室外变流量热网运行调节与控制策略的研究

1、室外变流流量热网网运行调调节与控控制策略略的研究究摘要目前我国国大多数数集中供供热系统统设计观观念落后后，末端端无合理理可靠的的调节控控制手段段，供暖系统以以“大流量量、小温温差”的方式式运行，水力失失调现象象普遍存存在，水水泵大部部分时间间都运行在部部分负荷荷状态，致使系系统耗电电量高。减少输输送系统统能耗最最有效的的方式是是采用变变流量水系统统，该系系统可使使水泵的的供水量量随负荷荷的变化化而变化化，实现现供热系系统的供供需动态态平衡。随着着供热体体制的改改革，动动态的变变流量系系统将是是集中供供热系统统的发展展趋势。对目前我我国大中中型集中中供热管管网基本本的调节节和控制制方法进进行了深

2、深入的阐阐述，根根据热平衡方程程，计算算得出了了单个建建筑单体体的回水水温度和和相对流流量随室室外温度度变化的的关系，以及整个管管网的流流量随着着建筑单单体的调调节的变变化规律律。在此此基础上上提出了了一种新新的供热热管网控制方方法：以以建筑单单体为研研究对象象，设置置局部回回水温度度调节措措施使进进入建筑筑单体的的流量与实际际负荷动动态平衡衡，这样样热网不不再是定定流量而而成为变变流量运运行，为为了提高高热网的的运行效率和和保证供供热质量量，一般般热网都都要装备备不同类类型的调调节控制制设备，本文在在原有理理论基础上分分析了新新系统的的可行性性，研究究适合的的控制策策略，为为其在工工程实际际

3、中的应应用奠定定理论基础。分析了两两通电电动调节节阀、平平衡阀和和动态调调节阀的的工作原原理和结结构特点点，指出出两通调调节阀和平平衡阀、动态调调节阀的的选型方方法和工工程适用用条件。应用图论论知识和和供热流流体流动动的基本本规律分分析了新新系统的的水力工工况，选选取了济济南某小区的一一个物理理模型，应用HHACnnet软软件模拟拟了新的的变流量量系统的的水力工工况，指指出单纯纯的末端调调节是不不节能的的，应该该同时进进行循环环水泵的的变流量量设计。由于热网网系统的的庞大，热源滞滞后性和和热惰性性大，在在实现负负荷调节节控制的的技术方方面提出了新的的变流量量控制系系统的自自控设计计，合理理的新

4、系系统的自自控设计计方案可可以作为为管网水水力平衡的一一种手段段。为了适应应系统流流量的变变化，节节约能源源，循环环水泵应应调速控控制，为为保证扬扬程下降降工况下所有用用户都得得到足够够的资用用压头，应采用用压差控控制，探探讨了压压差控制制点的位位置、流流量变化率的的大小及及不同分分布对水水泵节能能效果的的影响。论文最后后结合济济南南郊郊热电厂厂金鸡岭岭分厂厂厂区直供供热网的的具体情情况，对对该热网网的末端水力失失调现象象进行了了分析，并对热热网动态态调节的的经济性性能进行行了分析析，得出出如果热热网采用动念念调节带带来的节节能潜力力，为将将来热网网的技术术改造提提供参考考依据。关键词：变流量

5、量，调节节特性， 压差控控制， 变频，节能，控制设设计符号对照照表：水的流速速，ms主要符号号对照表表及缩略略词第1章绪绪论111供热系系统改造造的意义义与途径径目前我国国北方城城镇共有有供暖建建筑655亿平方方米，其其中约770采采用不同同类型的的集中供供暖。根据目前前初步统统计，城城镇建筑筑供暖用用能折合合标准煤煤13亿ta，占我我国总城城镇建筑筑用能的的52，是建筑筑用能的的最主要要部分。与发达达国家相相比，我我国城镇镇建筑单单位面积积供暖能能耗是同同纬度国家的的23倍，而而建筑除除供暖外外的其他他用能(照明、空调、家电、建筑设设备等)按照单单位面积比比较，却却仅为发发达国家家的1512

6、因此此供暖节节能应是是我国建建筑节能能工作中中潜力最最大、最主要的的途径，应该作作为当前前开展建建筑节能能工作的的重点uu。供暖系统统的能耗耗主要包包括：供供给处理理设备热热量的热热源能耗耗，如锅锅炉房耗耗煤、燃燃油、燃气或电电等；另另一方面面是输送送系统如如循环水水泵、补补水泵的的能耗。目前我我国大多多数供热热系统采用恒恒流量系系统，由由于设计计观念的的落后，又无合合理可靠靠的调节节控制手手段，供供暖系统统常常以“大大流量、小温差差”的方式式运行，水泵大大部分时时间都运运行在部部分负荷荷状态，致使系系统漏损大大，耗电电量高。减少输输送系统统能耗最最有效的的方式是是采用变变流量水水系统，该系统

7、统可使水泵的的供水量量随负荷荷的变化化而变化化，实现现供热系系统供需需的动态态平衡。近年来来，由于于计算机技术术、控制制计算、网络技技术和通通讯技术术的不断断进步，楼宇自自动化系系统(BBAS)在商业业建筑中大大量普及及，形成成功能齐齐全的智智能化建建筑，不不仅极大大改善了了建筑的的环境效效率，而而且也使建筑筑的能源源消耗在在量化控控制之下下，确保保建筑的的能源成成本降低低成为可可能，但但不可否否认的是，在在这些智智能化建建筑中，大多数数BASS仅能完完成设备备的运行行参数检检测、设设备的启启停控制等基本本功能，能真正正实现系系统经济济运行的的很少，离节能能的目标标更是相相去甚远远【捌。122

