關(guān)于空調(diào)水系統(tǒng)全面水力平衡的分析

李鑫 禹超

摘要：本文將分析產(chǎn)生水力失調(diào)的原因，著重介紹平衡閥的分類以及各自的功能與特性，分析各類平衡閥在水力平衡調(diào)節(jié)中所起的作用，總結(jié)出平衡閥在設(shè)計(jì)選用以及合理性布置方面的一些經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)平衡閥；動(dòng)態(tài)流量平衡閥；動(dòng)態(tài)壓差平衡閥；水力失調(diào)

在空調(diào)水系統(tǒng)中水力失調(diào)的現(xiàn)象是普遍存在的，一方面由于設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備材料等原因?qū)е碌南到y(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值與設(shè)計(jì)要求管道特性阻力數(shù)比值不一致，從而使系統(tǒng)各用戶的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量不一致，引起系統(tǒng)的靜態(tài)水力失調(diào)。另一方面當(dāng)用戶閥門開度變化引起水流量改變時(shí)，其它用戶的流量也隨之發(fā)生改變，偏離設(shè)計(jì)要求流量，從而導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)水力失調(diào)。靜態(tài)水力失調(diào)是穩(wěn)態(tài)的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的，是當(dāng)前我國(guó)暖通空調(diào)水系統(tǒng)中水力失調(diào)的重要因素。動(dòng)態(tài)水力失調(diào)是動(dòng)態(tài)的、變化的，它不是系統(tǒng)本身所固有的，是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的。對(duì)于空調(diào)水系統(tǒng)存在的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水力失調(diào)，通過(guò)在管道系統(tǒng)中增設(shè)靜態(tài)水力平衡閥對(duì)系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其與設(shè)計(jì)要求管道特性阻力數(shù)比值一致，系統(tǒng)總流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量時(shí)，各末端設(shè)備流量均同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)流量，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。以及利用動(dòng)態(tài)水力平衡閥的屏蔽作用，使其自身的流量不隨其他用戶閥門開度發(fā)生變化而變化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。因此平衡閥在空調(diào)水系統(tǒng)的水力平衡中具有很好的調(diào)節(jié)作用，也是保證空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行必不可少的重要部件。

1水力失調(diào)和水力平衡的概念：

1.1在熱水供熱系統(tǒng)以及空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中各熱（冷）用戶的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量之間的不一致性稱為該用戶的水力失調(diào)。

水力失調(diào)的程度可以用實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量的比值X來(lái)衡量，X稱水力失調(diào)度。

X = QS/QJ（QS：用戶的實(shí)際流量，QJ：用戶的設(shè)計(jì)要求流量）

1.2水力平衡是指網(wǎng)路中各個(gè)熱用戶在其它熱用戶流量改變時(shí)保持本身流量不變的能力，通常用熱用戶的水力穩(wěn)定性系數(shù)r來(lái)表示。

r=1/ XMAX = QJ/ QMAX

（QJ：用戶的設(shè)計(jì)要求流量，QMAX：用戶出現(xiàn)的最大流量）

2產(chǎn)生水力失調(diào)的原因與分析

2.1靜態(tài)失調(diào)

空調(diào)水系統(tǒng)雖經(jīng)過(guò)詳細(xì)的水力計(jì)算，但在施工安裝過(guò)程中，各用戶的流量仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。如管網(wǎng)中流體流動(dòng)的動(dòng)力源（一般指泵、重力差等）提供的能量與設(shè)計(jì)要求不符，泵的型號(hào)、規(guī)格的變化及其性能參數(shù)的差異，流體自由液面差的變化等，導(dǎo)致管網(wǎng)中壓頭和流量偏離設(shè)計(jì)值；再比如管材粗糙度，焊接光滑度，管路路由的長(zhǎng)度量，三通的增減等參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，均會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)的實(shí)際流動(dòng)阻力特性與設(shè)計(jì)值偏離。這種水力失調(diào)是穩(wěn)定的、根本性的，是不以設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)移的，如不加以解決影響將始終存在。

2.2動(dòng)態(tài)失調(diào)

