溫度控制閥的工作原理和應(yīng)用

　　一、散熱器溫度控制閥結(jié)構(gòu)和工作原理。

　　采用散熱器恒溫控制閥實(shí)現(xiàn)對用戶室內(nèi)溫度的控制。該散熱器恒溫控制閥由恒溫控制器、流量調(diào)節(jié)閥和一對連接器組成，其中恒溫控制器以傳感單元即溫包為核心。通過感應(yīng)周圍環(huán)境溫度的變化，溫包能夠產(chǎn)生體積變化，帶動調(diào)節(jié)閥閥芯的位移，進(jìn)而調(diào)節(jié)散熱器的水量，從而改變散熱器的散熱。可人工調(diào)節(jié)設(shè)定溫度，并可根據(jù)設(shè)定溫度要求自動控制和調(diào)節(jié)散熱器的水量，從而達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。

　　二是散熱器的調(diào)節(jié)特性主要取決于散熱器的熱工特性、溫控閥的流量特性和閥權(quán)度。

　　溫度控制閥在某開度下的流量與全開流量的比值G/Gmax稱為相對流量;溫度控制閥在某開度下的行程與全開行程的比值l稱為相對行程。在相對行程與相對流量之間的關(guān)系中，稱為流量特性的溫控閥稱為：G/Gmax=f(l)。其關(guān)系可分為線性特征、快開特征、等百分比特征、拋物線特征等幾種特征曲線。

　　對于散熱器來說，從水力穩(wěn)定性和熱力學(xué)角度來看，散熱量與流量的關(guān)系呈一簇曲線變化，隨著流量G的增大，散熱量Q趨于飽和。為了讓系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)特性，容易采用等百分?jǐn)?shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥來補(bǔ)償散熱器本身的非線性影響(1)。

　　閥門重量對調(diào)節(jié)性能的影響。調(diào)節(jié)比R為溫控閥所能控制的大小流量之比：

　　R=Gmax/git

　　當(dāng)溫度控制閥全開時，Gmax的流量也可以被視為散熱器的設(shè)計流量;Gmax的流量隨溫度控制閥的容量而變化?？烧{(diào)比值R=R=max(2)是由溫度控制閥與散熱器之間的相位關(guān)系決定的。

　　例如，散熱器的循環(huán)容量是5m3/h，溫控閥的閥權(quán)度是88%，實(shí)際的可調(diào)比為28，相應(yīng)的流量可調(diào)范圍是100%-4%，具體說明如下。在不同進(jìn)出口溫差條件下散熱器的實(shí)際調(diào)節(jié)范圍見表。

 

進(jìn)出口溫度差（℃）	25	20	15	10	5
可調(diào)節(jié)范圍（%）	100~11.6	100~13.5	100~16.1	100~20.2	100~28

 

　　根據(jù)表格可以看出，當(dāng)散熱器的進(jìn)口和出口量較小時，散熱的實(shí)際調(diào)節(jié)范圍也很小。當(dāng)散熱器進(jìn)出口溫度小于10℃時，可調(diào)小溫控閥的散熱約為標(biāo)準(zhǔn)散熱的20%，溫控閥的有效工作范圍減小。

　　另外需要指出的是，溫控閥的高阻力是由散熱器的調(diào)節(jié)特性所決定的，在設(shè)計中必須考慮這種特性，以免出現(xiàn)資用壓力不夠的情況。

　　3溫度控制閥安裝位置。

　　3.1散熱器溫控器一般安裝在每臺散熱器的進(jìn)水管上，也可安裝在分戶供暖系統(tǒng)的總?cè)肟?。特別是在內(nèi)置式傳感器不提倡垂直安裝的情況下，因為閥體和表面管道的熱效應(yīng)可能會引起錯誤的恒溫控制器動作，應(yīng)該確保恒溫閥的傳感器能夠感應(yīng)到城市環(huán)流空氣的溫度，而且窗簾箱、暖氣片等不能覆蓋在上面。

　　3.2為減少投資，建議在一個家庭(一個家庭加熱系統(tǒng))上只安裝一個溫度控制閥。

　　一般情況下，溫度控制閥應(yīng)安裝在每組散熱器上(即每個房間)。為節(jié)省投資，提出了在戶內(nèi)系統(tǒng)(一戶一加熱系統(tǒng))安裝溫度控制閥的方案。本文首先分析了單管系統(tǒng)的熱特性，即流量和室溫的變化規(guī)律，并指出了溫控閥的安裝方式。

　　3.2.1單管家庭系統(tǒng)在末端房間僅安裝溫度控制閥。應(yīng)用熱網(wǎng)同型模擬分析軟件對一個五層上分單管系統(tǒng)(也適用于家庭單管系統(tǒng))進(jìn)行了計算，計算結(jié)果見表1。表格1為給水溫度恒定的情況，這種情況比較符合大型供熱系統(tǒng)實(shí)際中出現(xiàn)的流量分配不均，因而具有代表性。外溫條件下，凡實(shí)際流量小于設(shè)計流量(相對流量小于1)的，均為上溫?zé)?、下溫?zé)岈F(xiàn)象，凡實(shí)際流量大于設(shè)計流量(相對流量大于1.0)的，均為上溫?zé)岈F(xiàn)象;

　　表格1：上分式單管順流系統(tǒng)給水溫度不變時流量和室溫的變化。

 