8、国内外外变流量量供热系系统发展展及现状状121国外热热网情况况13ll【4l国外许多多发达国国家集中中供热发发展很快快，从设设备、技技术、管管理等诸诸方面都都是比较较先进成熟的。从高效效、可靠靠和降低低运行成成本的目目标出发发，国外外发达国国家采用用中央监监测和控控制，包括热源源厂、热热网控制制点、热热力站的的流量、温度、压力、热量和和报警等等。在采采暖用户户入口安装温温控阀，自主调调节室内内温度，中央控控制室监监测热网网和热力力站运行行参数，通过不不利用户压差差控制和和调节变变速泵，实施变变流量运运行。由于国外外一直是是市场经经济体制制，热网网的设计计和调节节都是以以单户计计量为目目的的，所

9、以他们对于于用户自自主调节节的控制制理论已已经非常常成熟了了，主要要表现在在：(1) 计算机机管理水水平普遍遍较高，软件功功能齐全全，具有有热用户户及热源源厂结算算的计量量管理、故障障分析与与报警、热网的的控制与与调度、热力站站的无人人值守、热源的的控制与与调度等功功能，热热网管理理人员较较少，(2) 计算机机控制系系统广泛泛采用集集散式控控制系统统，主要要特点是是分散控控制为主主，集中中控制为辅，在灵活活性、可可靠性、可扩展展性上有有很强的的优势。(3) 供热系系统采用用先进的的新技术术、新设设备和新新材料，硬件质质量好，基本不不存在漏漏水现象，计计量设备备准确，执行机机构动作作可靠，为计算

10、算机管理理和调节节提供可可靠的信信息来源，普遍采采用自力力式流量量控制器器等来解解决水力力失调问问题，效效果很好好a(4)用用户的暖暖气设备备进出口口都安装装温控阀阀，用户户可以自自行调节节，基本本可以做做到按需需供热。随着对外外开放与与经济改改革的不不断深化化，我国国北方城城镇大力力普及集集中供热热事业，实行供暖行业业集中管管理，并并向较大大规模发发展。现现在的管管网普遍遍采用间间供式。近几年年来，计计量供热方式式也正逐逐步推广广实施热热化率在在逐步提提高。但但由于受受经济条条件的限限制，供供热系统统的调控设备备及调控控手段的的相对落落后，供供热质量量并不令令人满意意，为了了满足热热用户的的

11、需求，提高供热效效果，克克服热力力工况的的失调，常常采采用“大流量量，小温温差”的运行行方式，这种运运行方式在在一定程程度上能能够缓解解热力工工况的失失调，但但没有从从根本消消除系统统的水力力失调，仍存在着很很大的缺缺点，如如需要大大水泵，大热源源这种种运行方方式也带带来大能能耗，增增加了设设备投资，降降低系统统的可调调性。改改善热网网的热力力工况，必须研研究好热热网的热热力特性性，配备备相应的设备备仪表，对热网网进行调调节。发发展我国国的集中中供热事事业。我我国常规规室外供供热系统统多采用集中中式热力力站，热热力站的的规模从从540万小小2不等。是否采采用国外外的运行行控制方方法要从投资资、

12、运行行的经济济性与其其功能两两方面综综合考虑虑，选择择最优方方案。国内的情情况：集中供热热系统是是一个十十分复杂杂的多变变量控制制系统，供热面面积大，影响因因素多，内部关联性强强，滞后后时间长长，非线线性严重重，随着着供热技技术水平平的提高高，我国国也采用用了许多多新技术，新新设备，运行管管理的水水平也有有所提高高，但从从整体上上来说，目fjj，热网运运行管理理水平还是不不完善，常常采采用大流流量、小小温差的的运行模模式，水水力失调调现象普普遍存在在，过热热用户室温严严重超标标，过冷冷用户室室温不达达标，这这种现象象恶化了了热网运运行指标标，影响响了供热热质量，增加加了运行行费用，从而浪浪费了

13、能能源。目Ii我国国针对于于建筑物物的温控控方式毛毛要有以以下几种种f5ll：(1)温温控阀：温控阀阀装在散散热器的的支管处处，可以以设定一一定的温温度设定定值，温温控阀的的实际开度度随负荷荷的变化化而变化化，散热热器的流流量也随随着室内内负荷的的变化而而被动变变化，继继而整个热网网的流量量也都在在变化，目前对对这一方方面的研研究较多多；(2)混混水回路路装置：在建筑筑物入口口引入混混水回路路，在混混水回路路上安装装电动调调节阀及及温度控制制器，这这样建筑筑物内部部是定流流量系统统，外网网改为变变流量系系统。既既实现了了热水输输送系统的变变流量降降低了水水泵的功功率消耗耗，又不不会引起起建筑物

14、物内部的的水力失失调。(3)智智能控制制阀：智智能控制制阀主要要适用于于对整个个建筑物物的控制制，阀可可以是通通断式也也可以是直直动式，一般设设置在建建筑物入入口处，另外可可以在建建筑内系系统安放放温控器器，制定定上限和下限限温度，在保证证供热质质量的同同时也达达到了节节能的目目的。目前我国国供热系系统的末末端控制制方式很很少，近近几年国国内的学学者对分分户计量量的研究究比较多，江亿亿根据目目前居住住特点，认为目目前“分户计计量、按按热量收收费”的热改改方式不不适合在在我国推广。我我国居民民的主要要居住方方式是大大规模公公寓式建建筑，而而不是像像发达国国家的单单体别墅墅，采用分户计计量，当当邻

15、室无无人居住住散热器器关断时时，采暖暖户的耗耗热量就就会大幅幅度增加加。极端端情况下下，当相邻55户都停停止供暖暖时，采采暖户的的供暖耗耗热量有有可能增增加到接接近3倍1111ell，认为为应该采采取按楼计计量、楼楼内按面面积分摊摊的方式式，并在在技术上上和经济济上都可可行。为为了解决决由于系系统设计不当和和调节不不当导致致局部过过热造成成的热损损失问题题，提出出在楼的的热入口口采用换换热或混混水，在楼内实实行“大流量量、小温温差、低低水温”的供热热方式，使每栋栋楼可在在不同的的入口水水温下运运行，以有效减减少由于于散热器器面积不不匹配、建筑内内局部热热源、系系统流量量不均等等原因造造成的局局

