散熱器恒溫控制閥原理及應(yīng)用

    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(jié)合工程實(shí)例闡述了在新形勢(shì)下供暖系統(tǒng)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(guān)鍵詞： 散熱器 恒溫控制閥 分戶計(jì)量 旁通

　　散熱器恒溫控制閥于20世紀(jì)40年代最早在歐洲出現(xiàn)，在80年代初我國(guó)開(kāi)始自行研制散熱器恒溫控制閥，進(jìn)入90年代中、后期，隨著熱計(jì)量政策及技術(shù)的不斷深化及廣大人民群眾對(duì)居室溫度的個(gè)性化要求，各種國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口散熱器恒溫控制閥產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，并在國(guó)內(nèi)很多工程項(xiàng)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(jìn)行控制，也可采用阻力特性較好的手動(dòng)溫控閥進(jìn)行控制。采用散熱器恒溫控制閥控制的優(yōu)勢(shì)在于可以較好的利用“自由熱”達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)避免了用戶進(jìn)行煩瑣的反復(fù)調(diào)節(jié)。

　　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(shè)定溫度，當(dāng)室內(nèi)溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，恒溫控制器內(nèi)溫包（內(nèi)充感溫介質(zhì)）受熱膨脹，體積增大，推動(dòng)閥桿，使閥門關(guān)小，減小散熱器進(jìn)水流量，使室溫達(dá)到設(shè)定溫度。當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，溫包受冷收縮，體積減小，閥芯內(nèi)復(fù)位彈簧推回閥桿，使閥門開(kāi)大，增大了散熱器進(jìn)水流量，直到室溫達(dá)到設(shè)定值。

　　1．恒溫控制器

　　恒溫控制器根據(jù)其溫包所處位置可分為溫包內(nèi)置型和遠(yuǎn)傳型。由于溫包感受的是周圍空氣溫度，同時(shí)溫控閥的調(diào)節(jié)動(dòng)作也是由于溫包體積改變而產(chǎn)生，所以溫包所處位置對(duì)于溫控閥的正確使用十分重要。在大多數(shù)情況下，需要調(diào)節(jié)本組散熱器所處房間的室內(nèi)溫度時(shí)，宜采用溫包內(nèi)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(nèi)，或者在溫控閥近距離內(nèi)有其他熱（冷）源，如灶具，強(qiáng)照明燈具等，這時(shí)溫包感受的是周圍局部高溫，不是準(zhǔn)確的房間溫度，宜采用遠(yuǎn)傳型恒溫控制器，將傳感器置于能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)房間溫度所受強(qiáng)熱源干擾較小的地方，才能達(dá)到準(zhǔn)確控制房間溫度的目的。在一些特殊系統(tǒng)中，例如水平單管順流系統(tǒng)，只能在第一組散熱器安裝散熱器溫控閥，而用戶又以調(diào)節(jié)客廳或主臥房間溫度為主，也可采用遠(yuǎn)傳型溫控閥，將溫度傳感器置于客廳或主臥內(nèi)采集其溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　恒溫控制器又可根據(jù)其溫包所充感溫介質(zhì)的不同進(jìn)行分類，大致可分為以下四類。

　?。?）蒸氣溫包式。

　　溫包內(nèi)所填充的介質(zhì)為一種低沸點(diǎn)液體，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，部分液體汽化為氣體，溫包體積增大推動(dòng)閥桿，關(guān)小閥門開(kāi)度，減小進(jìn)散熱器進(jìn)水流量，當(dāng)外界溫度降低時(shí)，部分氣體又液化為液體，溫包體積減小，閥門開(kāi)度增大從而增大散熱器進(jìn)水流量。此溫包內(nèi)感溫介質(zhì)經(jīng)常處于一氣液混合狀態(tài)，起優(yōu)點(diǎn)是作用時(shí)間迅速，但對(duì)溫包密封要求非常嚴(yán)格，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用很少。

　?。?）液態(tài)溫包式。

　　溫包內(nèi)填充的感溫介質(zhì)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(shí)間較短，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。

　?。?）固態(tài)溫包式。

　　溫包內(nèi)填充的是膨脹系數(shù)較高的固體，多為石蠟等。由于固體相對(duì)氣體和液體受熱（冷）體積變化較小，所以其感溫動(dòng)作較慢，但體積相對(duì)液體溫包小，在國(guó)內(nèi)也有部分應(yīng)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(dòng)溫控閥動(dòng)作。此種產(chǎn)品出廠前需對(duì)其感溫裝置進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)，同時(shí)，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(wèn)題，并且金屬具有延展性，所以會(huì)對(duì)此種感溫裝置壽命和精度造成影響。國(guó)內(nèi)一些廠家生產(chǎn)此種溫控閥產(chǎn)品，其國(guó)外產(chǎn)品很少見(jiàn)到。

