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1、室外变流量热网运行调节与控制策略的研究摘要目前我国大多数集中供热系统设计观念落后，末端无合理可靠的调节控制手段，供暖系统以“大流量、小温差”的方式运行，水力失调现象普遍存在，水泵大部分时间都运行在部分负荷状态，致使系统耗电量高。减少输送系统能耗最有效的方式是采用变流量水系统，该系统可使水泵的供水量随负荷的变化而变化，实现供热系统的供需动态平衡。随着供热体制的改革，动态的变流量系统将是集中供热系统的发展趋势。对目前我国大中型集中供热管网基本的调节和控制方法进行了深入的阐述，根据热平衡方程，计算得出了单个建筑单体的回水温度和相对流量随室外温度变化的关系，以及整个管网的流量随着建筑单体的调节的变化规
2、律。在此基础上提出了一种新的供热管网控制方法：以建筑单体为研究对象，设置局部回水温度调节措施使进入建筑单体的流量与实际负荷动态平衡，这样热网不再是定流量而成为变流量运行，为了提高热网的运行效率和保证供热质量，一般热网都要装备不同类型的调节控制设备，本文在原有理论基础上分析了新系统的可行性，研究适合的控制策略，为其在工程实际中的应用奠定理论基础。分析了两通电动调节阀、平衡阀和动态调节阀的工作原理和结构特点，指出两通调节阀和平衡阀、动态调节阀的选型方法和工程适用条件。应用图论知识和供热流体流动的基本规律分析了新系统的水力工况，选取了济南某小区的一个物理模型，应用HACnet软件模拟了新的变流量系统
3、的水力工况，指出单纯的末端调节是不节能的，应该同时进行循环水泵的变流量设计。由于热网系统的庞大，热源滞后性和热惰性大，在实现负荷调节控制的技术方面提出了新的变流量控制系统的自控设计，合理的新系统的自控设计方案可以作为管网水力平衡的一种手段。为了适应系统流量的变化，节约能源，循环水泵应调速控制，为保证扬程下降工况下所有用户都得到足够的资用压头，应采用压差控制，探讨了压差控制点的位置、流量变化率的大小及不同分布对水泵节能效果的影响。论文最后结合济南南郊热电厂金鸡岭分厂厂区直供热网的具体情况，对该热网的末端水力失调现象进行了分析，并对热网动态调节的经济性能进行了分析，得出如果热网采用动念调节带来的节
4、能潜力，为将来热网的技术改造提供参考依据。关键词：变流量，调节特性， 压差控制， 变频，节能，控制设计符号对照表：水的流速，ms主要符号对照表及缩略词第1章绪论11供热系统改造的意义与途径目前我国北方城镇共有供暖建筑65亿平方米，其中约70采用不同类型的集中供暖。根据目前初步统计，城镇建筑供暖用能折合标准煤13亿ta，占我国总城镇建筑用能的52，是建筑用能的最主要部分。与发达国家相比，我国城镇建筑单位面积供暖能耗是同纬度国家的23倍，而建筑除供暖外的其他用能(照明、空调、家电、建筑设备等)按照单位面积比较，却仅为发达国家的1512因此供暖节能应是我国建筑节能工作中潜力最大、最主要的途径，应该作
5、为当前开展建筑节能工作的重点u。供暖系统的能耗主要包括：供给处理设备热量的热源能耗，如锅炉房耗煤、燃油、燃气或电等；另一方面是输送系统如循环水泵、补水泵的能耗。目前我国大多数供热系统采用恒流量系统，由于设计观念的落后，又无合理可靠的调节控制手段，供暖系统常常以“大流量、小温差”的方式运行，水泵大部分时间都运行在部分负荷状态，致使系统漏损大，耗电量高。减少输送系统能耗最有效的方式是采用变流量水系统，该系统可使水泵的供水量随负荷的变化而变化，实现供热系统供需的动态平衡。近年来，由于计算机技术、控制计算、网络技术和通讯技术的不断进步，楼宇自动化系统(BAS)在商业建筑中大量普及，形成功能齐全的智能化
6、建筑，不仅极大改善了建筑的环境效率，而且也使建筑的能源消耗在量化控制之下，确保建筑的能源成本降低成为可能，但不可否认的是，在这些智能化建筑中，大多数BAS仅能完成设备的运行参数检测、设备的启停控制等基本功能，能真正实现系统经济运行的很少，离节能的目标更是相去甚远【捌。12国内外变流量供热系统发展及现状121国外热网情况13l【4l国外许多发达国家集中供热发展很快，从设备、技术、管理等诸方面都是比较先进成熟的。从高效、可靠和降低运行成本的目标出发，国外发达国家采用中央监测和控制，包括热源厂、热网控制点、热力站的流量、温度、压力、热量和报警等。在采暖用户入口安装温控阀，自主调节室内温度，中央控制室