16、部过热现象象，提高高集中供供热系统统的热利利用效率率。本课题是是“按楼计计量”思路的的一种体体现，是是对整个个建筑物物热量计计量控制制的一种种新的实实现方式。河北工业业大学的的齐成英英教授提提出的末末端设嚣嚣通断阀阀的变流流量控制制方式：根据室室内温度的变化化，电磁磁阀通过过通断控控制流过过散热器器的水量量，当室室内温度度低于某某一设定定值时，控制器发出出信号关关闭二通通阀；高高于某一一设定值值时开启启二通阀阀，虽然然成本较较低，通通断式电电动调节阀由由于反复复动作，极易造造成水力力工况紊紊乱，造造成控制制失效。江南大学学的冯小小平博士士开发了了集中供供热空调调系统水水力工况况的动态态模拟分分

17、析和优优化设计软件，该软件件具有设设计优化化、工况况模拟、动态调调节等功功能，利利用该软软件可以以确定系系统水力工况况调节控控审值，可可以对实实际投入入运行的的供热系系统在不不同气候候条件及及不同用用户特点点条件下的的运行控控制策略略进行模模拟分析析，提出出了系统统的控制制方案，目前还还没有做做成产品品，只是做科科研时使使用。对于变流流量系统统的运行行调节，文献【7】指出出当系统统变流量量运行时时：“当流量量在设计计流量200一300范围围内变动动时，散散热量变变动只有有10左左右；而而当流量量减少到到设计流流量的20-300时，散热量量的波动动将为设设计值的的50一一80，室温只只能维持持在

18、514。GilAAverryPE在文献献中提到到：在变变流量系系统中，建议不不使用手手动调节节装置IISlELBBrowwnPE经过研研究发现现：根据据实际情情况选择择合理的的平衡阀阀和压力力调节器器，能消消除手动调调节对变变流量水水系统的的干扰【叭。文文献【110】中中对于安安装温控控阀的单单管跨越越式系统统、双管系统统的热力力入口的的使用设设备进行行了分析析，认为为安装温温控阀的的双管系系统的是是变流量量系统，应该该加装压压差控制制阀；带带跨越管管的垂直直单管系系统，由由于温控控阀的作作用，使使通过散散热器的流量量随室内内负荷变变化而变变化，但但跨越管管的分流流作用使使得立管管的总流流量却

19、保保持基本本不变。因此此，此时时热网基基本上是是以定流流量运行行，使用用自力式式流量控控制阀是是最合适适的。文文中认为传统统单管系系统改造造为计量量供热之之后，仍仍应为定定流量运运行。而而对于双双管系统统，无论论传统垂直双双管系统统、还是是新双管管系统，均为变变流量运运行，且且采用定定压差控控制方式式。133供热系系统变流流量实现现的新方方法变流量系系统的基基本原理理：变流量系系统是指指输送环环路的总总水量发发生变化化，其运运行的基基本原理理可以根根据热力力学第一定律来来叙述：Q：为设设计工况况下的负负荷；Af：为为按规范范确定的的温差，因此流流量也同同时被确确定。当当系统设设计完成成并投入入

20、运行时时，Q成了独独立参数数，它与与室外的的气象条条件和室室内散热热量等诸诸多因素素有关。当Q变化时时可以根据热负负荷调节节管路流流量G，也可可以调节节系统的的供回水水温差DDf。如如果改变变供回水水温差，而保持流流量不变变则成为为恒流量量系统：如果保保持系统统供回水水温差不不变而改改变系统统流量则则形成变流量量系统。理想的的变流量量系统，其供回回水温差差不变而而流量与与负荷成成线性关关系。由于目IIji国内绝绝大多数数大型集集中供热热系统均均为恒流流量系统统，并且且系统末末端无计计量和调节手段段，此情情况对我我国将来来的供热热发展情情况即为为不利。本文针针对此情情况在建建筑群入入口处安装流流

21、量调节节装置，以建筑筑单体为为研究对对象，根根据建筑筑单体的的回水温温度控制制阀门开开度，使进入建建筑用户户群的流流量根据据用户负负荷发生生变化。其流程程如(图11)所示示。随着热量量计量收收费体制制的改革革，用户户将可以以根据采采暖需求求对供热热状态进进行调节节，无论是建筑筑入口电电动调节节阀的调调节还是是通断式式调节，本质上上都是调调节户内内的供热热流量，这样热网成成为变流流量运行行。144变流量量水系统统方法研研究的可可行性分分析变流量供供热系统统自身的的特点决决定了系系统要有有量调节节的功能能，但这这种量调调节有别别于传统意义上上的集中中量调节节。传统统的集中中量调节节随室外外温度的的

22、变化在在热源处处主动改改变循环环水量从而调调节供热热量以维维持所有有用户的的室内温温度恒定定，在某某一室外外温度下下，管网网中的循循环水量基本本是一个个定值。而对于于新的交交流量供供热系统统，由于于局部改改变水量量的调节节，热源源处循环水泵泵对于这这神局部部调节进进行适用用性跟踪踪调节，是一种种被动的的调节：并且这这种被动动调节不仅与与室外温温度有关关，还与与建筑单单体的局局部调节节有关，即在某某固定的的室外温温度时，循环水量也也不是定定值。变流量供供热系统统只采用用这种跟跟踪量调调节不能能完全适适应热负负荷的变变化，如如当室外外温度较高、热热负荷变变小时，若供热热温度仍仍然较高高，电动动调节

23、阀阀的开度度会很小小，有可可能在最最小开度时室室温仍高高于要求求值，失失去调节节功能，所以还还应在热热源处进进行集中中质调节节。由于于各建筑用户户的负荷荷不同，即便在在同一供供水温度度下，各各用户的的回水温温度也不不同，系系统的回回水温度和供供回水平平均温度度是变化化的，不不易确定定某个值值作为控控制的参参数，以以满足所所有用户户的需要。而而供水温温度却是是各个用用户所共共享的，可作为为质调节节的控制制参数。当热水网网络在稳稳定状态态下运行行时，如如不考虑虑管网的的沿途热热损失，则网路路的供热热量应等于供暖暖用户系系统散热热设备的的散热量量，同时时也应等等于供暖暖热用户户的热负负荷。式中：q一