　　2.溫控閥閥體

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

　?。?）直通型溫控閥閥體：溫控閥進(jìn)水與出水角度為180度。

（2）角型溫控閥閥體：溫控閥進(jìn)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(jìn)水、出水及閥芯各成90度夾角，類似于X、Y、Z坐標(biāo)。

(4) 特殊組合溫控閥閥體：針對(duì)一些新型散熱器（如衛(wèi)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(guó)外調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品的水阻力特性一般用Kv值表示，目前很多國(guó)產(chǎn)溫控閥產(chǎn)品也采用Kv值標(biāo)示水阻特性。Kv值定義為在此調(diào)節(jié)閥閥前閥后壓降為1bar時(shí)，通過(guò)此調(diào)節(jié)閥的流量。Kvs值表示調(diào)節(jié)閥的最大開(kāi)度時(shí)的Kv值。可應(yīng)用以下公式將Kv值換算為在國(guó)內(nèi)常用的局部阻力系數(shù)。

二、散熱器溫控閥在多種散熱器系統(tǒng)中的正確使用
　
　　1．在我國(guó)的大多數(shù)舊有散熱器供暖系統(tǒng)中，采用的是上下貫通垂直式單管或雙管系統(tǒng)。

　?。?）在垂直單管順流系統(tǒng)中，由于前組散熱器水量全部流經(jīng)下一組散熱器，且每組散熱器位于不同的樓層，無(wú)法安裝散熱器溫控閥。可考慮將此種系統(tǒng)改造為垂直單管跨越系統(tǒng)，這樣可以在每組散熱器前安裝溫控閥或調(diào)節(jié)性能較好的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

（2）在垂直雙管順流系統(tǒng)中，由于存在垂直失調(diào)問(wèn)題，在系統(tǒng)改造時(shí)，可安裝帶預(yù)設(shè)定功能的散熱器溫控閥。所謂預(yù)設(shè)定功能即溫控閥閥體上具有預(yù)先設(shè)定初始阻力的裝置，可通過(guò)該裝置將溫控閥初始阻力設(shè)定，不同樓層間設(shè)定的初始阻力不同，可在一定程度上解決垂直失調(diào)的問(wèn)題。但此種方法在實(shí)際使用上需做好以下工作。設(shè)計(jì)師要做好較詳細(xì)的水力計(jì)算。安裝時(shí)，施工方要仔細(xì)比對(duì)供貨廠家提供的水阻力流線圖，將溫控閥調(diào)到準(zhǔn)確的預(yù)設(shè)定位置。在供水運(yùn)行后，可再根據(jù)具體情況進(jìn)行個(gè)別調(diào)整。由于雙管系統(tǒng)采用高阻力溫控閥（后文將做詳細(xì)介紹），同時(shí)預(yù)設(shè)定調(diào)節(jié)又進(jìn)一步減小了閥門開(kāi)度，所以對(duì)供暖水質(zhì)有較高要求，否則容易造成阻塞。

2．在近幾年，隨著分戶熱計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展，在廣大的民用與工業(yè)建筑中戶內(nèi)供暖水平分戶設(shè)環(huán)系統(tǒng)也獲得了普遍的應(yīng)用，也是目前設(shè)計(jì)采用最多的一種戶內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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。
　?。?）水平單管順流式：水平單管順流式系統(tǒng)與前面所述垂直單管順流系統(tǒng)有相近之處，采暖熱水流經(jīng)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(dòng)調(diào)節(jié)閥門。此系統(tǒng)安裝溫控閥，可考慮在第一組散熱器進(jìn)水前端安裝一帶遠(yuǎn)傳的溫控閥，將溫控閥遠(yuǎn)傳傳感器置于需溫度控制的主要房間內(nèi)、如主臥室、客廳。此種布置方式的弊端在于通過(guò)溫控閥動(dòng)作，會(huì)帶動(dòng)整個(gè)房間的供暖熱水流量的變化，而溫控閥采集的信號(hào)僅僅為其中一房間的信號(hào)，這時(shí)其它房間會(huì)因此出現(xiàn)溫度波動(dòng)，且無(wú)法進(jìn)行有效的精密調(diào)節(jié)。此種方式也可考慮在第一組散熱器前端安裝質(zhì)量較高、開(kāi)度與流量呈線形關(guān)系的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可通過(guò)此調(diào)節(jié)閥對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行粗調(diào)節(jié)。此種散熱器布置方式是“標(biāo)準(zhǔn)”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(yīng)用較多的一種室內(nèi)布置方式，其優(yōu)點(diǎn)是可以分別對(duì)每組散熱器進(jìn)行精確溫度控制，適應(yīng)了用戶對(duì)居室的個(gè)性化要求，也符合“分戶計(jì)量，分室調(diào)溫”的政策要求。同時(shí)由于部分高溫?zé)崴ㄎ唇?jīng)過(guò)散熱器換熱）流入下一組散熱器，提高了下一組散熱器的進(jìn)水溫度,保證了供暖品質(zhì)。

