调节阀的正确选择

在实际的工程设计中，各种调节阀正确选择的依据是保证其阀权度β在0.3以上，以防因调节阀的调节特性变坏，影响调节效果。具体实施按如下步骤进行。

1.根据Kv值，选择调节阀

Kv值称为调节阀的流量系数。根据公式(1)，Kv值的物理意义可定义如下：调节阀在一定的开度下，当阀端压差为1bar时，通过的流量值，单位为m³/(h · bar)，可用下式表示：

保持阀两端压差为1bar不变，当阀全开时获得最大的通过流量，此时Kv值最大，称为Kvs。在调节阀Kv值的计算中，常采用不同的单位，为换算方便，现将换算公式列入表1。

表1  Kv值换算

在各种调节阀（含恒温阀、平衡阀、自力式平衡阀和电动调节阀等）的规范样本中，一般都给出了调节阀的型号、口径、Kvs或最大压差值，以供设计人员和运行人员选择。

在调节阀的选择设计时，首先确定待选调节阀所应通过的设计流量和在该设计流量下，调节阀全开时两端的压差。设计流量，对于已完成工程设计的供热系统而言，本身是已知值。调节阀在全开时两端的压差确定较为复杂，通常给出估算值：对于恒温阀（安装在散热器一侧）取值10kPa；对于其他的调节阀，估算值按20～40kPa选择。根据已知的设计流量G和两端压差△P，由公式(1)计算出待选调节阀的Kvs。在调节阀样本中，一般给出计算出的Kvs的对应调节阀口径以及流通流量范围。在满足流通流量的前提下，尽量选择口径小或Kvs值小的调节阀（通常调节阀口径应比同管道口径小1～2号为宜）。

如某一个热用户，设计流量为2.5m³/h，地处供热系统的末端，在调节阀全开时通过设计流量的两端压差按20kPa（即2mH₂O）考虑，设计选择合适的平衡阀。通过公式（1）可计算出Kvs为

表2  STAD、STAF调节阀的K值

由表2选择STAD调节阀（平衡阀）DN20，其Kvs=5.7，大于要求的5.59，代入公式(1),可得

符合设计要求。

2.校核阀权度β

在选择调节阀时，阀门全开两端的压差是已知的。校核调节阀阀权度β，关键是确定调节阀全关时两端的最大压差值。在分析变工况下的阀权度时，曾详细叙述了供热系统在不同的运行工况下，可能发生的调节阀两端的最大压差值（阀全关时）。现从供热系统在整个运行期间对可能发生的变工况进行全方位考察，从而明确调节阀在全关闭时两端最大压差的合理取值。

(1)系统其他热用户全部关闭，只有待调热用户运行，此时待调调节阀两端最大压差（调节阀关闭）达最大值，接近循环水泵的扬程。根据我国集中住宅的特点，大多采用集中供热系统，往往一个供热系统的供热规模相当大，热用户同时使用系数过小（只有少数热用户运行）的极端情况很少发生。因此确定调节阀阀权度β值时，不应将所有热用户调节阀的最大压差定为循环水泵的扬程。

(2)供热系统循环水泵扬程选择过大，此时各热用户阀端最大压差值也将加大。这种情况出现在“大流量、小温差”的落后运行方式中，为了提高供热系统能效，应加大淘汰这种运行方式的力度，因此，在确定调节阀阀权度的β值时，以循环水泵的大扬程为依据，就更加不合理了。

(3)变频调速的小流量变工况运行，这是目前非常成熟的节能措施，特别是分布式输配系统的推广应用，更是如此。采用这种新技术，在变工况下，只会提高调节阀的阀权度（即降低阀端最大压差），对供热系统的运行调节是有利的。

通过上述分析，调节阀的最大阀端压差应该按照供热系统的设计工况选取。即各热用户的调节阀阀端最大压差即是该热用户对应的设计水压图的资用压头（供回水压差）。对于传统的循环水泵设计方法，阀端最大压差在供热系统的近端，此处调节阀的阀权度β值可能过小；对于分布式输配系统的设计方法，阀端最大压差值出现在供热系统的末端，调节阀合理选择，重点也在末端。此时最好的方法是尽量少采用调节阀，变流量工况主要通过调速水泵实现。

3.配套调节阀的选择

对于传统循环水泵设置的供热系统，在近端热用户的调节阀，其阀权度β值往往过小（小于0.25～0.3），常常导致调节阀即使工作在很小的开度下仍然出现超流量的情况，这是造成冷热不均的根本原因。为改善近端热用户调节阀的调节功能，常常采用加装配套调节阀或预设定等措施，使其调节阀尽量工作在相对开度为50%～100%的范围内，以提高调节功能。

(1)串联平衡阀

如果一个热用户的调节阀，在设计流量下的全开阀端压差为40kPa（4mH₂O），该热用户入口供回水设计压差为400kPa（40mH₂O或0.4MPa）（这在我国集中供热系统里是常见的，特别当热用户处于热源近端时更是如此）。按照上述的计算方法，此时该热用户的调节阀的阀权度β应为40/400=0.1，显然过小，由于调节阀的调节特性变坏，此时调节阀工作在开度很小的状态，或即开即关的状态，而通过的流量仍然过大，造成调节失控，热用户室温过热。对于一个完整的供热系统，由于近端调节阀失调，流量超量；系统末端热用户的供回水资用压头必然过小（不再依设计水压图运行），即使调节阀全开，也达不到要求的设计流量，产生冷热不均就成为必然。

