摘要：本文論述了集中供熱“質量并調”運行方式使循環水泵節電70%的節能效果以及實現“質量并調”運行方式的調節工具―――自力式阻力平衡閥，并介紹了自力式阻力平衡閥的原理和使用自力式阻力平衡閥進行熱網調節的基本過程。
關鍵詞：質調節、分階段改變流量的質調節、質量并調、平衡閥、自力式流量控制閥、自力式差壓控制閥、自力式阻力平衡閥、初調節、運行調節。
眾所周知，由于供熱系統自身的特點，在保證供熱質量最佳（室內溫度不過高也不過低）的前提下，對于一個既定的供熱系統，在不同的室外溫度下情況下，都有一個與其對應的最佳的循環流量和最佳溫度（溫差）。所以，最佳的運行調節方式是“質”和“量”的綜合調節，就是在供熱運行調節的過程中，根據室外溫度的變化，既改變循環流量又改變供水溫度。這種質量的并調，一方面達到了最佳的供熱效果，另一方面達到了最大限度的降低供熱的熱耗和電耗。但是，由于 “質量并調”的運行方式存在熱網平衡上的困難，所以雖然近幾年不少供熱企業在一、二級熱網實施循環泵變頻調速變流量運行，進行“質”和“量”并調的工程實踐項目也較多，但實際運行效果不理想。具體表現是：流量的變化幅度不大，降不下來，運行中的流量多數都是高于設計狀態下的計算流量，遠遠沒有達到最佳調節工況的參數狀態，循環泵變頻調速僅成為解決設備大馬拉小車的手段，供熱系統節能潛力沒有真正挖掘出來。最根本的原因是因為缺乏簡便、有效的調節熱網平衡的手段，阻礙了“質量并調”運行方法的推廣應用。本文將對“質量并調”運行方式的節能效果進行理論上的闡述，并對實現“質量并調”運行方式的管網調節利器―――自力式阻力平衡閥的原理和應用進行簡單的介紹。
1、“質量并調”運行方式的節能效果：
以吉林省長春市為例，長春市供熱期是165天，總計3960小時，根據多家熱力公司的數據顯示，長春市在設計室外溫度下的實際耗熱量指標大約是52大卡。參見表一。
1.1、整個供熱期采用不改變流量的質調節方式運行，循環水泵所消耗的流量是100％，循環水泵所消耗的電量是100％。
1.2、如果采用分階段改變流量的質調節運行方式，可以將供熱期分成三個階段：初寒期50天，循環流量按80％運行；末寒期50天，循環流量按80％運行；嚴寒期65天，循環流量按100％運行。
分階段改變流量的質調節運行方式實際所耗用的流量與單純的質調節運行方式所耗用的流量比是：
（80％*50＋100％*65＋80％*50）／165＝87.9％
由于循環泵的耗電量與循環泵的流量之間呈三次訪的關系，根據公式：
采用分階段改變流量的質調節運行方式與單純質調節運行方式循環泵耗電量的比例分別為：
初寒期：N1＝51.2％
嚴寒期：N1＝100％
末寒期：N1＝51.2％
1.3、采用“質量并調”的運行方式時，
根據室外溫度的不同采用不同的循環流量，實際所耗用的流量與單純的質調節運行方式時耗用的流量比是：
2606／（3960＊100％）＝65.81％
根據公式：
采用“質量并調”的運行方式與單純質調節運行方式循環泵耗電量的比例為：N1＝（65.81％）3＝28.5％
從以上的分析可以看出：當采用單純的質調節運行時，循環泵的耗電量是100％；當采用分階段改變流量的質調節運行時，循環泵的耗電量是 70.4％，節電量是29.6％；當采用“質量并調”的運行方式時，循環水泵的耗電量是28.5％，節電量是71.5％。參見表二。