24、建筑筑物的供供暖设计计热负荷荷，w；Q2一散散热器的的散热量量，w；g一热水水网路输输送给供供暖热用用户的热热量，WW；卜建筑筑物的体体积供暖暖热指标标，即建建筑物每每1耐的体体积在室室内外温温差为ll时的耗耗热量，Wm33：V一建筑筑物的外外部体积积，m33：fw一供供暖室外外计算温温度，；0一供暖暖室内计计算温度度，；t29一一二次供供暖热用用户的供供水温度度，；拍一二二次供暖暖热用户户的回水水温度，；At，一一散热器器的表面面计算温温差，为了了计算的的准确性性采用对对数平均均温差，其中定义西为为相对热热量比，即实际际工况与与设计工工况下的的散热量量之比，定义石石为相对对流量比，即实实际工

25、况况与设计计工况下下的散热热量之比比。则由由以上可可以得到到如下公公式：通过上面面的计算算结果可可以看到到：随着着室外温温度的升升高，建建筑单体体的实际际流量和和回水温温度都降低低，建筑筑单体供供回水温温差升高高。但是是过低的的系统回回水温度度对供热热锅炉安安全运行行十分不利，回水温温度过低低意味着着管网循循环流量量过小，会加重重系统的的水力失失调状况况。传统的供供热系统统由于没没有调节节功能，随着用用户负荷荷的变化化，回水水温度往往往很高高，鉴于此，本本课题采采取局部部回水温温度控制制，使进进入建筑筑单体的的热媒流流量随负负衙的变变化而变变化，达到按需需供热的的目的。以上是针针对单个个建筑单

26、单体的回回水温度度和相对对流量的的变化趋趋势，在在实际运运行中由由于电动调节阀阀的随机机性，系系统总的的水流量量变化肯肯定与调调节的建建筑单体体在整个个系统中中的比例例有关，下面面推导一一般意义义上的二二次网侧侧系统的的相对流流量公式式。为了了便于分分析，首首先进行行如下定义：u=O意意味着二二次网系系统所有有的建筑筑单体均均维持设设计流量量，调节节公式蜕蜕变为传传统的质质调节公式式；u=l意味味着所有有的建筑筑单体的的实际流流量都发发生了变变化，二二次网系系统的实实际相对流量与与每一个个建筑单单体的相相对流量量相同。从曲线线上可以以看出：二次网网系统的的流量随随室外温度的的升高而而降低，在同

27、一一室外温温度下且且供水温温度唯一一的条件件下，系系统的流流量随调调节的建筑单单体的增增多而呈呈现出下下降的趋趋势，综综合上述述分析，从理论论上讲，局部回回水温度度控制还完全全能够达达到节能能效果。155本文研研究的方方法、目目的和内内容本课题采采用理论论分析和和数值计计算相结结合的研研究方法法。由于于供热系系统是个个庞大的的系统，无法通过过实际检检测和实实验的方方法获得得系统的的运行工工况，因因而只能能采用数数值模拟拟计算的的方法来获得得系统的的运行工工况。对对供热管管网水力力工况的的模拟计计算是根根据管网网流动的的规律和和己知条件，采用适适当的计计算方法法，在计计算机上上进行网网络解算算，

28、得出出管网的的流量分分配、压压力分布、各各管段流流动方向向等计算算结果。对管网网水力工工况的模模拟计算算将应用用流体力力学、网网络图论和计计算机编编程技术术来完成成。根据据供热理理论、水水力管网网平衡技技术和系系统控制制理论，并借鉴现有有供热系系统的经经验，提提出适合合系统的的控制策策略。本课题研研究的内内容具有有深远的的社会意意义，变变流量供供热系统统是一个个动态的的系统，通过对大型供供热管刚刚的水力力工况及及水力稳稳定性的的理论分分析，为为集中供供热热水水管网的的方案设设计及运行管管理提供供理论依依据，对对其调节节特性进进行动态态研究，透析供供热管网网的调节节特性和和自控环节的的相应调调节

29、过程程，优化化控制，确定相相应的调调节手段段和控制制算法，达到最最大可能能节能的目的的，并希希望系统统能够有有较好的的“可调行行”和“稳定性性”。本课题的的研究内内容：为研究探探讨管网网流量变变化后水水力工况况变化的的规律，提出适适合新系系统调节节方式的的控制策策略，最终终实现系系统节能能的目的的，本课课题将进进行以下下几方面面的工作作(1)分分析了供供热系统统调节设设备的特特性，随随着供热热技术的的提高，越来越越多的动动态调节节设备被广大大的设计计人员及及运行管管理人员员所重视视。(2)应应用图论论知识以以及流体体流动的的基本规规律分析析供热管管网变流流量运行行时的水水力工况况，以一个实实际

30、的物物理模型型用HAACneet软件件模拟了了新系统统调节的的水力稳稳定性，在此基基础之上上对新系统统提出合合适的控控制策略略，提高高系统的的稳定性性：(3)单单纯的末末端调节节是不节节能的，因此循循环水泵泵应该迸迸行变流流量的设设计，从从减少系系统能耗和提提高系统统稳定性性的角度度，分析析系统循循环水泵泵应采用用的控制制方式以以及相应应控制方方式的节能效效果；(4)结结合济南南实际的的供热系系统，进进行了实实际的调调节工作作，在分分析调节节原理的的基础上上指出现有调调节方法法以及设设计方法法的弊端端，进行行了动态态调节与与静态调调节的经经济性分分析；(5)给给出了变变流量末末端控制制系统的的

