0 引言 目前，在供熱系統(tǒng)中普遍存在著水力失調(diào)問題，即系統(tǒng)在實際運行時，流經(jīng)各熱用戶的水量與設(shè)計水量不符，結(jié)果出現(xiàn)了遠(yuǎn)近端水量分配失調(diào)即熱力失調(diào)。其主要原因是因為設(shè)計者在進(jìn)行水力工況計算時在各分支流量為設(shè)計值的假想情況下進(jìn)行的。由于管材及熱媒*高流速的限制，設(shè)計上實現(xiàn)水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢必造成近端阻力系數(shù)不能達(dá)到設(shè)計理想狀態(tài)，形成近端流量過大，遠(yuǎn)端流量不足的熱力失調(diào)現(xiàn)象。隨著集中供暖和區(qū)域鍋爐房供暖的規(guī)模逐年擴(kuò)大，各用熱單位的供暖面積由幾萬平方米發(fā)展到十幾萬、幾十萬甚至百萬平方米以上。供暖半徑也由幾百米延長到幾千米、萬米以上。由于供暖規(guī)模的迅速擴(kuò)大，系統(tǒng)中的水力失調(diào)越來越明顯。以某研究所為例，目前全所采暖建筑面積近十萬平方米，為了緩解熱力失調(diào)問題，使住戶達(dá)到較滿意的效果，在無法增加熱源的情況下，采取“大流量、小溫差”的辦法，增大熱網(wǎng)管徑，增大循環(huán)泵流量，在系統(tǒng)末端加裝增壓泵。但近端住戶熱，遠(yuǎn)端住戶室溫不達(dá)標(biāo)的問題依然存在，也就是說水力失調(diào)的問題仍然沒有從根本上解決。實踐證明，要徹底解決熱網(wǎng)中的水力失調(diào)問題，必須在熱網(wǎng)系統(tǒng)中安裝動態(tài)的水力平衡單元，以實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)。
1供暖系統(tǒng)中水力失調(diào)的解決途徑
*早的流量調(diào)節(jié)是依靠普通閥門，后來使用節(jié)流孔板，近幾年相繼推出手動調(diào)節(jié)閥、平衡閥及模擬阻力等調(diào)節(jié)流量的硬件和軟件。
1.1 模擬分析初調(diào)節(jié)法
使用SLGKMN分析軟件，對熱網(wǎng)水力工況進(jìn)行模擬計算，采用調(diào)節(jié)閥和超聲波流量計，通過現(xiàn)場測試實際工況，借助于計算機(jī)軟件計算，*后作現(xiàn)場調(diào)節(jié)測試。
1.2 平衡閥法
平衡閥是一種具有良好調(diào)節(jié)流量功能的閥門，在熱網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)中借助于專用智能儀表，配合使用平衡閥構(gòu)成定流量的調(diào)節(jié)裝置。
1.3 調(diào)節(jié)閥法
由于調(diào)節(jié)閥具有線性特性，當(dāng)閥門開度從小逐漸變大時，流量增加的百分比基本相同，具有較好的調(diào)節(jié)流量性能，再配以便攜式超聲波流量計，在熱網(wǎng)系統(tǒng)不太大的情況下，可以粗略地完成水力工況的初調(diào)節(jié)[1] 。
以上三種調(diào)節(jié)法只有在熱網(wǎng)系統(tǒng)壓差穩(wěn)定的前提下才能進(jìn)行流量平衡調(diào)節(jié)，如遇壓差波動大或負(fù)荷增減較大時，全系統(tǒng)又需要重新進(jìn)行流量平衡調(diào)節(jié)。因為這三種流量調(diào)節(jié)法，使用的硬件和軟件只能起到一個可調(diào)孔板的作用，沒有自動消除系統(tǒng)剩余壓頭的功能，未能做到流量在壓差變動時能自動控制流量使其達(dá)到恒定的目的。
1.4 自力式流量調(diào)節(jié)閥法