雖然，理論計算上和實際工程中會有一些差異，但也足以說明節能效果是很可觀的。它的意義不僅在于為熱力公司節省了成本，增加了利潤，還為國家的節能減排，為地球環境的改善做出了應有的貢獻，為造福子孫后代做出了貢獻。
項目質調節分階段改變流量質調節質量并調
耗電量100％70．4％28.5％
節電量100％29.6％71.5％
2、自力式阻力平衡閥
目前，用于熱網調節的具有可調性的水力元件主要有平衡閥、自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥。其中，自力式流量控制閥具有恒流量的特性，調節的目標是流量，最適合于質調節的運行方式，缺點是不能應用于“質量并調”的運行方式；自力式差壓控制閥是和溫控閥配套使用的，適用于熱計量系統，熱計量系統的特點是用戶主動變流量而熱力公司被動的變流量系統，目前由于種種原因不能廣泛的推廣；平衡閥調節的目標是阻力平衡，表現形式是流量平衡，因此，理論上使用平衡閥進行平衡調節的熱網系統可以適用于“質量并調”運行方式。但是，由于平衡閥對于大型的管網系統調節能力比較差，平衡效果欠佳，調解過程過于復雜，用戶很少使用。
為了能使“質量并調”這種顯著節能的供熱運行方式得到廣泛的推廣，非常需要一種投資不高、節能效果高、平衡效果好的水力調節產品。劉兆軍先生從事水力平衡工作多年，經過反復研究，終于發明了一種自力式阻力平衡閥，自力式阻力平衡閥吸取了自力式流量控制閥和平衡閥各自的優點，彌補了各自的缺點，不會適合于“質量并調”的運行方式，適用于各種規模的一次網和二次網。
要了解自力式阻力平衡閥，先要明確熱網的水力特性。
2.１、熱網水力特性公式：
供熱系統中熱網上各用戶之間總體上來講都是并聯的。由并聯網路的特性公式：
△P=S•V2
△P=S1•V12=S2•V22=S3•V32=…
得并聯網路V1：V2：V3…=1／：１／：1／…
式中V1、V2、V3分別表示并聯段管1、2、3的流量，m3/h；
式中S1、S2、S3分別表示并聯段管1、2、3阻力系數，Pa/（m3/h）。
根據上面的基本公式得出以下結論：
1、對于一個水力元件、管段來講，只要它的具體結構不發生變化，其所通過的流量的平方和兩端的壓差呈正比關系。
2、并聯管段中各分支管的阻力狀況（即阻力系數S值）不變時，即供熱系統中各熱用戶的阻力系數不變時，網路總流量增加多少倍或減少多少倍，并聯管段中各分支管段即供熱系統中各熱用戶的流量也相應增加多少倍或減少多少倍。
3、當并聯管段中任一分支管段的阻力狀況（即阻力系數S值）發生變化時，網路總阻力系數必然隨著變化，而且網路總流量在各分支管段中的分配比例也相應地發生變化。
根據上面的公式和結論，可以推導出以下結論：
當熱網中某一點的阻力系數發生變化之后，這一點前面的管段（即熱用戶），流量將呈不等比例的變化；這一點后面的管段（即熱用戶），流量將呈等比例的變化。
根據供熱管網的這些水力特性，當一個供熱系統采用質量并調的運行調節方式時，循環水泵的變速運行相當于熱網總出口的阻力狀況（即阻力系數S值）發生了變化，循環泵出口后面的熱用戶即全部的熱用戶，其循環流量將等比例的變化。
熱網經初調節達到阻力平衡之后，管網上各支線、各用戶閥門不再操作，其開度固定不變（各個熱用戶環路阻力系數不變），熱網總流量再增減變化多少，網上各用戶流量也按相同的比例增減變化多少，而不會改變原來的平衡狀態。
2.２、自力式阻力平衡閥的工作原理：
