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散熱器恒溫控制閥的原理及應用

發布日期:[2019-04-15] 點擊率:

摘要: 本文介紹了了散熱器恒溫控制閥的歷史、原理及分類。并結合工程實例闡述了在新形勢下供暖系統中不同散熱器布置方式中如何正確使用散熱器恒溫控制閥。

  關鍵詞: 散熱器 恒溫控制閥 分戶計量 旁通 


  散熱器恒溫控制閥于20世紀40年代最早在歐洲出現,在80年代初我國開始自行研制散熱器恒溫控制閥,進入90年代中、后期,隨著熱計量政策及技術的不斷深化及廣大人民群眾對居室溫度的個性化要求,各種國產、進口散熱器恒溫控制閥產品應運而生,并在國內很多工程項目中被采用。 


  在散熱器采暖的房間溫度控制方面可以采用散熱器恒溫控制閥進行控制,也可采用阻力特性較好的手動溫控閥進行控制。采用散熱器恒溫控制閥控制的優勢在于可以較好的利用“自由熱”達到節能的目的,同時避免了用戶進行煩瑣的反復調節。 


  一、散熱器恒溫控制閥的工作原理及分類


  散熱器恒溫控制閥由恒溫控制器和閥體兩部分組成。其作用原理為用戶將恒溫控制器旋到所需設定溫度,當室內溫度超過設定溫度時,恒溫控制器內溫包(內充感溫介質)受熱膨脹,體積增大,推動閥桿,使閥門關小,減小散熱器進水流量,使室溫達到設定溫度。當室內溫度低于設定溫度時,溫包受冷收縮,體積減小,閥芯內復位彈簧推回閥桿,使閥門開大,增大了散熱器進水流量,直到室溫達到設定值。 


  1.恒溫控制器 


  恒溫控制器根據其溫包所處位置可分為溫包內置型和遠傳型。由于溫包感受的是周圍空氣溫度,同時溫控閥的調節動作也是由于溫包體積改變而產生,所以溫包所處位置對于溫控閥的正確使用十分重要。在大多數情況下,需要調節本組散熱器所處房間的室內溫度時,宜采用溫包內置溫控閥。在一些特定情況下,如本組散熱器被散熱器罩遮擋,溫控閥位于罩內,或者在溫控閥近距離內有其他熱(冷)源,如灶具,強照明燈具等,這時溫包感受的是周圍局部高溫,不是準確的房間溫度,宜采用遠傳型恒溫控制器,將傳感器置于能準確調節房間溫度所受強熱源干擾較小的地方,才能達到準確控制房間溫度的目的。在一些特殊系統中,例如水平單管順流系統,只能在第一組散熱器安裝散熱器溫控閥,而用戶又以調節客廳或主臥房間溫度為主,也可采用遠傳型溫控閥,將溫度傳感器置于客廳或主臥內采集其溫度進行調節。 


  恒溫控制器又可根據其溫包所充感溫介質的不同進行分類,大致可分為以下四類。 


  (1)蒸氣溫包式。 


  溫包內所填充的介質為一種低沸點液體,當外界溫度升高時,部分液體汽化為氣體,溫包體積增大推動閥桿,關小閥門開度,減小進散熱器進水流量,當外界溫度降低時,部分氣體又液化為液體,溫包體積減小,閥門開度增大從而增大散熱器進水流量。此溫包內感溫介質經常處于一氣液混合狀態,起優點是作用時間迅速,但對溫包密封要求非常嚴格,目前在國內應用很少。 


  (2)液態溫包式。 


  溫包內填充的感溫介質為特殊的液體,一般為甲醇或甲苯等。此種溫包體 


  積較大,作用時間較短,目前在國內應用較為廣泛。 


  (3)固態溫包式。 


  溫包內填充的是膨脹系數較高的固體,多為石蠟等。由于固體相對氣體和 


  液體受熱(冷)體積變化較小,所以其感溫動作較慢,但體積相對液體溫包小,在國內也有部分應用。 


  (4)金屬片式。 


  其恒溫控制器感溫裝置為一種特殊的具有記憶功能的合金金屬片,此金屬片受熱膨脹受冷收縮,帶動溫控閥動作。此種產品出廠前需對其感溫裝置進行嚴格的實驗和檢測,同時,由于金屬在頻繁伸縮和彎折后存在疲勞斷裂等特性改變問題,并且金屬具有延展性,所以會對此種感溫裝置壽命和精度造成影響。國內一些廠家生產此種溫控閥產品,其國外產品很少見到。 


