两通高阻恒温阀在散热器供暖系统中的应用分析

申剑 张欣然

中国航空规划设计研究总院有限公司

1 提出问题

为提高散热器供热量的精确调节，提高供暖质量，减少供热浪费，新建或改扩建的民用、公共建筑的供暖系统，大多采用双管系统，每个散热器前设置两通高阻恒温阀。随着《工业建筑节能设计统一标准》GB51245 的发布，根据“5.2.8 对于需要分室自动控制室温的散热器供暖系统，散热器前应安装恒温控制阀”，工业建筑也在逐步扩大双管供暖系统的设计，但是，很多设计者认为两通高阻恒温阀具有高阻力的特性，只要安装它，就可以解决水力平衡问题而无需再进行水力平衡计算，实际情况到底如何，下面将以某算例进行具体分析。

2 算例分析

2.1 水平双管系统

为了简化计算，本文以一个有20 根立管的单层双管供暖环路为算例，采用上供上回同程系统，前10 组散热器负荷为4 kW/组，后10 组散热器负荷为2 kW/组，具体立管图见图1：

图1 水平双管供暖系统立管示意图

选用的恒温阀参数参考标准图17K408[1]，具体参数见表1：

表1 恒温阀参数

根据软件计算（软件默认管路比摩阻取值范围为40～100 Pa/m），各立管默认管径为DN15，此时系统阻力见表2：

表2 立支管管径为DN15 时系统阻力及不平衡率

根据表2 可以看出，如果不进行水力计算，只是简单直接安装高阻力恒温阀，不仅无法解决系统的水力平衡问题，还会加剧水力失调，哪怕是在加装恒温阀前进行了水力平衡达到15%，而在加恒温阀后，水力失调度也会加剧到39.38%，其原因是恒温阀的阻力是根据阀门值和流量确定的：P=(Q/Kv)2，通常阻力较大的环路流量也较大，所以如果所有支路选择相同的阀门Kv 值，原来阻力比较大的环路阻力就会变得更大，加剧不平衡率。而如果根据系统的阻力和每个支管的流量，经过计算选择恒温阀合理的Kv 值，就可以解决水力失调问题，如果在选择恒温阀之前，先进行系统的水力初平衡，还可以降低系统的总阻力。

由于多年的使用习惯，东北地区很多项目，甲方要求散热器立管不得小于DN20，当立管管径为DN20时，系统阻力见表3：

表3 立支管管径为DN20 时系统阻力及不平衡率

由表3 可以看出，加大立支管管径仅能降低系统总阻力，对于系统的平衡作用不大，而都采用DN20 的恒温阀将会增加初投资。

如果根据每个立管的流量选择不同的管径，有利于系统的平衡，将本算例中1～10 立管采用DN20、11～20 立管采用DN15 时，系统阻力见表4：

表4 1～10 立管采用DN20、11～20 立管采用DN15 时系统阻力及不平衡率

根据以上计算可以看出两通高阻恒温阀的高阻力特性十分明显，所以系统立管管径、恒温阀预设值的选择，应根据外管网情况、与其它环路的平衡情况等因素综合考虑。

2.2 垂直双管系统

以一个6 层垂直双管供暖系统为算例，采用上供下回系统，每组散热器负荷为2 kW/组，具体立管图见图2：

图2 垂直双管供暖系统立管示意图

垂直双管系统中，由于水冷却产生的重力作用压力是引起垂直失调的重要原因之一，本算例按供回水温度80/55 ℃计算，散热器负荷为2000 W，重力作用压力按ρgh×2/3 计算[2]，水力计算结果见表5：

表5 立管采用DN20、支管采用DN15 时各环路阻力及不平衡率（系统不进行水力平衡）

根据表5 可以计算出：无恒温阀的系统考虑重力作用时不平衡率为120.82%，采用无预设阻力型恒温阀的系统不平衡率为45.47%，采用带预设阻力型恒温阀的系统不平衡率为10.83%。本系统的平衡完全是靠增加恒温阀阻力实现的，结果会导致系统阻力增加较大，根据文献[3]的建议“应将高环路多得到的自然作用压力，用以克服低环路的相对不利因素，即回水立管的管径要小于供水立管的管径，使回水立管的阻力大于供水立管的阻力”，现将系统改为图三所示，其水力计算结果见表6：

表6 调整供回水立、支管管径后各环路阻力及不平衡率

图3 改进后垂直双管供暖系统立管示意图

根据表6 可以计算出：无恒温阀的系统考虑重力作用时不平衡率为159.97%，采用无预设阻力型恒温阀的系统不平衡率为46.49%，采用带预设阻力型恒温阀的系统不平衡率为12.94%。即经过人为调整，系统的总阻力约为2 kPa 就可以实现系统平衡。因此。只有经过计算确定合适的管径和恒温阀Kv 值（设定值），才能解决供暖系统的水力平衡问题。

3 结论

1）不经过水力计算，随意的设置恒温阀将加大供暖系统的水力失调，只有选择合适的恒温阀Kv 值，才有利于系统平衡。

2）进行系统水力平衡计算，同时选择合适的恒温阀Kv 值，有利于降低系统总阻力。

3）恒温阀Kv 值是合理选择阀门的重要参数，而每个厂家产品的Kv 值是不同的，所以应在设计中明确每个恒温阀需求的Kv 值（或预设档位），并保证现场安装正确。

4）恒温阀Kv 值的确定是因人而异的，根据表四可以看出，同样的系统，不同的配管设计，会导致恒温阀Kv 值选择的不同，未经过水力平衡的系统，11～20立管预设定阀门档位为5，而经过水力平衡的系统，11～20 立管预设定阀门档位为6。

5）本文仅对采用两通高阻恒温阀的双管系统水力平衡进行了阐述，而工业建筑的散热器供暖系统是否都应该采用双管加高阻力恒温阀的设计，还需要根据厂区外网情况确定，如老旧厂区的供暖改造或新老建筑共用管网等情况。当厂区外网资用压头本身不富裕时，或许采用单管跨越加两通低阻恒温阀或单管系统加三通低阻恒温阀是更好的选择。