7、监测热网和热力站运行参数，通过不利用户压差控制和调节变速泵，实施变流量运行。由于国外一直是市场经济体制，热网的设计和调节都是以单户计量为目的的，所以他们对于用户自主调节的控制理论已经非常成熟了，主要表现在：(1) 计算机管理水平普遍较高，软件功能齐全，具有热用户及热源厂结算的计量管理、故障分析与报警、热网的控制与调度、热力站的无人值守、热源的控制与调度等功能，热网管理人员较少，(2) 计算机控制系统广泛采用集散式控制系统，主要特点是分散控制为主，集中控制为辅，在灵活性、可靠性、可扩展性上有很强的优势。(3) 供热系统采用先进的新技术、新设备和新材料，硬件质量好，基本不存在漏水现象，计量设备准确
8、，执行机构动作可靠，为计算机管理和调节提供可靠的信息来源，普遍采用自力式流量控制器等来解决水力失调问题，效果很好a(4)用户的暖气设备进出口都安装温控阀，用户可以自行调节，基本可以做到按需供热。随着对外开放与经济改革的不断深化，我国北方城镇大力普及集中供热事业，实行供暖行业集中管理，并向较大规模发展。现在的管网普遍采用间供式。近几年来，计量供热方式也正逐步推广实施热化率在逐步提高。但由于受经济条件的限制，供热系统的调控设备及调控手段的相对落后，供热质量并不令人满意，为了满足热用户的需求，提高供热效果，克服热力工况的失调，常常采用“大流量，小温差”的运行方式，这种运行方式在一定程度上能够缓解热力
9、工况的失调，但没有从根本消除系统的水力失调，仍存在着很大的缺点，如需要大水泵，大热源这种运行方式也带来大能耗，增加了设备投资，降低系统的可调性。改善热网的热力工况，必须研究好热网的热力特性，配备相应的设备仪表，对热网进行调节。发展我国的集中供热事业。我国常规室外供热系统多采用集中式热力站，热力站的规模从540万小2不等。是否采用国外的运行控制方法要从投资、运行的经济性与其功能两方面综合考虑，选择最优方案。国内的情况：集中供热系统是一个十分复杂的多变量控制系统，供热面积大，影响因素多，内部关联性强，滞后时间长，非线性严重，随着供热技术水平的提高，我国也采用了许多新技术，新设备，运行管理的水平也有
10、所提高，但从整体上来说，目fj，热网运行管理水平还是不完善，常常采用大流量、小温差的运行模式，水力失调现象普遍存在，过热用户室温严重超标，过冷用户室温不达标，这种现象恶化了热网运行指标，影响了供热质量，增加了运行费用，从而浪费了能源。目Ii我国针对于建筑物的温控方式毛要有以下几种f5l：2(1)温控阀：温控阀装在散热器的支管处，可以设定一定的温度设定值，温控阀的实际开度随负荷的变化而变化，散热器的流量也随着室内负荷的变化而被动变化，继而整个热网的流量也都在变化，目前对这一方面的研究较多；(2)混水回路装置：在建筑物入口引入混水回路，在混水回路上安装电动调节阀及温度控制器，这样建筑物内部是定流量
11、系统，外网改为变流量系统。既实现了热水输送系统的变流量降低了水泵的功率消耗，又不会引起建筑物内部的水力失调。(3)智能控制阀：智能控制阀主要适用于对整个建筑物的控制，阀可以是通断式也可以是直动式，一般设置在建筑物入口处，另外可以在建筑内系统安放温控器，制定上限和下限温度，在保证供热质量的同时也达到了节能的目的。目前我国供热系统的末端控制方式很少，近几年国内的学者对分户计量的研究比较多，江亿根据目前居住特点，认为目前“分户计量、按热量收费”的热改方式不适合在我国推广。我国居民的主要居住方式是大规模公寓式建筑，而不是像发达国家的单体别墅，采用分户计量，当邻室无人居住散热器关断时，采暖户的耗热量就会
12、大幅度增加。极端情况下，当相邻5户都停止供暖时，采暖户的供暖耗热量有可能增加到接近3倍111el，认为应该采取按楼计量、楼内按面积分摊的方式，并在技术上和经济上都可行。为了解决由于系统设计不当和调节不当导致局部过热造成的热损失问题，提出在楼的热入口采用换热或混水，在楼内实行“大流量、小温差、低水温”的供热方式，使每栋楼可在不同的入口水温下运行，以有效减少由于散热器面积不匹配、建筑内局部热源、系统流量不均等原因造成的局部过热现象，提高集中供热系统的热利用效率。本课题是“按楼计量”思路的一种体现，是对整个建筑物热量计量控制的一种新的实现方式。河北工业大学的齐成英教授提出的末端设嚣通断阀的变流量控制