該產在保留了自力式流量控制閥的自動調節孔板、壓差自動平衡機構、手動調節孔板、壓力控制反饋管路、設定流量的刻度標尺等結構基礎上，增加了鎖定裝置和壓力檢測孔。不使用鎖定裝置時本閥與自力式流量控制閥功能不會相同——具有恒定流量的功能。在熱網初調節階段，鎖定裝置不會打開，該閥按自力式流量控制閥的調節方法進行調節，熱用戶的流量很快達到平衡狀態，發揮了自力式流量控制閥在熱網平衡控制上的優勢。然后啟動鎖定裝置，該閥變成了一個具有變流量性能的平衡閥。由于各個熱用戶平衡了，循環泵再進行變速時，各用戶流量將成等比例的變化，依然保持平衡狀態。自力式流量控制閥的定流量和平衡法的變流量，兩種功能可以根據具體需要進行轉換。測壓檢測孔用來測量閥的進出口壓力，并根據定流量狀態下的實際流量，計算出相應狀態下的阻力和阻力系數，這個性能對于設計人員進行水力平衡工程設計和運行人員分析運行中的壓力、流量、阻力情況提供了簡便準確的工具。
2.3、自力式阻力平衡閥的一般應用：如圖一，在進行阻力平衡的初調節過程中，先關閉鎖定機構，使用自力式阻力平衡閥中恒流量功能，將５個熱用戶的流量按設計流量調節好，此時，５個熱用戶的流量是平衡的，在此流量狀態下的５個熱用戶環路的阻力（阻力系數）也是平衡的。此時，使用自力式阻力平衡閥的鎖定裝置，也就是鎖定了的５個熱用戶在此流量平衡狀態下的阻力平衡狀態（即５個熱用戶環路的阻力和阻力系數），由于各個熱用戶的阻力系數處于一個比較精確的平衡狀態，那末，當我們改變熱網循環泵流量的時候，５個熱用戶的流量將呈等比例的變化，依然保持平衡狀態。
2.4、自力式阻力平衡閥在熱計量系統中的應用：在熱計量系統中，人們往往在單體建筑的入口安裝自力式差壓控制閥，其目的是：第一，保證溫控閥的正常工作壓差不大于0.1Mpa。第二，穩定各單體建筑的壓差不被其他建筑的流量變化所影響。
而在實際工程中，熱力站的進出口壓差很少達到0.2Mpa，除去沿程阻力的消耗，再除去支線、熱量表、過濾器等等的阻力消耗，真正作用在溫控閥上的壓差都小于0.1Mpa。同時，由于溫控閥的功能就是自動根據室內溫度的變化改變流量，因此，即使單體建筑的流量受其他建筑影響發生改變，而影響了室內溫度變化，溫控閥也會自動調節，所以，安裝自力式差壓控制閥的意義已經不大。
很多熱計量工程的實例表明，在熱計量系統中，管網的初調節和非熱計量系統一樣，如果調節不好會造成嚴重的水力失調。為此，在熱計量系統中，往往采用以超生必流量計測定每個管路的流量的同時用自力式差壓控制閥進行流量的調節，與非熱計量系統中采用自力式流量控制閥（現在應該升級換代為自力式阻力平衡閥）進行流量調節相比，費時費力。因此，如前面所講，熱計量系統是一個用戶主動變流量熱源被動變流量系統，安裝自力式差壓控制閥的意義已經不大，建議是否可以用自力式阻力平衡閥取代自力式差壓控制閥，這樣一來，不管是溫控閥對流量的自動調節還是熱源對流量的自動調節，都可以輕松的實現并維持熱網的平衡，更能方便供熱的運行和調節。當然，目前這只是一種推測，還需要實際工程的檢驗。
3、結論：
綜上所述，自力式阻力平衡閥既克服了平衡閥在初調節中大型熱網難于平衡這一劣勢，又克服了自力式流量控制閥調節的熱網只能按定流量的質調節方式運行，熱網循環泵不能充分節能的缺點，因此我們認為，這種以自力式阻力平衡閥為調節工具，以熱網的阻力平衡為目標，以節能效果顯著的“質量并調”為運行方式的供熱系統，無論在非熱計量供熱系統還是在熱計量供熱系統必將得到廣泛的應用。