31、设计，探索设设计和运运行调节节方法，为将来来指导实实际工程的设设计和应应用奠定定理论基基础。第2章集集中供热热系统调调节设备备特性的的分析在整个供供热系统统中，我我们把建建筑单体体看成一一个末端端，其负负荷并不不是恒定定不变的的，在新的研究究系统中中我们要要求通过过建筑单单体末端端的热媒媒流量随随负荷的的变化而而变化，为了实实现这种变化化的流量量分配，需要对对整个管管网进行行相应的的调节。在对整整个管网网进行调调节时，具体涉及到到每个支支路的调调节阀，我们希希望实现现准确的的流量调调节，并并且当调调节某个个支路上上的控制阀时时，邻近近支路的的流量尽尽量不受受到影响响，在对对系统进进行调节节和实

32、施施自控时时，希望望了解调节设设备的可可调性和和稳定性性，从而而对新系系统采取取相应的的调节手手段和控控制算法法。鉴于于此，本文有必必要研究究变流量量系统中中调节设设备的调调节特性性和选型型方法。211调节阀阀的调节节原理和和调节特特性f111】11221硝1“1 55i1661调节阀在在流量调调节系统统中起调调节和控控制流量量的作用用，它是是依据其其局部阻阻力的变变化来实现对流流量的调调节，在在流量系系统中属属于消耗耗能量的的元件。调节阀阀的流量量特性决决定其调调节品质和特特性。211调节阀阀的工作作原理两通调节节阀是按按照输入入信号来来改变阀阀芯行程程，即通通过改变变阀的流流通截面面实现流

33、流量的调节，对对于管路路系统来来说，调调节阀起起着局部部阻力的的作用，当改变变调节阀阀的流通通截面时时，阀对流体体的阻力力系数也也随之改改变，引引起局部部能量损损失的变变化。不不可压缩缩的流体体流经一一个具体的调调节阀时时，若调调节阀的的开度不不变，流流体单位位重量的的能量损损失与流流体的动动能成正正比，即：式中：只为阀阀门全开开时，消消耗在阀阀门上的的压差，Pa；只为阀阀门关闭闭时，阀阀门两端端压差，Pa；阀门权度度是表达达一个阀阀门在整整个系统统中重要要性的程程度，经经常用百百分数来来表示。选择电动阀阀门的第第一步应应确定好好阀门的的权度。在一个个供热系系统中，阀门的的权度越越大，系系统的

34、调调节性能越越好。如如果阀门门的权度度过小，随着阀阀门开度度的增加加，阀门门两端的的压差会会迅速下下降，这将导致致在阀ffIdd,开度度的情况况下，流流量将随随开度发发生很大大的变化化；反之之，在阀阀门处于于大开度的情况况下，流流量在开开度变化化时的改改变并不不明显。即在阀阀f-lld,开开度的情情况下，有很高高的流量放大大系数，导致调调节特性性的不稳稳定：而而在阀门门大开度度的情况况下，流流量放大大系数很很小，会会使调节产产生较大大的偏离离。在选选择了合合适的阀阀权度之之后，就就可以根根据设计计流量和和假定阀阀门两端的压差差，计算算出阀门门在全开开时应具具有的KK。值，并以该该值选择择NtI

35、，使使阀门的的K，值等等于或略大于计计算值，并根据据阀门的的最大KK，值重重新校核核阀门权权度。另另外由于于系统负负荷是不不断变化的，这这就要求求控制阀阀在流量量较小的的情况下下保证具具有很好好的调节节特性，这就涉涉及到上上文提及的控制制比率问问题。从从上面的的分析可可以知道道，当阀阀门的流流通能力力小于具具有调节节特性时时阀门的最小流流通能力力K。时，不可能能进行稳稳定调节节，因此此在选型型中，有有必要保保证负荷荷的变化化使阀门的流通通能力保保持在KK。K“之间，也就是是需要对对最小负负荷情况况下的流流通能力力进行验验算，确保保其大于于K。，但但在实际际工程中中，由于于系统的的负荷和和压差变

36、变化较大大，往往往会引起起阀门两端压降降过大，和对阀阀门的控控制比率率R值要求求过高的的现象。213调节阀阀的流量量特性：调节阀的的流量特特性是指指介质流流过阀门门的相对对流量与与阀门的的相对开开度之间间的关系系；调节阀的流流量特性性的数学学表达式式为：q=f(1) (218)一般来讲讲，改变变调节阀阀的节流流面积。便可控控制流量量。但实实际上由由于各种种因素的的影响，例如在节节流面积积变化的的同时还还发生阀阀门前后后压差的的变化，而压差差的变化化会引起起流量的的变化，因此此流量计计算是比比较复杂杂的。为为了便于于研究分分析，我我们通常常首先假假定阀门门前后压压羞恒定，在在此情况况下得出出阀门

37、的的理想流流量特性性。然后后再引申申到真实实情况得得出工作作流量特特性。调节阀在在前后压压差恒定定的情况况下得到到的流量量特性称称为理想想流量特特性。典典型的理理想流量特性有有直线流流量特性性、等百百分比流流量特性性和快开开流量特特性。直直线流量量特性是是指调节节阀的相对流流量变化化与相对对开度成成直线关关系，即即单位行行程变化化所引起起的流量量变化是是一个常常数。等百分比比流量特特性亦称称对数流流量特性性，它是是指调节节阀的相相对流量量变化与与相对开开度成指数关系系。快开流量量特性是是在调节节阀的行行程比较较小时，流量就就比较大大，随行行程的增增大，流流量很快达到最最大，因因此成快快开特性性

38、，其在在小开度度时很灵灵敏，而而在大开开度时灵灵敏度很很低，主主要用于迅速速开闭的的位式控控制或程程序控制制系统中中。不同流量量特性的的数学表表达式和和计算方方法见表表21：表211不同流流量特性性的数学学表达式式和计算算公式(R为上上文提到到的控制制比率) 214电动调调节阀电动调节节阀由温温度传感感器、阀阀体、调调节器和和电动执执行机构构等组成成，温度度传感器器感测到控制支支路回水水温度的的变化，将这一一信号传传递到电电动调节节阀的调调节器，电动执执行机构构根据电信号号的方向向和大小小来改变变调节阀阀的开度度，从而而改变进进入建筑筑单体的的供热流流量。电电动调节阀通通常作为为计算机机监控系

