范围较广，DN15250（带先导阀的可达DN400），压差设定范围广，像0.10.6，0.21bar等。其结实的结构保证它能长久使用在一次侧，也容易 安装，调试及维护。.3

21、60; 压差控制器42-24：计算选型通常情况下，压差控制器的口径与管径相同。如果管道太大或者压差太高，就需要缩径。阀上的压降可通过Kv公式来倒算。装在供水上的压差控制器型号为42-24B，回水上的型号为42-24A。当电动调节阀装在供水侧，而压差控制器装在回水侧时，42-24控制器里的真空保护装置将保护换热器，使其压降恒定，以延长寿命。所以请依照操作说明正确安装引压管。3.3        循序渐进：从恒流量到装有组合式阀的变流量新建网的一种解决方案 有时候分两阶段走的概念适应用于第一阶段低一些的投资成本，热网可以逐步扩大

22、，或者为了改造先前没有安装自控设备的热网，需要从恒流量系统改造为变流量系统。  组合式阀42-36E SAMSON流量限制器42-36提供了额外附加电动执行器的机会。所谓的“组合式阀”有三种功能：¨             流量限制（无电动头）；¨             电动调节阀功能（配合控制系统）；¨             压差控制集成于电动调节阀，以确保良好的控制效果。内嵌于阀体内的固定孔板改变为电动调节阀的阀芯，而另外一个内置阀芯是通过膜片执行器实现压差控制。42-36E口径可达DN250，可选故障安全功能。  改善恒流量系统热网 为了改善恒流量系统，两步走的概念可以参照以下步骤：1.  &#