系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)一些末端用戶的水流量發(fā)生改變時(shí)（關(guān)閉或調(diào)節(jié)），會(huì)使其它用戶的流量隨之產(chǎn)生變化。

因此，在通過(guò)詳細(xì)的水力計(jì)算選擇合適的管徑及設(shè)備的基礎(chǔ)上，為使水流量合理完善地分配至每一個(gè)環(huán)路的采暖或空調(diào)末端，滿足每一棟建筑及功能房間的冷、熱負(fù)荷需求，我們往往會(huì)通過(guò)平衡閥來(lái)有效的解決這個(gè)問(wèn)題。

接下來(lái)，將針對(duì)平衡閥的選擇設(shè)置進(jìn)行探討，以供同行在工程設(shè)計(jì)中參考。

3 平衡閥的選擇與應(yīng)用

3.1平衡閥的分類及特性

結(jié)合目前市場(chǎng)上的水力平衡閥，主要可分為兩類：靜態(tài)平衡閥和動(dòng)態(tài)平衡閥。其中，靜態(tài)平衡閥是通過(guò)改變閥芯與閥座的間隙（開度），來(lái)改變流經(jīng)閥門的流通阻力，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。而動(dòng)態(tài)平衡閥是根據(jù)系統(tǒng)工況（壓差）的變動(dòng)而自動(dòng)變化阻力系數(shù)，在一定的壓差范圍內(nèi)，有效地控制通過(guò)的流量，使其保持一個(gè)常值。

3.2 靜態(tài)平衡閥的選擇與應(yīng)用

靜態(tài)平衡閥一般應(yīng)分級(jí)設(shè)置，當(dāng)平衡支路上的各個(gè)末端時(shí)，可以將支路看作為一個(gè)“黑匣子”，即一個(gè)單元。該單元對(duì)其外部流量的調(diào)整起比例的反映，上一級(jí)合作閥門能夠較容易的補(bǔ)償這種擾動(dòng)。接下來(lái)，各支路單元使用立管平衡閥作為合作閥門來(lái)進(jìn)行相互平衡。隨后立管上的所有單元構(gòu)成一個(gè)較大的單元，其流量可使立管的平衡閥來(lái)調(diào)節(jié)。最后，將每個(gè)立管作為一個(gè)單元來(lái)相互平衡，而主管上的平衡閥作為合作閥門。這樣逐級(jí)進(jìn)行調(diào)試，以達(dá)到管路的水力平衡。

由此可見(jiàn)，靜態(tài)平衡閥的使用和調(diào)試與風(fēng)管系統(tǒng)中的多葉調(diào)節(jié)閥相似，幾乎可以應(yīng)用在各類管路系統(tǒng)中。只要有足夠的調(diào)試時(shí)間，系統(tǒng)理論上總能達(dá)到水力平衡；但是由于靜態(tài)平衡閥只能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)，不能根據(jù)實(shí)際流量需求的變化而變化，所以僅能消除系統(tǒng)的靜態(tài)水力失調(diào)。

3.3動(dòng)態(tài)流量平衡閥的選擇與應(yīng)用

動(dòng)態(tài)流量平衡閥作用的對(duì)象是流量，它可以在一定的壓差范圍內(nèi)自動(dòng)保持流量的恒定，一般應(yīng)用在下列方面：

3.3.1 多個(gè)不同的冷熱源及冷卻塔并聯(lián)時(shí)，自動(dòng)流量平衡閥設(shè)置在每個(gè)冷熱源和冷卻塔的進(jìn)口或者出口，通常與電磁閥一起使用，保證通過(guò)每個(gè)冷熱源及冷卻塔的水流量恒定。

3.3.2 異程式水系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)流量平衡閥設(shè)置在每個(gè)定流量末端設(shè)備的進(jìn)口或者出口，通常與電動(dòng)三通閥一起使用，保證通過(guò)每個(gè)末端設(shè)備的水流量恒定。