39、系统的执执行机构构(调节流流量)，一般般需要单单相2220V电电源，其其电动执行行机构根根据配用用的不同同调节机机构，输输出方式式有直行行程、角角行程和和多转式式三种类类型，分别同直直线移动动的调节节阀、旋旋转的蝶蝶阀、多多转式感感应调节节器等配配合工作作。在结结构上电电动执行机构构除可与与调节阀阀组装成成整体的的执行器器外，常常单独分分装以适适应各方方面的需需要，使使用比较灵活活。智能电动动执行器器，根据据控制信信号，直直接操作作阀杆的的位移。智能电电动执行行器大都都将伺服放大器器与执行行机构合合为一体体，并增增设了行行程保护护、过力力矩保护护和电动动机过热热保护以以提高其可靠靠性，还还具有

40、断断电信号号保护、输出现现场阀位位指示和和故障报报警功能能。它可可进行现现场操作或远远方操作作，完成成手动操操作及手手动自自动之间间无扰动动切换。智能电电动执行行器利用用微处理器技术术和现场场通信技技术扩大大功能，实现双双向通信信、PIID调节节、在线线自动标标定、自自校正与自诊断断等多种种控制技技术要求求的功能能，有效效提高自自动控制制系统的的精度和和动态特特性，获获得最快响应应时间。智能阀门门定位器器，内装装高集成成度的微微处理器器，采用用电平衡衡(数字平平衡)原理代代替传统的力平平衡原理理，将电电控命令令转换成成气动定定位增量量以实现现阀位控控制：利利用数字字式开、停、关信号来来驱动气气

41、动执行行机构的的动：阀阀位反馈馈直接通通过高精精度位置置传感器器，实现现电气气转换功能，因因而具有有提高输输出力、提高动动作速度度和调节节精度(最小行行程分辨辨率可达达005)，克服阀杆杆摩擦力力，实现现正确定定位等特特点。智智能阀门门定位器器具备许许多符合合现代过过程控制制技术要求的的功能：对所有有控制参参数都可可组态的的功能(如死区区、正反反作用、报警上上下限、行程零点、行程范范围、执执行机构构类型选选择等)，实现现分程控控制功能能，实现现上行、下行速速度调节功能能，实现现线性、等百分分比、快快开等特特性修正正功能，自校正正功能、自诊断断功能，故障报警及及故障处处理功能能，多种种通信支支持

42、功能能。电动调节节阀既可可以通过过与各种种传感器器、变送送器以及及控制器器相连组组成分散散式的控控制系统，也可可以与楼楼宇控制制系统相相连组成成分散控控制、集集中管理理的中央央控制系系统，从从而大大大地提高了系系统对环环境温度度调控的的能力。但是在在一些系系统负荷荷波动较较大的变变流量系系统中，由于多台电电动调节节阀同时时工作，任何一一台电动动调节阀阀工作状状态的改改变都会会对其它它的电动动调节阀产生生影响，而电动动调节阀阀本身的的抗干扰扰能力又又比较差差，从而而造成了了整个系系统不稳稳定，对环境温温度的调调控能力力下降，调节精精度降低低。暖通空调调系统一一般要求求电动调调节阀具具有直线线的流

43、量量特性曲曲线，即即流量变变化与阀阀芯歼度变化的的比值是是一个定定值；对对于系统统负荷波波动较大大的变流流量系统统，还要要求电动动调节阀阀具有等百分分比的流流量特性性曲线，以满足足在小流流量时调调节较平平缓，而而在大流流量时调调节的灵灵敏度要求。传统的电电动调节节阀理想想的流量量特性曲曲线一般般郁是直直线的或或等百分分比的，但是在在实际的工作系系统中，特别是是在系统统负荷波波动较大大的变流流量系统统中，由由于调节节阀进出出口压差差的波动，其其实际的的工作流流量特性性曲线会会偏离理理想的流流量特性性随线，使电动动调节阀阀的调节节特性变羞，调节精精度降低低。这种种电动调调节阀工工作时不不但受到到标

44、准控控制信号号的控制制，还受受系统压力波波动的影影响，抵抵抗系统统干扰的的能力较较差。在在系统压压力波动动较大或或者阀权权度较小小时，调节精度度变差甚甚至无法法调节，导致调调节的温温度忽高高忽低，达不到到系统对对电动调调节阀调调节特性的要要求为为使新系系统的控控制工况况稳定，我们还还需要考考虑其他他稳定装装置与电电动调节节阀的合理配配用。供热、空空调系统统所有型型式的末末端装置置的静特特性具有有一个共共同点，即当一一次环路路侧供水温度恒恒定时，放热量量与水量量成非线线性关系系，近似似快开特特性，不不利于末末端装置置的调节节。在大部分分时间，末端装装置工作作在中等等或小负负荷情况况下，通通常水量

45、量的微调调会引起起放热量量的骤增，为为了保持持系统调调节时的的稳定性性，避免免调节的的波动，最好的的办法是是应用具具有与末末端装置特性性相反特特性的控控制阀进进行补偿偿，使末末端装置置的输出出与阀门门开度成成线性关关系，所所以希望电动动调节阀阀具有等等百分比比特性。电动调节节阀的工工作流量量特性不不仅受阀阀权度的的影响，还受其其它支路路的调节节干扰的的影响。蜂雏瓣孙孙驰n摊拍缯缯0宅I毒、钲静凳凳咀田堑盈盈皤O负荷变化化时，应应用于变变流量系系统中的的电动调调节阀的的压差是是变化的的，某些些工况下下，这种种变化可能会会引起控控制失灵灵，从而而对整个个系统造造成不利利的影响响。阀门门特性随随阀权