13、方式：根据室内温度的变化，电磁阀通过通断控制流过散热器的水量，当室内温度低于某一设定值时，控制器发出信号关闭二通阀；高于某一设定值时开启二通阀，虽然成本较低，通断式电动调节阀由于反复动作，极易造成水力工况紊乱，造成控制失效。江南大学的冯小平博士开发了集中供热空调系统水力工况的动态模拟分析和优化设计软件，该软件具有设计优化、工况模拟、动态调节等功能，利用该软件可以确定系统水力工况调节控审值，可以对实际投入运行的供热系统在不同气候条件及不同用户特点条件下的运行控制策略进行模拟分析，提出了系统的控制方案，目前还没有做成产品，3只是做科研时使用。对于变流量系统的运行调节，文献【7】指出当系统变流量运行
14、时：“当流量在设计流量20一30范围内变动时，散热量变动只有10左右；而当流量减少到设计流量的20-30时，散热量的波动将为设计值的50一80，室温只能维持在514。GilAveryPE在文献中提到：在变流量系统中，建议不使用手动调节装置ISlELBrownPE经过研究发现：根据实际情况选择合理的平衡阀和压力调节器，能消除手动调节对变流量水系统的干扰【叭。文献【10】中对于安装温控阀的单管跨越式系统、双管系统的热力入口的使用设备进行了分析，认为安装温控阀的双管系统的是变流量系统，应该加装压差控制阀；带跨越管的垂直单管系统，由于温控阀的作用，使通过散热器的流量随室内负荷变化而变化，但跨越管的分流
15、作用使得立管的总流量却保持基本不变。因此，此时热网基本上是以定流量运行，使用自力式流量控制阀是最合适的。文中认为传统单管系统改造为计量供热之后，仍应为定流量运行。而对于双管系统，无论传统垂直双管系统、还是新双管系统，均为变流量运行，且采用定压差控制方式。13供热系统变流量实现的新方法变流量系统的基本原理：变流量系统是指输送环路的总水量发生变化，其运行的基本原理可以根据热力学第一定律来叙述：Q：为设计工况下的负荷；Af：为按规范确定的温差，因此流量也同时被确定。当系统设计完成并投入运行时，Q成了独立参数，它与室外的气象条件和室内散热量等诸多因素有关。当Q变化时可以根据热负荷调节管路流量G，也可以
16、调节系统的供回水温差Df。如果改变供回水温差，而保持流量不变则成为恒流量系统：如果保持系统供回水温差不变而改变系统流量则形成变流量系统。理想的变流量系统，其供回水温差不变而流量与负荷成线性关系。由于目Iji国内绝大多数大型集中供热系统均为恒流量系统，并且系统末端无计量和调节手段，此情况对我国将来的供热发展情况即为不利。本文针对此情况在建筑群入口处安装流量调节装置，以建筑单体为研究对象，根据建筑单体的回水温度控制阀门开度，使进入建筑用户群的流量根据用户负荷发生变化。其流程如(图11)所示。4随着热量计量收费体制的改革，用户将可以根据采暖需求对供热状态进行调节，无论是建筑入口电动调节阀的调节还是通
17、断式调节，本质上都是调节户内的供热流量，这样热网成为变流量运行。14变流量水系统方法研究的可行性分析变流量供热系统自身的特点决定了系统要有量调节的功能，但这种量调节有别于传统意义上的集中量调节。传统的集中量调节随室外温度的变化在热源处主动改变循环水量从而调节供热量以维持所有用户的室内温度恒定，在某一室外温度下，管网中的循环水量基本是一个定值。而对于新的交流量供热系统，由于局部改变水量的调节，热源处循环水泵对于这神局部调节进行适用性跟踪调节，是一种被动的调节：并且这种被动调节不仅与室外温度有关，还与建筑单体的局部调节有关，即在某固定的室外温度时，循环水量也不是定值。变流量供热系统只采用这种跟踪量
