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溫控閥的工作原理及應用?

1.散熱器溫度控制閥的結構及工作原理

用戶的室內溫度控制是通過恒溫散熱器閥門實現的。恒溫散熱器閥由恒溫控制器、流量調節閥和壹對連接器組成,其中恒溫控制器的核心部件是傳感器單元,即溫包。溫包可以感應環境溫度的變化產生體積變化,帶動閥芯運動,進而調節散熱器的水量,改變散熱器的散熱。恒溫閥中設定的溫度可以人為調節,恒溫閥會根據設定的要求自動控制和調節散熱器的水量,從而達到控制室內溫度的目的。

2.散熱器的調節特性由散熱器的熱特性、溫度控制閥的流量特性和閥門重量決定。

溫控閥在某壹開度下的流量與全開流量之比G/Gmax稱為相對流量;溫控閥在某壹開度下的行程與全行程之比L稱為相對行程。相對行程和相對流量的關系稱為溫控閥的流量特性,即G/Gmax=f(l)。它們之間的關系呈現出線性特性、快開特性、等百分比特性、拋物線特性等幾種特性曲線。

對於暖氣片,從水利穩定和火電調度的角度來看,散熱量與流量的關系呈現出壹簇向上拋的曲線。隨著流量G的增加,散熱Q逐漸趨於飽和。為了使系統具有良好的調節特性,容易采用等百分比流量特性的調節閥來補償散熱器本身的非線性影響(1)。

閥門重量對調節特性的影響。可調比率r是可由溫度控制閥控制的最大流量和最小流量的比率:

R=Gmax/Gmin

Gmax是溫控閥全開時的流量,也可視為散熱器的設計流量;Gmin隨著溫控閥的閥重而變化。在散熱器系統中,由於溫控閥和散熱器是串聯的,所以可調比R與閥重的關系為:R=Rmax (2)。

以某型號溫控閥和散熱器為例,散熱器的循環能力為5m3/h,溫控閥的閥重為88%,實際可調比為28,對應的流量可調範圍為100%-4%。不同進出口溫差下散熱器散熱的實際可調範圍見表。

從表中可以看出,當散熱器進出口溫差較小時,實際可調節的散熱範圍也較小。但當散熱器進出口溫差小於10℃時,溫控閥的最小可調散熱量約為標準散熱量的20%,溫控閥的有效工作範圍縮小。

另外,值得註意的是,溫控閥的高阻力是由散熱器的調節特性決定的,設計時必須考慮溫控閥的這壹特性,避免資金壓力不足。

3溫度控制閥的安裝位置

3.1散熱器恒溫閥壹般安裝在每個散熱器的進水管上或分戶供暖系統的主進水管上。特別是對於內置傳感器,不建議垂直安裝,因為閥體和表面管道的熱效應可能導致恒溫控制器的錯誤動作。需要保證恒溫閥中的傳感器能夠感應到城市中循環空氣的溫度,並且不能被窗簾盒、加熱罩等覆蓋。

3.2為了減少投資,建議室內系統只安裝壹個溫控閥(壹戶壹套供暖系統)。

正常情況下,每個散熱器(即每個房間)上都要安裝壹個溫度控制閥。為了減少投資,提出了在室內系統(壹戶壹套供暖系統)上只安裝壹個溫控閥的方案。首先分析了單管系統的熱工特性,即流量和室溫的變化規律,指出了溫控閥的安裝方法。

3.2.1單管室內系統僅在終端室內安裝壹個溫度控制閥。利用熱網工況模擬分析軟件對壹個五層上分式單管下遊系統(也適用於室內單管下遊系統)進行了計算,結果見表1。表1是供水溫度不變的情況,比較符合大型供暖系統流量分配不均勻的實際工況,所以具有代表性。在設計外界溫度下,當實際流量小於設計流量(相對流量小於1)時,上層熱,下層冷。在實際流量大於設計流量的地方(相對流量大於1.0),上層是冷的,下層是熱的。