46、度度按比例例地偏离理想想流量特特性，阀阀权度越越小，阀阀门特性性的偏离离越大，如果阀阀门在较较小阀权权度下工工作，则当负荷荷变化使使阀门进进行调节节时，调调节阀的的流量特特性相对对于理想想流量特特性会产产生较大大的偏离，使使在较低低负荷运运行的阀阀门(阀权度度较小)导致震震荡现象象。当建筑中中局部区区域阀门门关小时时，系统统总流量量减少，引起其其它末端端装置上上的压差差升高，使并未处处于低负负荷运行行的电动动控制阀阀也承受受较高的的压差值值，即其其它支路路的调节节造成某某些电动阀在在不需要要调节时时进行调调节。222平衡阀阀的特点点作用以以及设置置与调节节设定原原则221平衡阀阀的特点点、作用

47、用0911120011221】【22】平衡阀是是一种手手动调节节阀，它它与普通通阀门的的不同之之处在于于有开度度指示、开度锁锁定装置及阀体体上有两两个测压压小阀。在管网网平衡调调试时，用软管管将被调调试的平平衡阀测测压小阀阀与专用智能能仪表连连接，仪仪表能显显示出流流经阀门门的流量量值及压压降值，给仪表表输入该该平衡阀阀处要求的流流量值后后，仪表表可自动动进行计计算、分分析，显显示出管管路系统统达到水水力平衡衡时该阀阀门的开度值值。因其其较为完完备的功功能和良良好的调调节性能能，越来来越受到到工程设设计人员员的重视视，针对供热热管网，正确、合理地地应用平平衡阀，对管网网系统的的正常运运行有非非

48、常重要要的意义义。平衡阀的的特点如如下：(1)直直线型流流量特性性，在阀阀门前后后压差不不变的情情况下，流量与与开度大大体上成成线性关关系；(2)有有精确的的开度指指示；(3)阀阀体上有有两个测测压小孔孔，可以以与智能能仪表连连接，可可以方便便地显示示阀门前前后的压压差及流经阀阀门的流流量：设置平衡衡阀的目目的就是是人为增增加一个个适当的的阻力，使系统统中各环环路间阻阻力达到到平衡，从而使管管路或用用户的流流量符合合要求。222平衡阀阀的选用用原则平衡阀对对支路不不多的小小型管网网可方便便地进行行水力工工况平衡衡。阀门门特性曲曲线决定定了阀门的调节节性能。由于阀阀门理论论特性曲曲线是在在定压差

49、差下测试试，而实实际工况况只要阀阀门开度度不为1，阀阀门在小小开度情情况下，阀前后后压差大大，大开开度时阀阀门前后后压差小小，使阀阀门实际际工作曲线向向快丌方方向偏移移，阀权权度越小小其偏移移越大。对具有有直线特特性的阀阀门，由由于实际际性能的偏移移会导致致阀门有有效调节节的开度度空间变变小，因因此阀门门的理论论性曲线线以等百百分比特特性为好。对对等百分分比(对数)特性曲曲线阀门门，在阀阀权度OO305时实际际工作曲曲线可能能接近直直线特性，选选用阀门门时尽量量加大阀阀权度，以避免免阀门在在小开度度下运行行。文献【2221中中指出：实际工工程应用用中，平平衡阀的的开度一一般要求求在600-90

50、0，并并根据实实验推导出出平衡阀阀的流量量、压差差、口径径、开度度、流量量系数的的线算图图，方便便了工程程应用。为合理地选选择平衡衡阀的型型号，在在设计供供热系统统时，仍仍要进行行管网水水力平衡衡计算，在计算算的基础上按按管径选选取平衡衡阀型号号。在初选平平衡阀时时，只要要知道所所要求的的流量及及应该消消耗的压压差，则则可通过过式(2215)计算出所选选阀门的的流通能能力，再由各各种型号号平衡阀阀的曲曲线就可可查到相相应的阀阀门型号号，并同时确确定开度度。对原原系统改改造时，直接以以平衡阀阀取代原原有的截截止阀或或闸阀，但需要要压降校核计计算以避避免平衡衡阀产生生的压降降过小，造成较较大误差差

51、。校核核步骤为为按该平平衡阀负负担的供热面面积计算算出设计计流量，按管径径求出设设计流量量时管内内的流速速v，由该该型号的的平衡阀阀全开时的的亭值，按公式式P=毒pv222，求得得压降值值P，如果果AP2 kkPa-3 kkPa，可选用用小口径型号号平衡阀阀，重新新计算vv和P，直到到所选平平衡阀在在设计流流量时的的压降AAP-2 kkPa-3kPPa为止。223工程应应用实例例济南市南南郊热电电厂某换换热站供供热面积积为255万平方方米，外外管网在在换热站站外主管管道上分分为南网和和北网。小区每每年都有有部分用用户因室室温未达达到供热热标准，向小区区供热所所投诉，部分用户拒拒绝交纳纳供热费费

52、。在对对管网系系统进行行了全面面、充分分的调研研分析后后， 确认了了系统运运行中存在在的主要要问题和和造成问问题的原原因，对对系统提提出了以以下改造造措施：1在各各建筑入入口回水水管处安安装平衡衡阀：2进行行全面系系统的水水力平衡衡调试，使安装装了平衡衡阀的各各个环路路的流量量基本都都能达到到设计流量量，把室室温过热热的用户户温度降降下来，把室温温不达标标的用户户温度提提高到能能够满足足供热要求。3为了了避免平平衡阀入入口出现现较大的的波动，要求平平衡阀前前后各有有2倍一5倍管径径长的直管段。平衡阀与与普通阀阀门的不不同之处处在于有有月=度指示示、开度度锁定装装置及阀阀体上有有两个测测压小阀。