  2.溫控閥閥體 


  溫控閥閥體一般為銅制,外表鍍鎳,根據其進水出水及安裝溫控器閥芯之間角度可分為以下幾種。 


  (1)直通型溫控閥閥體:溫控閥進水與出水角度為180度。


  (2)角型溫控閥閥體:溫控閥進水與出水角度為90度。


  (3)三維溫控閥閥體(立體溫控閥):溫控閥進水、出水及閥芯各成90度夾角,類似于X、Y、Z坐標。


  (4) 特殊組合溫控閥閥體:針對一些新型散熱器(如衛浴散熱器等)及一些連接方式(如單管跨越式),很多廠家還推出了一些特殊的組合式溫控閥閥體。在此不做一一列舉。 


  3.溫控閥Kv值與Kvs值 


  國外調節閥產品的水阻力特性一般用Kv值表示,目前很多國產溫控閥產品也采用Kv值標示水阻特性。Kv值定義為在此調節閥閥前閥后壓降為1bar時,通過此調節閥的流量。Kvs值表示調節閥的最大開度時的Kv值。可應用以下公式將Kv值換算為在國內常用的局部阻力系數。 


  二、散熱器溫控閥在多種散熱器系統中的正確使用


  1.在我國的大多數舊有散熱器供暖系統中,采用的是上下貫通垂直式單管或雙管系統。


  (1)在垂直單管順流系統中,由于前組散熱器水量全部流經下一組散熱器,且每組散熱器位于不同的樓層,無法安裝散熱器溫控閥。可考慮將此種系統改造為垂直單管跨越系統,這樣可以在每組散熱器前安裝溫控閥或調節性能較好的手動調節閥。


  (2)在垂直雙管順流系統中,由于存在垂直失調問題,在系統改造時,可安裝帶預設定功能的散熱器溫控閥。所謂預設定功能即溫控閥閥體上具有預先設定初始阻力的裝置,可通過該裝置將溫控閥初始阻力設定,不同樓層間設定的初始阻力不同,可在一定程度上解決垂直失調的問題。但此種方法在實際使用上需做好以下工作。設計師要做好較詳細的水力計算。安裝時,施工方要仔細比對供貨廠家提供的水阻力流線圖,將溫控閥調到準確的預設定位置。在供水運行后,可再根據具體情況進行個別調整。由于雙管系統采用高阻力溫控閥(后文將做詳細介紹),同時預設定調節又進一步減小了閥門開度,所以對供暖水質有較高要求,否則容易造成阻塞。


  2.在近幾年,隨著分戶熱計量技術的不斷發展,在廣大的民用與工業建筑中戶內供暖水平分戶設環系統也獲得了普遍的應用,也是目前設計采用最多的一種戶內供暖布置方式。散熱器采暖水平布置方式主要分為:水平單管順流式(標準中不允許,不建議采用)、水平單管跨越式、上分式雙管式、下分式雙管式、放射雙管式等幾大類。 


  (1)水平單管順流式:水平單管順流式系統與前面所述垂直單管順流系統有相近之處,采暖熱水流經前一組散熱器后完全流入下一組散熱器,所以不宜在每組散熱器上安裝溫控閥或手動調節閥門。此系統安裝溫控閥,可考慮在第一組散熱器進水前端安裝一帶遠傳的溫控閥,將溫控閥遠傳傳感器置于需溫度控制的主要房間內、如主臥室、客廳。此種布置方式的弊端在于通過溫控閥動作,會帶動整個房間的供暖熱水流量的變化,而溫控閥采集的信號僅僅為其中一房間的信號,這時其它房間會因此出現溫度波動,且無法進行有效的精密調節。此種方式也可考慮在第一組散熱器前端安裝質量較高、開度與流量呈線形關系的手動調節閥,可通過此調節閥對系統進行粗調節。此種散熱器布置方式是“標準”所不允許的,我們不建議采用此種方式。