自力式流量調(diào)節(jié)閥是一種利用管道系統(tǒng)自身具有的壓差，作用在自動調(diào)節(jié)的閥瓣上，不需要外加動力，即可以自動消除系統(tǒng)剩余壓頭，確保流量恒定的功能。它的調(diào)試只需根據(jù)設(shè)計流量值，使用專用工具旋轉(zhuǎn)流量設(shè)定調(diào)節(jié)閥，調(diào)至流量刻度線與設(shè)計流量值相同即可，一經(jīng)設(shè)定后，不受管道系統(tǒng)壓差變化或負(fù)荷增減的影響，可以始終保持熱網(wǎng)流量的恒定，調(diào)試極為方便。自力式流量調(diào)節(jié)閥在大型管網(wǎng)上應(yīng)用可以使流量分配工作變得簡單便捷。
為此，作者重點闡述自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理、安裝使用及水力工況分析等。
2 自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理
在當(dāng)前主要依靠質(zhì)調(diào)節(jié)的供熱方式情況下，供熱流量的分配是保證用戶均衡用熱和系統(tǒng)水力穩(wěn)定的關(guān)鍵。運用孔板節(jié)流原理，仍是實現(xiàn)流量定量分配的基本理論。
工作原理：自力式流量調(diào)節(jié)閥是一種動態(tài)平衡閥，它的作用是在閥的進(jìn)出口壓差變化的情況下，使通過閥的流量保持恒定。這里以ZL47F型自力式流量控制閥（見圖1）為例，介紹自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理和性能特點。
自力式流量調(diào)節(jié)閥是1個雙閥結(jié)構(gòu)，即1個自動平衡閥組和1個手動調(diào)節(jié)閥組。圖中P1為進(jìn)口壓力，P2為通過自動平衡閥組節(jié)流后的壓力，P3為出口壓力。對于手動調(diào)節(jié)閥組來說，流量G=Kv×（P2-P3），Kv為手動調(diào)節(jié)閥閥口的流量系數(shù)，當(dāng)手動調(diào)節(jié)閥的開度固定之后，Kv為常數(shù)，那么只要P2- P3不變，則流量G不變。而P2-P3的恒定是由自動平衡閥組控制的。當(dāng)進(jìn)口壓差P1-P3增大，則通過感壓膜和彈簧的作用，使自動平衡閥組關(guān)小，從而維持P2-P3恒定，反之亦然。
從自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理可以看出，除了有手動調(diào)節(jié)流量功能外，更重要的是有自動消除系統(tǒng)剩余壓頭的功能，從而可在一個復(fù)雜的水力系統(tǒng)網(wǎng)路中，實現(xiàn)按環(huán)路、按熱用戶或散熱設(shè)備的熱媒流量一次設(shè)定調(diào)好后保持恒定不變，即使在系統(tǒng)壓差或熱用戶發(fā)生頻繁變化時，也能保持調(diào)好的流量恒定，從根本上解決了管道系統(tǒng)中的水力失調(diào)問題。
3 水力工況分析
為了在系統(tǒng)各熱用戶間正確分配熱量，解決各熱用戶間冷熱不均的問題，必要的條件是流量必須按規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行分配。流量分配的過程是利用自力式流量調(diào)節(jié)閥使各熱網(wǎng)分支達(dá)到合理的流量。近端資用壓頭大于熱用戶需用壓頭必然導(dǎo)致流量過大。必須用閥門消耗富裕壓頭（富裕壓頭=資用壓頭-需用壓頭）。圖2示意熱用戶閥門及各壓力點，如果熱用戶供水管安裝自力式流量調(diào)節(jié)閥，則回水壓力P3近似等于P4，供水壓力P2 壓力線（如圖3所示）近乎平行P4。如果熱用戶回水管安裝自力式流量調(diào)節(jié)閥，則供水壓力P2近似等于P1，回水壓力P3壓力線近乎平行P1。
熱用戶內(nèi)實際供水壓力為P2，回水壓力為P3。如果壓力過低會導(dǎo)致管道倒空，壓力過高導(dǎo)致耐壓等級較低的元件（如散熱器）的壓力破壞。因此，對地形高差大的管網(wǎng)應(yīng)按上述因素考慮自力式流量調(diào)節(jié)閥的安裝位置，即在地形低洼處樓群。自力式流量調(diào)節(jié)閥宜安裝于供水，以保證熱用戶內(nèi)壓力不升高；在地形較高位置宜安裝于回水，以保證熱用戶管道不倒空。