53、在在管网平平衡调试试时，用用软管将将被调试试的平衡衡阀测压压小阀与与专用智智能仪表表连接，仪表能显示示出流经经阀门的的流量值值及压降降值，给给仪表输输入该平平衡阀处处要求的的流量值值后，仪仪表可自动进进行计算算、分析析，显示示出管路路系统达达到水力力平衡时时该阀门门的开度度值。表222是济南南某建筑筑小区设设置平衡衡阀前后后其分支支流量的的实测值值，可以以看出设设置平衡衡阀后每个个分支都都能接近近设计流流量。_从测量结结果来看看，依据据上述方方案，安安装了平平衡阀并并进行系系统水力力平衡调调试后，每分支环路路及每一一栋楼房房都基本本能够按按照设计计流量运运行，未未装平衡衡阀之前前，系统统总的流

54、流量为8400 th，投用用KDBBR255032 P=775kWW循环泵泵2台并联联，每台台循环泵泵的额定定流量为为550油油，扬程程为322米，各各小区的的实际流流量远远远大于设设计流量量，在安安装平衡衡阀以后后系统的的总流量为为7100th，各小小区的实实际流量量基本接接近设计计流量。虽然因安安装平衡衡阀增加加了投资资约200万元，而加装装平衡阀阀后，其其单位面面积热指指标与未未加平衡阀阀的小区区相比低低10左左右，11年可节节约热费费4万元左左右，并并且安装装平衡阀阀后，基基本消除了了低温不不热用户户，居民民上缴热热费率也也上升，3年即可可收回增增加的初初投资。233动态调调节阀的的控

55、制与与应用”Jll“”1|冽1299lf”l|3311国内传统统室内供供暖系统统多采用用顺流式式垂直单单管系统统。不具具有可调调节性，故其外外网多采采用简单的的定流量量质调节节或分阶阶段的变变流量质质调节方方式，但但对于新新系统，由于电电动调节节阀的调节，使使热网水水力工况况变化很很大，所所以为了了适应供供暖系统统由不可可调向可可调过渡渡，室外外供热系统必须须作相应应改进，室外供供热系统统在控制制上应立立足于国国情，采采用以自自力式装装置为主主并配以简单控控制设备备的形式式，以达达到基本本功能和和尽量少少的投资资。新的供热热系统的的调节使使得整个个系统的的运行工工况都会会受到影影响，如如果系统

56、统频繁波波动必然会造成成系统水水力失调调，不能能满足实实际需要要，因此此我们需需要寻找找一种动动态的、能够根根据实际情况况自动采采取相应应调节动动作的控控制元件件来解决决。自力力式流量量控制阀阀和自力力式压差差控制阀是目目前常见见的两种种局部控控制装置置，能够够自动调调整其开开度，分分别实现现被控部部分流量量和压差的恒恒定，适适用于动动态系统统中克服服动态失失调，也也可用于于稳态系系统克服服稳态失失调。根根据国外经验验，采暖暖系统采采用控制制产品，热效率率可提高高30-400，既既经济又又不污染染环境，节能功能十十分明显显。一个流体体输送系系统，往往往有多多个支路路，各支支路闻的的相互干干扰问

57、题题就是水水力稳定定性问题，在新新系统中中，各个个建筑单单体之间间是相互互联系的的整体，某个支支路的流流量调节节，势必必引起其它支支路的流流量变化化，而这这是我们们所不希希望的。为了稳稳定新系系统调节节后的水水力工况况，我们常采采用以下下局部控控制装置置。i恒流量量控制装装置：在在建筑单单体入口口装设流流量控制制阀：ii恒压压差控制制装置：在建筑筑单体入入口装设设压差控控制阀；控制阀可可以自动动调整开开度，以以实现恒恒定流量量和恒定定压差的的需要，实现动动态平衡衡的功能能。2131自力式式压差控控制阀图233图2331为一种种自力式式压差控控制阀，它主要要由阀体体、自力力阀组、压差调调节装置置

58、、上下阀盖、膜片、弹簧、导压管管等组成成。其工工作过程程为：具具有被控控设备出出口压力力为P22的被控介质质流过自自力阀的的流通截截面时，由于该该截面的的截流作作用使其其压力降降为Phh(系统统回水压力)。压力力P2作用用于上膜膜室，使使上膜室室具有压压力P22。被控控设备入入口压力力P1被导导入下膜室室，使下下膜室压压力为PP1。上上膜室内内压力为为P2的介质质作用在在膜片上上产生的的推力加加上弹簧被被压缩变变形产生生的推力力与下膜膜室压力力P1作用用在膜片片上产生生的推力力相平衡衡，从而而确定了自自力阀阀阀芯与阀阀座的相相对位置置，即决决定了流流体流过过自力阀阀的流通通面积。当流经经该阀的

59、被控控介质流流量改变变时，将将导致自自力阀芯芯的上下下移动使使自力阀阀芯与阀阀座在一一个新的的位置产生平平衡，改改变了自自力阀的的流通截截面积和和流量系系数，但但(P11-PP2)的的差值不不变。适用条件件：对量量调节系系统，文文献【116】指指出：对对于热源源主动变变流量的的集中调调节，不不能采用压差差控制阀阀；而当当系统采采取末端端主动变变流量措措施一即即系统流流量变化化取决于于末端需需求时，水泵泵的变速速是受末末端的压压差信号号控制的的，系统统的流量量与末端端需求流流量一致致时可以以设鼹压差控控制阀，不会出出现调节节混乱。自力式式压差控控制阀，既可以以吸收外外网的压压力波动动，使被控环环

60、路的水水力工况况不受外外网压力力波动的的影响，又能削削弱支路路间的调调节干扰扰，压差差控制阀主要要安装在在多个支支路的环环路入口口处(图232)从2II，4中对电电动调节节阀的分分析中可可以看出出，电动动调节阀阀在使用用中存在在两种不不利情况，为了了解决这这种不利利情况，我们采采取压差差控制阀阀和电动动两通调调节阀串串联安装装配合使使用的方法，保持系系统调节节时的稳稳定性，避免调调节的波波动。压压差控制制阀具有有恒定被被控部分分压差的功能能，能维维持电动动阀上的的压差恒恒定，使使电动阀阀几乎始始终在恒恒定的压压差下工工作(阀权度近似=10)，避避免出现现调节振振荡。选型方法法：压差控制制阀的选