  (2)水平單管跨越式:水平單管跨越式是近年應用較多的一種室內布置方式,其優點是可以分別對每組散熱器進行精確溫度控制,適應了用戶對居室的個性化要求,也符合“分戶計量,分室調溫”的政策要求。同時由于部分高溫熱水(未經過散熱器換熱)流入下一組散熱器,提高了下一組散熱器的進水溫度,保證了供暖品質。 


  相對其他分戶設環的室內水平布置方式,單管跨越式是一種較為簡單,適應范圍較廣的布置方式。在具體應用上,根據采用各種不同的溫控閥產品(手動調節閥)其又有很多種不同的應用形式。 


  (2.1)兩通溫控閥加跨越管形式:


  此種方式結構較為簡單,造價低廉。但是在實際應用中也存在一些問題。很多工程項目中,由于不加區別的采用了高阻兩通溫控閥,造成了進散熱器熱水量過小。有些工程中有些錯誤的用法,為了滿足散熱器進水量需求不得不在跨越管上再安裝一調節閥門來增大跨越管部分阻力。即使采用低阻兩通溫控閥也要進行散熱器進流系數的計算。散熱器進流系數是散熱器部分通路與跨越管部分通路的阻力比值。在水平單管加跨越管系統,一般在30%以上,能保證散熱器的進水流量。但此計算較為復雜。 


  (2.2)旁通溫控閥形式 


  現在為了適應室內水平單管加跨越管系統的應用,一些廠家推出了一種特殊的旁通溫控閥,此種閥門將散熱器通路(含溫控閥)與旁通支路結合為一個整體,并且旁通支路變為了一個阻力可調的旁通閥。其優點為簡化了計算與安裝,由于旁通比可調,對系統的適應范圍廣,可以根據具體情況進行單獨調節。 


  此種旁通溫控閥也可算出散熱器進流系數。目前在一些工程項目中也已經漸漸被采用。


  (2.3)其他特殊形式溫控閥 


目前市場上出現了很多新形式散熱器,為了配合這些新式散熱器,各種特殊形式的溫控閥產品也應運而生。 


  (3)水平雙管形式。 


  戶內水平雙管式也可通過在每組散熱器進水安裝溫控閥,進行分室溫度控制。采用此種布置方式,供熱品質好,可串聯多組散熱器,不同散熱器通過溫控閥調節對系統影響小,但無論采用上分式還是下分式水平雙管布置,其室內管路布置較復雜,對居室整體裝修、美觀有一定影響。


  此種布置方式與垂直雙管系統一樣,由于末端阻力越大,則系統波動對其影響越小,所以應該選用高阻力的散熱器溫控閥。 


  (4)放射雙管式。 


  此種布置也被稱做“章魚式”布置,也屬于室內水平雙管式的范疇。在每戶入口處安裝一分/集水器,分/集水器的每一環路分別連接一組散熱器。其優點是布置靈活,利于進行分室溫控,但管路布置較為復雜,造價較前幾種室內布置方式偏高。在此種系統中也應參照雙管系統采用高阻力溫控閥,如果采用性能可靠的手動調節閥可將其安裝在每組散熱器進水端,也可安裝在每路分/集水器上,進行集中控制。 


  在2003年8月,國家建設部下發了《關于城鎮供熱體制改革試點工作的指導意見》明確規定,今后,城鎮新建公共建筑和居民住宅,凡使用集中供熱設施的,都必須設計、安裝具有分戶計量及室溫調控功能的采暖系統,并執行按用熱量分戶計量收費的新辦法。進入21世紀,廣大人民群眾對節能及熱舒適度的要求不斷提高,分戶計量、分室調溫的政策也不斷深入人心。散熱器溫控閥也將獲得較為廣闊的應用前景。但是不能簡單的將溫控閥一裝了事,針對不同的系統采用何種形式的溫控閥或是其他手動調節閥,需要經過細致的計算和建立在對產品有深入了解的基礎之上,同時在安裝及后期調試時也應與設計及廠家進行良好的溝通,根據具體情況進行適當調整,以達到充分、合理使用的目的。


  參考文獻:


  1.張錫虎 鄧燕春著《供暖設計中的一些常見問題》 


  2.徐偉 鄒瑜 主編《供暖系統溫控與熱計量技術》 中國計劃出版社 2000年版


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