室溫（℃） 相對流量（%）	5層	4層	3層	2層	1層
1.80	18.5	18.7	18.9	19.3	19.6
1.00	18.6	18.3	18.2	17.7	17.5
0.48	17.8	16.8	15.8	14.8	13.5
0.24	17.3	15.3	12.3	9.9	8.6

 

　　注意：給水溫度為81℃。

　　室溫流速隨溫度變化規(guī)律為普遍性。外部溫度與設(shè)計外溫不一致時。這一變化仍有規(guī)律可循，唯一不同的是設(shè)計外溫度，即在溫度較低時，系統(tǒng)的垂直波長較大，即高層和低層之間的室溫偏差較大，而當(dāng)溫度較高時，垂直波長也較小。單管系統(tǒng)出現(xiàn)這種垂直連接現(xiàn)象的原因，主要是由于流量變化和散熱器表面溫度變化不一致。一般情況下，散熱器的散熱主要取決于其表面平均溫度。所選擇的散熱器在設(shè)計狀態(tài)下的傳熱面積，是根據(jù)設(shè)計時各層散熱器的設(shè)計表面平均溫度計算出來的。實(shí)際運(yùn)行中，由于流場分布不均勻，各層散熱器表面平均溫度變化率與設(shè)計要求有一定差異。在立管實(shí)際流量小于設(shè)計流量時(即相對流量小于1.0)，立管的供回水時間應(yīng)大于設(shè)計流量的時間，此時較低處的散熱器表面平均溫度對立管的供回水更有利，因此產(chǎn)生上熱下冷;而較高處的相對流量大于1.0，情況正好相反。

　　單管系垂直失調(diào)的特點(diǎn)是流動量大，末端管系室溫愈高;流動量小，末端管系室溫愈低，根據(jù)這一熱特性，對于單管系，每戶可按如下原則進(jìn)行調(diào)節(jié)：(1)對于單管系順流的戶內(nèi)系統(tǒng)，應(yīng)在戶內(nèi)系統(tǒng)末端安裝溫控閥;

　　(2)對于有跨管的單管家庭系統(tǒng)，應(yīng)在家庭系統(tǒng)的入口給水管道或回水管上安裝一溫控閥，其遙控溫度傳感器必須安裝在家庭系統(tǒng)末端的房間;

　　(3)對于舊房上分單管順流系統(tǒng)，每根豎管上有一個溫度控制閥，應(yīng)安裝在底層房間的散熱器上，此時，供熱應(yīng)采用熱量分壓計量。應(yīng)當(dāng)指出：這種溫度控制閥的使用方式，優(yōu)點(diǎn)是既能改善供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，又能減少工程初期投資;缺點(diǎn)是每個房間的室溫都是一樣的，無法隨意調(diào)節(jié)。

　　3.2.2雙管家庭系統(tǒng)一個溫度控制閥安裝在家庭中。雙管路系統(tǒng)的豎直接頭，是由于自然循環(huán)中壓頭的變化引起系統(tǒng)流量的變化而產(chǎn)生的。這個系統(tǒng)，理想的方案是每個散熱器上都安裝一個溫控閥。有些開發(fā)商不愿增加投資，取消了所有的溫控閥，雖然在戶內(nèi)系統(tǒng)中，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象，但肯定會造成樓與樓之間的垂直漏氣。這也被工程實(shí)踐所證實(shí)。為了節(jié)約成本，又不影響供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，在雙管家庭系統(tǒng)中，戶內(nèi)入戶裝置有一個溫度控制閥，其遙測溫度傳感器可以放置任何房間。此方案，雖然單室室溫調(diào)節(jié)缺乏靈活性，但改善了樓層間冷、熱不均勻性，更符合國內(nèi)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀。

　　4、散熱器溫控器在供暖系統(tǒng)中的節(jié)能效果。

　　暖氣加熱系統(tǒng)中正確安裝散熱器恒溫閥，用戶可根據(jù)需要調(diào)節(jié)和設(shè)定室溫高低。這可以保證一個房間的室溫恒定，避免單管系統(tǒng)上立管水量不平衡和低層室溫不均勻的問題。通過恒溫控制、自由加熱、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等作用，既能提高室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　恒溫控---隨氣候變化動態(tài)調(diào)整出力，控制室溫度不變，即可節(jié)能。與此同時，消除了溫度的水平和垂直失調(diào)，也是減少回路能量浪費(fèi)，同時達(dá)到逆向循環(huán)流量和溫度要求的有利途徑。

　　散熱——陽光入射、人體活動、炊事、電器等都稱為散熱，這些散熱的一部分由于不確定因素在設(shè)計運(yùn)行時未得到充分的考慮，僅作為一種安全因素。通過對室內(nèi)溫度的控制，這部分能量可以代替部分散熱，同時，不同朝向的室內(nèi)熱源也可以消除，既提高了室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性，又節(jié)約了能源。

　　經(jīng)濟(jì)效益——辦公大樓、公共建筑不需在夜間或休息日滿負(fù)荷供熱。住戶們也盡量做到無熱斷電，以節(jié)省能源和熱費(fèi)。即使不同的房間也可采用不同的溫控模式：當(dāng)人集中在客廳時，可以降低臥室的溫度設(shè)定，起居室的溫度可以提高設(shè)定，而睡房的溫度可提高設(shè)定，起居室的溫度可降低設(shè)定等。通過散熱器的恒溫閥可以實(shí)現(xiàn)上述措施，并且已經(jīng)達(dá)到了節(jié)能的目的。