詳談溫控閥的工作原理

一、散熱器溫控閥的構(gòu)造及工作原理
　　用戶(hù)室內(nèi)的溫度控制是通過(guò)散熱器恒溫控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。散熱器恒溫控制閥是由恒溫控制器、流量調(diào)節(jié)閥以及一對(duì)連接件組成，其中恒溫控制器的核心部件是傳感器單元，即溫包。溫包可以感應(yīng)周?chē)h(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生體積變化，帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥芯產(chǎn)生位移，進(jìn)而調(diào)節(jié)散熱器的水量來(lái)改變散熱器的散熱量。恒溫閥設(shè)定溫度可以人為調(diào)節(jié)，恒溫閥會(huì)按設(shè)定要求自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)散熱器的水量，從而來(lái)達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。
　　二、散熱器的調(diào)節(jié)特性是由散熱器熱特性、溫控閥流量特性及閥權(quán)度共同決定的。
　　溫控閥在某開(kāi)度下的流量與全開(kāi)流量之比G/Gmax稱(chēng)為相對(duì)流量;溫控閥在某開(kāi)度下的行程與全行程之比l稱(chēng)為相對(duì)行程。相對(duì)行程和相對(duì)流量間的關(guān)系稱(chēng)為溫控閥的流量特性，即：G/Gmax=f（l）。它們之間的關(guān)系表現(xiàn)為線(xiàn)性特性、快開(kāi)特性、等百分比特性、拋物線(xiàn)特性等幾種特性曲線(xiàn)。
　　對(duì)散熱器而言，從水利穩(wěn)定性和熱力是調(diào)度角度講，散熱量與流量的關(guān)系表現(xiàn)為一簇上拋的曲線(xiàn)，隨著流量G的增加，散熱量Q逐漸趨于飽和。為使系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)特性，易于采用等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥以補(bǔ)償散熱器自身非線(xiàn)性的影響（1）。
　　閥權(quán)度對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響?？烧{(diào)比R為溫控閥所能控制的zui大流量與zui小流量之比：
　　R=Gmax/Gmin
　　Gmax為溫控閥全開(kāi)時(shí)的流量，也可看作是散熱器的設(shè)計(jì)流量;Gmin則隨溫控閥閥權(quán)度大小而變化。在散熱器系統(tǒng)中，由于溫控閥與散熱器為串聯(lián)，故可調(diào)節(jié)比R與閥權(quán)度的關(guān)系為：R=RmaxKV0.5（2）
　　以某型號(hào)的溫控閥和散熱器為例，散熱器的流通能力為5m3/h,溫控閥的閥權(quán)度為88%，實(shí)際可調(diào)比為28，對(duì)應(yīng)的流量可調(diào)節(jié)范圍*-4%。散熱器在不同進(jìn)出口溫差下散熱量的實(shí)際可調(diào)節(jié)范圍見(jiàn)下表。
　　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
　　有表可知，當(dāng)散熱器進(jìn)出口溫差較小時(shí)，散熱量的實(shí)際可調(diào)節(jié)范圍也見(jiàn)小。但散熱器進(jìn)出口溫差小于10℃時(shí)，溫控閥的zui小可調(diào)節(jié)散熱量約為標(biāo)準(zhǔn)散熱量的20%，溫控閥的有效工作范圍減小。
　　此外值得注意的一點(diǎn)是，溫控閥的高阻力是由散熱器的調(diào)節(jié)特性決定的，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮溫控閥的這一特性，以免出現(xiàn)資用壓力不夠的情況。
　　三、溫控閥的安裝位置
　　1、散熱器恒溫閥一般安裝在每臺(tái)散熱器的進(jìn)水管上或分戶(hù)采暖系統(tǒng)的總?cè)肟谶M(jìn)水管上。尤其是對(duì)內(nèi)置式傳感器不主張垂直安裝，因?yàn)殚y體和表面管道的熱效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致恒溫控制器的錯(cuò)誤動(dòng)作，應(yīng)確保恒溫閥的傳感器能夠感應(yīng)到市內(nèi)環(huán)流空氣的溫度，不得被窗簾盒、暖氣罩等覆蓋。