18、调节不能完全适应热负荷的变化，如当室外温度较高、热负荷变小时，若供热温度仍然较高，电动调节阀的开度会很小，有可能在最小开度时室温仍高于要求值，失去调节功能，所以还应在热源处进行集中质调节。由于各建筑用户的负荷不同，即便在同一供水温度下，各用户的回水温度也不同，系统的回水温度和供回水平均温度是变化的，不易确定某个值作为控制的参数，以满足所有用户的需要。而供水温度却是各个用户所共享的，可作为质调节的控制参数。当热水网络在稳定状态下运行时，如不考虑管网的沿途热损失，则网路的供热量应等于供暖用户系统散热设备的散热量，同时也应等于供暖热用户的热负荷。式中：q一建筑物的供暖设计热负荷，w；Q2一散热器的散
19、热量，w；g一热水网路输送给供暖热用户的热量，W；卜建筑物的体积供暖热指标，即建筑物每1耐的体积在室内外温差为l时的耗热量，Wm3：V一建筑物的外部体积，m3：fw一供暖室外计算温度，；0一供暖室内计算温度，；t29一二次供暖热用户的供水温度，；拍一二次供暖热用户的回水温度，；At，一散热器的表面计算温差，为了计算的准确性采用对数平均温差，其中定义西为相对热量比，即实际工况与设计工况下的散热量之比，定义石为相对流量比，即实际工况与设计工况下的散热量之比。则由以上可以得到如下公式：通过上面的计算结果可以看到：随着室外温度的升高，建筑单体的实际流量和回水温度都降低，建筑单体供回水温差升高。但是过低
20、的系统回水温度对供热锅炉安全运行十分不利，回水温度过低意味着管网循环流量过小，会加重系统的水力失调状况。传统的供热系统由于没有调节功能，随着用户负荷的变化，回水温度往往很高，鉴9于此，本课题采取局部回水温度控制，使进入建筑单体的热媒流量随负衙的变化而变化，达到按需供热的目的。以上是针对单个建筑单体的回水温度和相对流量的变化趋势，在实际运行中由于电动调节阀的随机性，系统总的水流量变化肯定与调节的建筑单体在整个系统中的比例有关，下面推导一般意义上的二次网侧系统的相对流量公式。为了便于分析，首先进行如下定义：u=O意味着二次网系统所有的建筑单体均维持设计流量，调节公式蜕变为传统的质调节公式；u=l意
21、味着所有的建筑单体的实际流量都发生了变化，二次网系统的实际相对流量与每一个建筑单体的相对流量相同。从曲线上可以看出：二次网系统的流量随室外温度的升高而降低，在同一室外温度下且供水温度唯一的条件下，系统的流量随调节的建筑单体的增多而呈现出下降的趋势，综合上述分析，从理论上讲，局部回水温度控制还完全能够达到节能效果。15本文研究的方法、目的和内容本课题采用理论分析和数值计算相结合的研究方法。由于供热系统是个庞大的系统，无法通过实际检测和实验的方法获得系统的运行工况，因而只能采用数值模拟计算的方法来获得系统的运行工况。对供热管网水力工况的模拟计算是根据管网流动的规律和己知条件，采用适当的计算方法，在
22、计算机上进行网络解算，得出管网的流量分配、压力分布、各管段流动方向等计算结果。对管网水力工况的模拟计算将应用流体力学、网络图论和计算机编程技术来完成。根据供热理论、水力管网平衡技术和系统控制理论，并借鉴现有供热系统的经验，提出适合系统的控制策略。本课题研究的内容具有深远的社会意义，变流量供热系统是一个动态的系统，通过对大型供热管刚的水力工况及水力稳定性的理论分析，为集中供热热水管网的方案设计及运行管理提供理论依据，对其调节特性进行动态研究，透析供热管网的调节特性和自控环节的相应调节过程，优化控制，确定相应的调节手段和控制算法，达到最大可能节能的目的，并希望系统能够有较好的“可调行”和“稳定性”
23、。本课题的研究内容：为研究探讨管网流量变化后水力工况变化的规律，提出适合新系统调节方式的控制策略，最终实现系统节能的目的，本课题将进行以下几方面的工作(1)分析了供热系统调节设备的特性，随着供热技术的提高，越来越多的动态调节设备被广大的设计人员及运行管理人员所重视。(2)应用图论知识以及流体流动的基本规律分析供热管网变流量运行时的水力工况，以一个实际的物理模型用HACnet软件模拟了新系统调节的水力稳定性，在此基础之上对新系统提出合适的控制策略，提高系统的稳定性：(3)单纯的末端调节是不节能的，因此循环水泵应该迸行变流量的设计，从减少系统能耗和提高系统稳定性的角度，分析系统循环水泵应采用的控制