4 自力式流量調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用
適用于需要進(jìn)行流量控制的水系統(tǒng)中，尤其適合于供熱、空調(diào)等非腐蝕性液體介質(zhì)的流量控制。安裝在水系統(tǒng)中，經(jīng)運行前的一次調(diào)節(jié)，即可使系統(tǒng)流量自動恒定在要求的設(shè)定值。自動消除水系統(tǒng)中因各種因素引起的水力失調(diào)現(xiàn)象，保持用戶所需流量，克服“冷熱不均”提高供熱、空調(diào)的室溫，提高系統(tǒng)能效，實現(xiàn)節(jié)能。自力式流量調(diào)節(jié)閥是供熱、空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)“計量收費”的理想配套產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)、小區(qū)鍋爐房采暖系統(tǒng)、建筑內(nèi)采暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。
5自力式流量調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)節(jié)能降耗的途徑
實現(xiàn)供暖運行中的量化管理，就是把熱能、電能等能耗加以量化，把系統(tǒng)中的總流量和熱用戶的循環(huán)流量置于嚴(yán)格、**的控制之下，將熱量隨流量按需分配到熱用戶，從而降低能耗。
5.1 節(jié)電
循環(huán)水泵是供暖系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，同時又是耗電的“大戶”。因此，改造水泵或充分利用原有循環(huán)水泵，只要在*佳工作點運行，即可節(jié)電25%~30%[3]。由于系統(tǒng)的水力失調(diào)，系統(tǒng)的實際流量將大于計算流量，循環(huán)泵的工作點常處在不經(jīng)濟(jì)的工作條件下運行。又由于流量與水泵軸功率成三次方的關(guān)系，所以大流量的運行方式意味著電能消耗增大。采用自力式流量調(diào)節(jié)閥以后，由于系統(tǒng)的水力失調(diào)基本解決，泵的運行在效率*高、軸功率消耗量小的*佳狀態(tài)，從而實現(xiàn)節(jié)電的目的。
5.2節(jié)煤
目前的供熱系統(tǒng)中，為了提高末端用戶的室溫，通常采用增大循環(huán)流量的方法，在流量調(diào)節(jié)受限制的條件下，則采用提高系統(tǒng)供水溫度和熱源供熱量的方法。這種運行方式是靠增加電耗、煤耗來消除熱力工況的失調(diào)，掩蓋水力失調(diào)的存在。采用自力式流量調(diào)節(jié)閥后，則基本上解決了水力失調(diào)問題，各熱用戶的流量均能按設(shè)計流量分配，經(jīng)驗證明，由此可節(jié)煤10%~15%[3]。
5.3 增加供熱面積
目前鍋爐供熱能力低是普遍現(xiàn)象，平均每蒸噸熱量實際供采暖面積一般僅為5000~6000m2，達(dá)到7000~8000m2已算較好水平。主要原因是系統(tǒng)水力失調(diào)，熱量未能合理使用，浪費現(xiàn)象比較嚴(yán)重。安裝流量調(diào)節(jié)閥后，系統(tǒng)平衡穩(wěn)定，熱量得到“熱盡其用”，平均每蒸噸熱量實際供采暖面積可達(dá)到10000m2，平均增加供熱面積約25%~30%，節(jié)能效果顯著。
近年來，中國建筑能耗呈逐年上升趨勢，用于供暖空調(diào)的能耗已占建筑總能耗的55%以上[4]。在供暖空調(diào)系統(tǒng)中采用自力式流量調(diào)節(jié)閥是解決水力失調(diào)的一種有效手段，同時具有可觀的節(jié)能效果和節(jié)約價值。