　　2、為了減少投資，提出在戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)（一戶(hù)一個(gè)供暖系統(tǒng)）上只裝一個(gè)溫控閥的方案。
　　通常的情況下，應(yīng)該每一組散熱器（即每個(gè)房間）上安裝一個(gè)溫控閥。為了減少投資，提出在戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)（一戶(hù)一個(gè)供暖系統(tǒng)）上只裝一個(gè)溫控閥的方案。下面首先分析單管系統(tǒng)的熱特性，即流量與室溫的變化規(guī)律，并指出溫控閥的安裝方法。
　　2.1 單管戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)只在末端房間裝一個(gè)溫控閥。利用熱網(wǎng)工況模擬分析軟件對(duì)一個(gè)五層樓的上分式單管順流系統(tǒng)（也適用于戶(hù)內(nèi)單管順流系統(tǒng)）進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果見(jiàn)表1。表1為供水溫度恒定的情況，這種情況較符合一個(gè)大的供熱系統(tǒng)出現(xiàn)流量分配不均的實(shí)際工況，因而具有代表性。在設(shè)計(jì)外溫下，凡實(shí)際流量小于設(shè)計(jì)流量的（相對(duì)流量小于1），均出現(xiàn)上層熱、下層冷的現(xiàn)象;凡實(shí)際流量大于設(shè)計(jì)流量的（相對(duì)流量大于1.0）都發(fā)生上層冷、下層熱的情形。
　　表1:上分式單管順流系統(tǒng)供水溫度恒定時(shí)流量與室溫變化
　　室溫（℃） 5層 4層 3層 2層 1層
　　相對(duì)流量（%）
　　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：供水溫度81℃
　　上述室溫與流量之間的變化規(guī)律，具有普遍性。
　　當(dāng)室外溫度不等于設(shè)計(jì)外溫時(shí)。這種變化規(guī)律仍然存在，所不同的只是在設(shè)計(jì)外溫，即氣溫zui冷時(shí)，系統(tǒng)垂直失調(diào)zui嚴(yán)重，也就是zui高層與zui低層之間的室溫偏差zui大;隨著氣溫變暖，垂直失調(diào)也逐漸趨緩。單管系統(tǒng)發(fā)生這種垂直失調(diào)現(xiàn)象的原因，主要是流量變化與散熱器表面溫度的變化不一致所造成的。一般而言，散熱器的散熱量主要取決于散熱器的表面平均溫度。在設(shè)計(jì)狀態(tài)下，散熱器傳熱面積的選取，都是根據(jù)設(shè)計(jì)工況下，各層散熱器的設(shè)計(jì)表面平均溫度計(jì)算的。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于流量分配不均，各層散熱器的表面平均溫度的變化比率將與設(shè)計(jì)工況發(fā)生差異。當(dāng)立管實(shí)際的流量小于設(shè)計(jì)流量（即相對(duì)流量小于1.0）時(shí)，立管的供、回水溫差即大于設(shè)計(jì)時(shí)的溫差，此時(shí)上層散熱器的表面平均溫度比下層的散熱器表面平均溫度更有利于散熱，因而出現(xiàn)上熱下冷現(xiàn)象;相對(duì)流量大于1.0時(shí)，情況正相反。
　　單管系統(tǒng)垂直失調(diào)的特點(diǎn)是流量愈大，末端房間室溫愈高;流量愈小，末端房間室溫愈低，根據(jù)這種熱特性，對(duì)于單管系統(tǒng)，每戶(hù)一個(gè)溫控閥，應(yīng)該按如下原則按：
　?。?）對(duì)于單管順流的戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)，一個(gè)溫控閥應(yīng)該裝在該戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)zui末端房間的散熱器上;
　?。?）對(duì)于帶跨越管的單管戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)，一個(gè)溫控閥應(yīng)裝在戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)的入口供水管或回水管上，該溫控閥的遠(yuǎn)程溫度傳感器需放在戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)zui末端房間里;