24、方式以及相应控制方式的节能效果；(4)结合济南实际的供热系统，进行了实际的调节工作，在分析调节原理的基础上指出现有调节方法以及设计方法的弊端，进行了动态调节与静态调节的经济性分析；(5)给出了变流量末端控制系统的设计，探索设计和运行调节方法，为将来指导实际工程的设计和应用奠定理论基础。第2章集中供热系统调节设备特性的分析在整个供热系统中，我们把建筑单体看成一个末端，其负荷并不是恒定不变的，在新的研究系统中我们要求通过建筑单体末端的热媒流量随负荷的变化而变化，为了实现这种变化的流量分配，需要对整个管网进行相应的调节。在对整个管网进行调节时，具体涉及到每个支路的调节阀，我们希望实现准确的流量调节，
25、并且当调节某个支路上的控制阀时，邻近支路的流量尽量不受到影响，在对系统进行调节和实施自控时，希望了解调节设备的可调性和稳定性，从而对新系统采取相应的调节手段和控制算法。鉴于此，本文有必要研究变流量系统中调节设备的调节特性和选型方法。21调节阀的调节原理和调节特性f11】1121硝1“1 5i161调节阀在流量调节系统中起调节和控制流量的作用，它是依据其局部阻力的变化来实现对流量的调节，在流量系统中属于消耗能量的元件。调节阀的流量特性决定其调节品质和特性。211调节阀的工作原理两通调节阀是按照输入信号来改变阀芯行程，即通过改变阀的流通截面实现流量的调节，对于管路系统来说，调节阀起着局部阻力的作用
26、，当改变调节阀的流通截面时，阀对流体的阻力系数也随之改变，引起局部能量损失的变化。不可压缩的流体流经一个具体的调节阀时，若调节阀的开度不变，流体单位重量的能量损失与流体的动能成正比，即：式中：只为阀门全开时，消耗在阀门上的压差，Pa；只为阀门关闭时，阀门两端压差，Pa；阀门权度是表达一个阀门在整个系统中重要性的程度，经常用百分数来表示。选择电动阀门的第一步应确定好阀门的权度。在一个供热系统中，阀门的权度越大，系统的调节性能越好。如果阀门的权度过小，随着阀门开度的增加，阀门两端的压差会迅速下降，这将导致在阀fId,开度的情况下，流量将随开度发生很大的变化；反之，在阀门处于大开度的情况下，流量在开
27、度变化时的改变并不明显。即在阀f-ld,开度的情况下，有很高的流量放大系数，导致调节特性的不稳定：而在阀门大开度的情况下，流量放大系数很小，会使调节产生较大的偏离。在选择了合适的阀权度之后，就可以根据设计流量和假定阀门两端的压差，计算出阀门在全开时应具有的K。值，并以该值选择NtI，使阀门的K，值等于或略大于计算值，并根据阀门的最大K，值重新校核阀门权度。另外由于系统负荷是不断变化的，这就要求控制阀在流量较小的情况下保证具有很好的调节特性，这就涉及到上文提及的控制比率问题。从上面的分析可以知道，当阀门的流通能力小于具有调节特性时阀门的最小流通能力K。时，不可能进行稳定调节，因此在选型中，有必要
28、保证负荷的变化使阀门的流通能力保持在K。K“之间，也就是需要对最小负荷情况下的流通能力进行验算，确保其大于K。，但在实际工程中，由于系统的负荷和压差变化较大，往往会引起阀门两端压降过大，和对阀门的控制比率R值要求过高的现象。213调节阀的流量特性：调节阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系；调节阀的流量特性的数学表达式为：q=f(1) (218)16一般来讲，改变调节阀的节流面积。便可控制流量。但实际上由于各种因素的影响，例如在节流面积变化的同时还发生阀门前后压差的变化，而压差的变化会引起流量的变化，因此流量计算是比较复杂的。为了便于研究分析，我们通常首先假定阀门前后
29、压羞恒定，在此情况下得出阀门的理想流量特性。然后再引申到真实情况得出工作流量特性。调节阀在前后压差恒定的情况下得到的流量特性称为理想流量特性。典型的理想流量特性有直线流量特性、等百分比流量特性和快开流量特性。直线流量特性是指调节阀的相对流量变化与相对开度成直线关系，即单位行程变化所引起的流量变化是一个常数。等百分比流量特性亦称对数流量特性，它是指调节阀的相对流量变化与相对开度成指数关系。快开流量特性是在调节阀的行程比较小时，流量就比较大，随行程的增大，流量很快达到最大，因此成快开特性，其在小开度时很灵敏，而在大开度时灵敏度很低，主要用于迅速开闭的位式控制或程序控制系统中。不同流量特性的数学表达