由此可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)流量平衡閥使用方便，設(shè)置在定流量管路上，通常與電磁閥或電動(dòng)三通閥一起使用。它可以自動(dòng)保持系統(tǒng)的流量恒定，不必進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試。它不僅能夠消除系統(tǒng)的靜態(tài)水力失調(diào)，而且可以消除系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水力失調(diào)，幾乎適用于所有定流量系統(tǒng)。并且末端設(shè)備設(shè)置了動(dòng)態(tài)流量平衡閥以后，支路上不必再設(shè)置動(dòng)態(tài)流量平衡閥。

但是，自動(dòng)流量平衡閥不適用于變流量系統(tǒng)。原因是：如果自動(dòng)流量平衡閥設(shè)置在變流量系統(tǒng)的支路上，當(dāng)一些末端設(shè)備需要小流量時(shí)，自動(dòng)流量平衡閥在一定壓差范圍內(nèi)仍維持設(shè)定的流量；例如當(dāng)一些FCU自控閥門關(guān)閉時(shí)，由于支路總流量恒定，正在使用的FCU流量會(huì)增加，會(huì)引起FCU控制閥的頻繁啟閉，因此不應(yīng)采用。

3.4 動(dòng)態(tài)壓差平衡閥的選擇與應(yīng)用

動(dòng)態(tài)壓差平衡閥作用的對(duì)象是壓差，它可以在一定的流量范圍內(nèi)自動(dòng)保持壓差的恒定，

動(dòng)態(tài)壓差平衡閥一般與靜態(tài)平衡閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥配合使用，它可以安裝在任何一級(jí)管路的進(jìn)口或者出口，靜態(tài)平衡閥消除系統(tǒng)的靜態(tài)水力失調(diào)而壓差控制閥消除系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水力失調(diào)。動(dòng)態(tài)壓差平衡閥不應(yīng)重疊設(shè)置，即在使用了動(dòng)態(tài)壓差平衡閥的上端回路，不再需要設(shè)置任何平衡裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，在越來(lái)越多的暖通空調(diào)水系統(tǒng)中，普遍采用的平衡閥系列產(chǎn)品對(duì)水系統(tǒng)的流量分配起到了積極地作用，使管網(wǎng)的運(yùn)行得到了保證?？偨Y(jié)全文并結(jié)合多年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)三類平衡閥（靜態(tài)平衡閥、動(dòng)態(tài)流量平衡閥、動(dòng)態(tài)壓差平衡閥）的應(yīng)用得出如下結(jié)論：

4.1 靜態(tài)平衡閥可以應(yīng)用在各類管路系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)水力平衡初調(diào)試的有效手段，但是它僅能消除系統(tǒng)的靜態(tài)水力失調(diào)。

4.2 動(dòng)態(tài)流量平衡閥適用于定流量系統(tǒng)，不僅能夠消除系統(tǒng)的靜態(tài)水力失調(diào)，而且可以消除系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水力失調(diào)，但是不適用于變流量系統(tǒng)。

4.3 動(dòng)態(tài)壓差平衡閥宜與靜態(tài)平衡閥配合使用，用于消除系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水力失調(diào)，適用于變流量系統(tǒng)。

希望通過(guò)此文，能夠最大程度地幫助工作人員合理的設(shè)置平衡閥，使冷熱水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)節(jié)中實(shí)現(xiàn)和維持完善的水力平衡，以此最大限度地節(jié)約能源，又充分保證理想的采暖及空調(diào)品質(zhì)，保證舒適的生活環(huán)境。

空調(diào)水系統(tǒng)中的水力失調(diào)問(wèn)題是普遍存在的，為了消除水力失調(diào)問(wèn)題實(shí)現(xiàn)各空調(diào)區(qū)域供熱、制冷效果的均衡，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，應(yīng)針對(duì)不同的空調(diào)系統(tǒng)采用相應(yīng)的水力平衡技術(shù)措施。平衡裝置是隨著空調(diào)水系統(tǒng)的發(fā)展而逐漸出現(xiàn)的，空調(diào)系統(tǒng)中合理使用平衡裝置是提高空調(diào)系統(tǒng)舒適性和節(jié)約能耗的有效途徑。

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