　?。?）對(duì)于舊建筑的上分式單管順流系統(tǒng)，每根立管的一個(gè)溫控閥，應(yīng)裝在zui底層房間的散熱器上，此時(shí)，供熱量應(yīng)采用熱量分配器計(jì)量。 應(yīng)該指出：這種溫控閥的使用方法，其優(yōu)點(diǎn)是既提高了供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，又能減少工程的初投資;其缺點(diǎn)是每戶(hù)各房間的室溫為同一標(biāo)準(zhǔn)，不能隨心所欲的進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　2.2 雙管戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)一個(gè)溫控閥裝在戶(hù)內(nèi)入口處。雙管系統(tǒng)的垂直失調(diào)，是由于自然循環(huán)作用壓頭的變化引起系統(tǒng)流量變化而產(chǎn)生的。這種系統(tǒng)，的方案是在每個(gè)散熱器上都裝溫控閥。一些房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商不愿意增加投資，取消了所有的溫控閥，盡管在戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)中，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失調(diào)現(xiàn)象，但必然導(dǎo)致樓內(nèi)各層之間的垂直失調(diào)。在工程實(shí)踐中，也證明了這一點(diǎn)。 為降低造價(jià)，又不影響供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，在雙管戶(hù)內(nèi)系統(tǒng)中，在戶(hù)內(nèi)入口處裝置一個(gè)溫控閥，其遠(yuǎn)程溫度傳感器可放置任何房間。這一方案，雖然每房間的室溫調(diào)節(jié)缺乏靈活性，但卻改善了樓內(nèi)各層之間的冷熱不均，比較符合目前國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)狀況。
　　四、散熱器恒溫閥在采暖系統(tǒng)中的節(jié)能作用
　　散熱器恒溫閥正確安裝在采暖系統(tǒng)中，用戶(hù)可根據(jù)對(duì)室溫高低的要求，調(diào)節(jié)并設(shè)定溫度。這樣就確保了個(gè)房間的室溫恒定，避免了立管水量不平衡以及單管系統(tǒng)上下層室溫不均勻的問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)恒溫控制、自由熱、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等作用可以既提高室內(nèi)熱環(huán)境舒適度，又實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
　　恒溫控制——隨氣候的變化動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)出力，控制室溫恒定，即可節(jié)能。同時(shí)，消除溫度的水平和垂直失調(diào)，也能是有利環(huán)路減少能量浪費(fèi)，同時(shí)使不利環(huán)路達(dá)到流量和溫度的要求。
　　自由熱——陽(yáng)光入射、人體活動(dòng)、炊事、電器等熱量稱(chēng)為采暖自由熱，這部分熱量由于不確定性而沒(méi)有在設(shè)計(jì)運(yùn)行中予以充分考慮，僅作為安全系數(shù)考慮。實(shí)現(xiàn)室溫控制后，這部分能量可以取代部分散熱量，同時(shí)，不同朝向的房間溫差也可以消除，既提高了市內(nèi)熱環(huán)境的舒適度，又節(jié)省了能量。
　　經(jīng)濟(jì)運(yùn)行——辦公建筑、公共建筑在夜間、休息日無(wú)需滿(mǎn)負(fù)荷供熱。住宅用戶(hù)也以盡量做到無(wú)人斷熱，以節(jié)省能量和熱費(fèi)。甚至在不同的房間可以實(shí)行不同的溫度控制模式：當(dāng)人員集中在客廳時(shí)，臥室溫度可以降低設(shè)定，客廳溫度可以提高設(shè)定;在睡眠休息的時(shí)間里，臥室溫度可以提高設(shè)定，客廳溫度可以降低設(shè)定等等。這些措施都可以通過(guò)散熱器恒溫閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，已達(dá)到節(jié)能目的。