30、式和计算方法见表21：表21不同流量特性的数学表达式和计算公式(R为上文提到的控制比率) 214电动调节阀电动调节阀由温度传感器、阀体、调节器和电动执行机构等组成，温度传感器感测到控制支路回水温度的变化，将这一信号传递到电动调节阀的调节器，电动执行机构根据电信号的方向和大小来改变调节阀的开度，从而改变进入建筑单体的供热流量。电动调节阀通常作为计算机监控系统的执行机构(调节流量)，一般需要单相220V电源，其电动执行机构根据配用的不同调节机构，输出方式有直行程、角行程和多转式三种类型，分别同直线移动的调节阀、旋转的蝶阀、多转式感应调节器等配合工作。在结构上电动执行机构除可与调节阀组装成整体的执行
31、器外，常单独分装以适应各方面的需要，使用比较灵活。智能电动执行器，根据控制信号，直接操作阀杆的位移。智能电动执行器大都将伺服放大器与执行机构合为一体，并增设了行程保护、过力矩保护和电动机过热保护以提高其可靠性，还具有断电信号保护、输出现场阀位指示和故障报警功能。它可进行现场操作或远方操作，完成手动操作及手动自动之间无扰动切换。智能电动执行器利用微处理器技术和现场通信技术扩大功能，实现双向通信、PID调节、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能，有效提高自动控制系统的精度和动态特性，获得最快响应时间。智能阀门定位器，内装高集成度的微处理器，采用电平衡(数字平衡)原理代替传统的力平衡
32、原理，将电控命令转换成气动定位增量以实现阀位控制：利用数字式开、停、关信号来驱动气动执行机构的动：阀位反馈直接通过高精度位置传感器，实现电气转换功能，因而具有提高输出力、提高动作速度和调节精度(最小行程分辨率可达005)，克服阀杆摩擦力，实现正确定位等特点。智能阀门定位器具备许多符合现代过程控制技术要求的功能：对所有控制参数都可组态的功能(如死区、正反作用、报警上下限、行程零点、行程范围、执行机构类型选择等)，实现分程控制功能，实现上行、下行速度调节功能，实现线性、等百分比、快开等特性修正功能，自校正功能、自诊断功能，故障报警及故障处理功能，多种通信支持功能。电动调节阀既可以通过与各种传感器、
33、变送器以及控制器相连组成分散式的控制系统，也可以与楼宇控制系统相连组成分散控制、集中管理的中央控制系统，从而大大地提高了系统对环境温度调控的能力。但是在一些系统负荷波动较大的变流量系统中，由于多台电动调节阀同时工作，任何一台电动调节阀工作状态的改变都会对其它的电动调节阀产生影响，而电动调节阀本身的抗干扰能力又比较差，从而造成了整个系统不稳定，对环境温度的调控能力下降，调节精度降低。暖通空调系统一般要求电动调节阀具有直线的流量特性曲线，即流量变化与阀芯歼度变化的比值是一个定值；对于系统负荷波动较大的变流量系统，还要求电动调节阀具有等百分比的流量特性曲线，以满足在小流量时调节较平缓，而在大流量时调
34、节的灵敏度要求。传统的电动调节阀理想的流量特性曲线一般郁是直线的或等百分比的，但是在实际18的工作系统中，特别是在系统负荷波动较大的变流量系统中，由于调节阀进出口压差的波动，其实际的工作流量特性曲线会偏离理想的流量特性随线，使电动调节阀的调节特性变羞，调节精度降低。这种电动调节阀工作时不但受到标准控制信号的控制，还受系统压力波动的影响，抵抗系统干扰的能力较差。在系统压力波动较大或者阀权度较小时，调节精度变差甚至无法调节，导致调节的温度忽高忽低，达不到系统对电动调节阀调节特性的要求为使新系统的控制工况稳定，我们还需要考虑其他稳定装置与电动调节阀的合理配用。供热、空调系统所有型式的末端装置的静特性
35、具有一个共同点，即当一次环路侧供水温度恒定时，放热量与水量成非线性关系，近似快开特性，不利于末端装置的调节。在大部分时间，末端装置工作在中等或小负荷情况下，通常水量的微调会引起放热量的骤增，为了保持系统调节时的稳定性，避免调节的波动，最好的办法是应用具有与末端装置特性相反特性的控制阀进行补偿，使末端装置的输出与阀门开度成线性关系，所以希望电动调节阀具有等百分比特性。电动调节阀的工作流量特性不仅受阀权度的影响，还受其它支路的调节干扰的影响。19蜂雏瓣孙驰n摊拍缯0宅I毒、钲静凳咀田堑盈皤O负荷变化时，应用于变流量系统中的电动调节阀的压差是变化的，某些工况下，这种变化可能会引起控制失灵，从而对整个