　　相對(duì)其他分戶設(shè)環(huán)的室內(nèi)水平布置方式，單管跨越式是一種較為簡(jiǎn)單，適應(yīng)范圍較廣的布置方式。在具體應(yīng)用上，根據(jù)采用各種不同的溫控閥產(chǎn)品（手動(dòng)調(diào)節(jié)閥）其又有很多種不同的應(yīng)用形式。

　　（2．1）兩通溫控閥加跨越管形式：

　　此種方式結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。但是在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題。很多工程項(xiàng)目中，由于不加區(qū)別的采用了高阻兩通溫控閥，造成了進(jìn)散熱器熱水量過(guò)小。有些工程中有些錯(cuò)誤的用法，為了滿足散熱器進(jìn)水量需求不得不在跨越管上再安裝一調(diào)節(jié)閥門來(lái)增大跨越管部分阻力。即使采用低阻兩通溫控閥也要進(jìn)行散熱器進(jìn)流系數(shù)的計(jì)算。散熱器進(jìn)流系數(shù)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(tǒng)，一般在30%以上，能保證散熱器的進(jìn)水流量。但此計(jì)算較為復(fù)雜。

　?。?．2）旁通溫控閥形式

　　現(xiàn)在為了適應(yīng)室內(nèi)水平單管加跨越管系統(tǒng)的應(yīng)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(jié)合為一個(gè)整體，并且旁通支路變?yōu)榱艘粋€(gè)阻力可調(diào)的旁通閥。其優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)化了計(jì)算與安裝，由于旁通比可調(diào)，對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)范圍廣，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。

　　此種旁通溫控閥也可算出散熱器進(jìn)流系數(shù)。目前在一些工程項(xiàng)目中也已經(jīng)漸漸被采用。

　?。?．3）其他特殊形式溫控閥

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)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(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生。

　?。?）水平雙管形式。

　　戶內(nèi)水平雙管式也可通過(guò)在每組散熱器進(jìn)水安裝溫控閥，進(jìn)行分室溫度控制。采用此種布置方式，供熱品質(zhì)好，可串聯(lián)多組散熱器，不同散熱器通過(guò)溫控閥調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)影響小，但無(wú)論采用上分式還是下分式水平雙管布置，其室內(nèi)管路布置較復(fù)雜，對(duì)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(tǒng)一樣，由于末端阻力越大，則系統(tǒng)波動(dòng)對(duì)其影響越小，所以應(yīng)該選用高阻力的散熱器溫控閥。

　?。?）放射雙管式。

　　此種布置也被稱做“章魚(yú)式”布置，也屬于室內(nèi)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(huán)路分別連接一組散熱器。其優(yōu)點(diǎn)是布置靈活，利于進(jìn)行分室溫控，但管路布置較為復(fù)雜，造價(jià)較前幾種室內(nèi)布置方式偏高。在此種系統(tǒng)中也應(yīng)參照雙管系統(tǒng)采用高阻力溫控閥，如果采用性能可靠的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥可將其安裝在每組散熱器進(jìn)水端，也可安裝在每路分/集水器上，進(jìn)行集中控制。

　　在2003年8月，國(guó)家建設(shè)部下發(fā)了《關(guān)于城鎮(zhèn)供熱體制改革試點(diǎn)工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確規(guī)定，今后，城鎮(zhèn)新建公共建筑和居民住宅，凡使用集中供熱設(shè)施的，都必須設(shè)計(jì)、安裝具有分戶計(jì)量及室溫調(diào)控功能的采暖系統(tǒng)，并執(zhí)行按用熱量分戶計(jì)量收費(fèi)的新辦法。進(jìn)入21世紀(jì)，廣大人民群眾對(duì)節(jié)能及熱舒適度的要求不斷提高，分戶計(jì)量、分室調(diào)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(yīng)用前景。但是不能簡(jiǎn)單的將溫控閥一裝了事，針對(duì)不同的系統(tǒng)采用何種形式的溫控閥或是其他手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，需要經(jīng)過(guò)細(xì)致的計(jì)算和建立在對(duì)產(chǎn)品有深入了解的基礎(chǔ)之上，同時(shí)在安裝及后期調(diào)試時(shí)也應(yīng)與設(shè)計(jì)及廠家進(jìn)行良好的溝通，根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到充分、合理使用的目的。