为了改善近端热用户调节阀的工作调节特性， 一个有效措施是在调节阀的同一管路上串联手动平衡阀，使其克服多余的资用压头，剩下的资用压头由调节阀克服，目的是使调节阀的阀端设计压差与工作压差之比大于0.25～0.3，借以改善调节性能。若以上述为例，设该热用户的设计流量为30m³/h，根据调节阀全开时的设计压差40kPa，可计算出待选调节阀的Kvs为47.4m³/h，与其最接近的调节阀口径为DN65，Kvs=95m³/h。若选同一 口径（DN65）的手动平衡阀与调节阀串联，关小该平衡阀，使其克服250kPa的资用压头，则剩下150kPa资用压头由调节阀克服，此时调节阀的设计压差与工作压差之比即阀权度β=40/150=0.27，调节性能明显得到了改善。

定义调节阀阀权度时，是把阀全关时的阀端压差定为最大压差。目的是考察调节阀即将全关时的调节性能。在管路上串联平衡阀的措施，既没有改变调节阀全开时的设计压差值，也没有改变其全关时的最大压差值，从严格意义上讲，没有改变调节阀的阀权度，改变的只是调节阀在调节过程的相对开度。如果不串联平衡阀，调节阀要在相对开度0%~100%的范围内调节；串联了平衡阀尽量使调节阀在50%～100%内调节，即可满足待调流量值，防止出现调节阀关死的现象。

根据上述分析，为了更有利于调节阀的选择，作者主张把阀权度的定义改为绝对阀权度和工作阀权度。绝对阀权度是原有的阀权度定义，指出了调节阀在全关时的阀端压差变化，说明了调节阀在即将全关时调节性能变坏的趋势。而工作阀权度，给出了允许最小开度下，阀端的最大允许压差。按照这一新的定义，上述例题的绝对阀权度为0.1，工作阀权度为0.27。有了绝对阀权度与工作阀权度的定义之分，将为调节阀的正确选择带来许多方便：凡绝对阀权度小于0.25～0.3时，必须设置配套调节阀；配套调节阀的选择，必须保证主调节阀的工作阀权度大于等于0.25～0.3。

(2)恒温阀的预设置

恒温阀是安装在散热器前直接控制用户室温的主调节阀，其他的调节阀，如手动平衡阀、自力式平衡阀（即流量限制阀）、差压调节阀、电动调节阀都是配套调节阀，目的是保证恒温阀的阀端压差不宜过大。由于恒温阀的重要作用，国外通常把恒温阀的装设列为强制措施。我国在新的建筑节能的八部委文件中，也明确将散热器前必须安装恒温阀的规定作为强制措施。

恒温阀在设计流量下，阀端全开时的压差一般为10kPa，而散热器前后的资用压头有可能在20～50kPa左右，为了保证恒温阀的工作阀权度不小于0.25～0.3，常在恒温阀上配套有预设定装置，调节该预设定装置，相当于在恒温阀上串联调节阀的作用，借以克服多余的资用压头，保证恒温阀不在过小的开度下工作。因此，有没有预设定功能，是衡量恒温阀质量的一个重要指标。

(3)串联差压调节阀

差压调节阀的基本原理，类似自力式平衡阀（流量限制阀），只是调节阀本体没有节流圈装置，而是把热用户作为节流圈（见图1所示）。安装差压调节阀时，预先设定好热用户所需资用压头，即差压调节阀的设定压差。在系统运行期间，由于热用户内部用热需求的变化，引起热用户资用压差也发生变化，此时差压调节阀的调节功能发挥作用、保持热用户资用压头维持设定值不变，这时通过差压调节阀的流量发生变化，借以满足热用户变化了的用热需求。

图1  串联压差调节阀示意图

当热用户资用压头过大，单靠一个调节阀难以实现调节要求时（阀权度过小），可采取主调节阀与差压调节阀串联的方式。在图1中，主调阀安装在热用户的供水管上，差压调节阀安装在热用户回水管上，如前所述，为使主调节阀的阀权度不小于0.25～0.3，其阀端压差不能超过150kPa。今选择一个差压调节阀，代替手动平衡 阀，与主调节阀相串联，设定差压调节阀的控制压差为150kPa，该阀自身克服250kPa。在整个运行期间，不论热用户的用热需求如何变化，压差调节阀的阀芯会自动调节，保证主调节阀的阀端压差始终保持为150kPa，从而使主调节阀在合理的开度下实现热用户的流量调节。

4.三通调节阀的选择

三通调节阀，是一种恒流量调节阀。上述介绍的都是二通调节阀。三通调节阀本质上是两个二通调节阀的组合联动。其中一个调节阀芯关闭，另一调节阀芯打开，彼此呈比例联动，使其总流量恒定。三通调节阀若出口端为总流量称为合流三通；若入口端为总流量称为分流三通。三通调节阀的调节特性完全决定于两个二通阀的调节特性。阀权度的确定及调节阀的选择与二通阀相似。

本文节选自《供热系统运行调节与控制》

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