36、系统造成不利的影响。阀门特性随阀权度按比例地偏离理想流量特性，阀权度越小，阀门特性的偏离越大，如果阀门在较小阀权度下工作，则当负荷变化使阀门进行调节时，调节阀的流量特性相对于理想流量特性会产生较大的偏离，使在较低负荷运行的阀门(阀权度较小)导致震荡现象。当建筑中局部区域阀门关小时，系统总流量减少，引起其它末端装置上的压差升高，使并未处于低负荷运行的电动控制阀也承受较高的压差值，即其它支路的调节造成某些电动阀在不需要调节时进行调节。22平衡阀的特点作用以及设置与调节设定原则221平衡阀的特点、作用0911201121】【22】平衡阀是一种手动调节阀，它与普通阀门的不同之处在于有开度指示、开度锁定
37、装置及阀体上有两个测压小阀。在管网平衡调试时，用软管将被调试的平衡阀测压小阀与专用智能仪表连接，仪表能显示出流经阀门的流量值及压降值，给仪表输入该平衡阀处要求的流量值后，仪表可自动进行计算、分析，显示出管路系统达到水力平衡时该阀门的开度值。因其较为完备的功能和良好的调节性能，越来越受到工程设计人员的重视，针对供热管网，正确、合理地应用平衡阀，对管网系统的正常运行有非常重要的意义。平衡阀的特点如下：(1)直线型流量特性，在阀门前后压差不变的情况下，流量与开度大体上成线性关系；(2)有精确的开度指示；(3)阀体上有两个测压小孔，可以与智能仪表连接，可以方便地显示阀门前后的压差及流经阀门的流量：设置
38、平衡阀的目的就是人为增加一个适当的阻力，使系统中各环路间阻力达到平衡，从而使管路或用户的流量符合要求。222平衡阀的选用原则平衡阀对支路不多的小型管网可方便地进行水力工况平衡。阀门特性曲线决定了阀门的调节性能。由于阀门理论特性曲线是在定压差下测试，而实际工况只要阀门开度不为1，阀门在小开度情况下，阀前后压差大，大开度时阀门前后压差小，使阀门实际工作曲线向快丌方向偏移，阀权度越小其偏移越大。对具有直线特性的阀门，由于实际性能的偏移会导致阀门有效调节的开度空间变小，因此阀门的理论性曲线以等百分比特性为好。对等百分比(对数)特性曲线阀门，在阀权度O305时实际工作曲线可能接近直线特性，选用阀门时尽量
39、加大阀权度，以避免阀门在小开度下运行。文献【221中指出：实际工程应用中，平衡阀的开度一般要求在60-90，并根据实验推导出平衡阀的流量、压差、口径、开度、流量系数的线算图，方便了工程应用。为合理地选择平衡阀的型号，在设计供热系统时，仍要进行管网水力平衡计算，在计算的基础上按管径选取平衡阀型号。在初选平衡阀时，只要知道所要求的流量及应该消耗的压差，则可通过式(215)计算出所选阀门的流通能力，再由各种型号平衡阀的曲线就可查到相应的阀门型号，并同时确定开度。对原系统改造时，直接以平衡阀取代原有的截止阀或闸阀，但需要压降校核计算以避免平衡阀产生的压降过小，造成较大误差。校核步骤为按该平衡阀负担的供
40、热面积计算出设计流量，按管径求出设计流量时管内的流速v，由该型号的平衡阀全开时的亭值，按公式P=毒pv22，求得压降值P，如果AP2 kPa-3 kPa，可选用小口径型号平衡阀，重新计算v和P，直到所选平衡阀在设计流量时的压降AP-2 kPa-3kPa为止。223工程应用实例济南市南郊热电厂某换热站供热面积为25万平方米，外管网在换热站外主管道上分为南网和北网。小区每年都有部分用户因室温未达到供热标准，向小区供热所投诉，部分用户拒绝交纳供热费。在对管网系统进行了全面、充分的调研分析后， 确认了系统运行中存在的主要问题和造成问题的原因，对系统提出了以下改造措施：1在各建筑入口回水管处安装平衡阀：
41、2进行全面系统的水力平衡调试，使安装了平衡阀的各个环路的流量基本都能达到设计流量，把室温过热的用户温度降下来，把室温不达标的用户温度提高到能够满足供热要求。3为了避免平衡阀入口出现较大的波动，要求平衡阀前后各有2倍一5倍管径长的直管段。平衡阀与普通阀门的不同之处在于有月=度指示、开度锁定装置及阀体上有两个测压小阀。在管网平衡调试时，用软管将被调试的平衡阀测压小阀与专用智能仪表连接，仪表能显示出流经阀门的流量值及压降值，给仪表输入该平衡阀处要求的流量值后，仪表可自动进行计算、分析，显示出管路系统达到水力平衡时该阀门的开度值。表22是济南某建筑小区设置平衡阀前后其分支流量的实测值，可以看出设置平衡