表1:恒定供水溫度下升級後的單管下遊系統的流量和室溫變化

室溫(℃)

相對流量(%) 5層,4層,3層,2層,1層

上述室溫與流量之間的變化規律是普適的。當室外溫度不等於設計室外溫度時。這種變化規律依然存在,唯壹不同的是在設計外界溫度最冷時,系統的垂直不平衡最嚴重,即最高樓層與最低樓層的室溫偏差最大;隨著氣溫變暖,垂直不平衡逐漸減緩。單管系統出現這種垂直失調的原因主要是由於流量的變化與散熱器表面溫度的變化不壹致造成的。壹般來說,散熱器的散熱主要取決於散熱器的平均表面溫度。在設計狀態下,散熱器傳熱面積的選取是根據設計工況下各層散熱器的平均設計表面溫度來計算的。

但在實際運行中,由於流量分布不均勻,各層散熱器表面平均溫度的變化率會與設計工況有所不同。當立管實際流量小於設計流量時(即相對流量小於1.0),立管供回水溫差大於設計溫差。此時,上散熱器的表面平均溫度比下散熱器的表面平均溫度更有利於散熱,於是出現了升溫降溫的現象。當相對流量大於1.0時,情況正好相反。

單管系統的豎向失調表現為流量越大,末端房間的室溫越高;流量越小,終端室內的室溫越低。根據這壹熱力特性,對於單管系統,每戶應按以下原則安裝溫控閥:(1)對於單管順流室內系統,應在室內系統末端房間的散熱器上安裝溫控閥;

(2)對於有交叉管的單管室內系統,應在室內系統的進水管或回水管上安裝溫控閥,溫控閥的遠程溫度傳感器應放置在室內系統的最後壹個房間;

(3)對於老建築的上分式單管下行系統,應在最低層房間的暖氣片上安裝每個立管的溫控閥,此時應通過熱分配器計量供熱。需要指出的是,使用這種溫控閥的優點是:不僅提高了供熱系統的調節性能,而且降低了工程的初投資;它的缺點是每家每戶的室溫都是同壹個標準,不能隨意調節。

3.2.2雙管室內系統的溫度控制閥安裝在室內入口處。雙管系統的豎向失調是由於自然循環下壓頭的變化引起系統流量的變化而引起的。該系統最理想的方案是在每個散熱器上安裝壹個溫度控制閥。壹些房地產開發商不願意增加投資,取消所有溫度控制閥。雖然室內系統不會出現嚴重的不平衡,但必然會導致建築內樓層間的豎向不平衡。這在工程實踐中也得到了證明。為了在不影響供暖系統調節功能的情況下降低成本,在雙管室內系統中的室內入口處安裝了溫度控制閥,其遠程溫度傳感器可以放置在任何房間。雖然各房間的室溫調節缺乏靈活性,但這種方案改善了建築內各樓層間冷熱不均的情況,更符合目前國內的經濟狀況。

4.散熱器恒溫閥在供暖系統中的節能作用。

散熱器恒溫閥正確安裝在供暖系統中,用戶可以根據室溫的要求調節和設置溫度。這樣就保證了每個房間的室溫恒定,避免了單管系統的立管內水流不均衡、上下樓層室溫不均勻的問題。同時,恒溫控制,自由供熱,經濟運行,既能提高室內熱環境的舒適性,又能實現節能。

恒溫控制——隨氣候變化動態調節輸出,控制室溫恒定,達到節能的目的。同時,消除溫度的水平和垂直失調,還可以減少有利回路中的能量浪費,使不利回路滿足流量和溫度的要求。

自由熱——陽光、人類活動、烹飪、電器等熱量稱為采暖自由熱,由於不確定性,在設計和運行中沒有充分考慮,僅作為安全系數考慮。實現室溫控制後,這部分能量可以替代部分散熱,同時可以消除不同朝向房間之間的溫差,既提高了城市熱環境的舒適度,又節約了能源。

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