42、阀后每个分支都能接近设计流量。_从测量结果来看，依据上述方案，安装了平衡阀并进行系统水力平衡调试后，每分支环路及每一栋楼房都基本能够按照设计流量运行，未装平衡阀之前，系统总的流量为840 th，投用KDBR25032 P=75kW循环泵2台并联，每台循环泵的额定流量为550油，扬程为32米，各小区的实际流量远远大于设计流量，在安装平衡阀以后系统的总流量为710th，各小区的实际流量基本接近设计流量。虽然因安装平衡阀增加了投资约20万元，而加装平衡阀后，其单位面积热指标与未加平衡阀的小区相比低10左右，1年可节约热费4万元左右，并且安装平衡阀后，基本消除了低温不热用户，居民上缴热费率也上升，3年
43、即可收回增加的初投资。23动态调节阀的控制与应用”Jl“”1|冽129lf”l|311国内传统室内供暖系统多采用顺流式垂直单管系统。不具有可调节性，故其外网多采用简单的定流量质调节或分阶段的变流量质调节方式，但对于新系统，由于电动调节阀的调节，使热网水力工况变化很大，所以为了适应供暖系统由不可调向可调过渡，室外供热系统必须作相应改进，室外供热系统在控制上应立足于国情，采用以自力式装置为主并配以简单控制设备的形式，以达到基本功能和尽量少的投资。新的供热系统的调节使得整个系统的运行工况都会受到影响，如果系统频繁波动必然会造成系统水力失调，不能满足实际需要，因此我们需要寻找一种动态的、能够根据实际情
44、况自动采取相应调节动作的控制元件来解决。自力式流量控制阀和自力式压差控制阀是目前常见的两种局部控制装置，能够自动调整其开度，分别实现被控部分流量和压差的恒定，适用于动态系统中克服动态失调，也可用于稳态系统克服稳态失调。根据国外经验，采暖系统采用控制产品，热效率可提高30-40，既经济又不污染环境，节能功能十分明显。一个流体输送系统，往往有多个支路，各支路闻的相互干扰问题就是水力稳定性问题，在新系统中，各个建筑单体之间是相互联系的整体，某个支路的流量调节，势必引起其它支路的流量变化，而这是我们所不希望的。为了稳定新系统调节后的水力工况，我们常采用以下局部控制装置。i恒流量控制装置：在建筑单体入口
45、装设流量控制阀：ii恒压差控制装置：在建筑单体入口装设压差控制阀；控制阀可以自动调整开度，以实现恒定流量和恒定压差的需要，实现动态平衡的功能。2131自力式压差控制阀图23图231为一种自力式压差控制阀，它主要由阀体、自力阀组、压差调节装置、上下阀盖、膜片、弹簧、导压管等组成。其工作过程为：具有被控设备出口压力为P2的被控介质流过自力阀的流通截面时，由于该截面的截流作用使其压力降为Ph(系统回23水压力)。压力P2作用于上膜室，使上膜室具有压力P2。被控设备入口压力P1被导入下膜室，使下膜室压力为P1。上膜室内压力为P2的介质作用在膜片上产生的推力加上弹簧被压缩变形产生的推力与下膜室压力P1作
46、用在膜片上产生的推力相平衡，从而确定了自力阀阀芯与阀座的相对位置，即决定了流体流过自力阀的流通面积。当流经该阀的被控介质流量改变时，将导致自力阀芯的上下移动使自力阀芯与阀座在一个新的位置产生平衡，改变了自力阀的流通截面积和流量系数，但(P1-P2)的差值不变。适用条件：对量调节系统，文献【16】指出：对于热源主动变流量的集中调节，不能采用压差控制阀；而当系统采取末端主动变流量措施一即系统流量变化取决于末端需求时，水泵的变速是受末端的压差信号控制的，系统的流量与末端需求流量一致时可以设鼹压差控制阀，不会出现调节混乱。自力式压差控制阀，既可以吸收外网的压力波动，使被控环路的水力工况不受外网压力波动的影响，又能削弱支路间的调节干扰，压差控制阀主要安装在多个支路的环路入口处(图232)从2I，4中对电动调节阀的分析中可以看出，电动调节阀在使用中存在两种不利情况，为了解决这种不利情况，我们采取压差控制阀和电动两通调节阀串联安
