試論空調(diào)系統(tǒng)水力負(fù)荷變化特性與水力平衡閥的使用

張長宏++周建東

[摘 ?要]通過對暖通空調(diào)水系統(tǒng)流量變化特性與空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備負(fù)荷變化規(guī)律的分析，探討了安裝水力平衡閥后水系統(tǒng)流量變化與負(fù)荷變化趨勢的協(xié)調(diào)一致性，以及采用水力平衡閥調(diào)節(jié)水系統(tǒng)流量變化與負(fù)荷變化趨勢的優(yōu)勢和局限性。

[關(guān)鍵詞]空調(diào)系統(tǒng) ?水力平衡閥 ?使用

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）23-0361-01

1.暖通空調(diào)水系統(tǒng)流量變化趨勢分析

對于靜態(tài)的暖通空調(diào)水管路系統(tǒng)（不含動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)元件），包括串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)二大類。

1.1 串聯(lián)水系統(tǒng)流量特性分析

串聯(lián)管道系統(tǒng)中各個(gè)部件的流量是一致的，即：

Q1：Q2=Q3=Q4…Qn=Q0

（Q1…Qn系統(tǒng)中第1到n個(gè)支路的流量，Q0：系統(tǒng)中各個(gè)支路的總流量）

1.2 并聯(lián)水系統(tǒng)流量特性分析

并聯(lián)管道系統(tǒng)中各個(gè)部件的流量與相應(yīng)的管道特性阻力數(shù)開根號(hào)的倒數(shù)成正比，即：

Q1：Q2…：Qn=1/（Sp1）051/（Sp2）05：…1/（Spn）05

Q0=Q1+Q2+Q3+：…Qn

（Q1…Qn：系統(tǒng)中第1到n個(gè)支路的流量，Q0：系統(tǒng)中各個(gè)支路的總流量，Sp1…Spn，：系統(tǒng)中第1到n個(gè)支路的管道特性阻力數(shù)）

1.3 串并聯(lián)組合水系統(tǒng)流量變化趨勢分析

絕大多數(shù)的管道系統(tǒng)均為串并聯(lián)組合系統(tǒng)，對于任何串并聯(lián)復(fù)合系統(tǒng)，均可按電路模擬法將其簡化為并聯(lián)系統(tǒng)：

簡化水系統(tǒng)管道采用如下公式：

1）串聯(lián)水系統(tǒng)

Sp=Sp1+Sp2+Sp3…+Spn：串聯(lián)系統(tǒng)總的管道特性阻力數(shù)。

Sp1…Spn：系統(tǒng)第1到n個(gè)串聯(lián)部件的管道特性阻力數(shù)。

2）并聯(lián)水系統(tǒng)：

1/（Sp）05二1/（Sp1）051/（Sp2）05…+1（Spn）05

將水系統(tǒng)簡化成簡單的并聯(lián)系統(tǒng)后，按管道特性阻力數(shù)對流量進(jìn)行分配，然后逐級(jí)按同樣方式對各支路計(jì)算系統(tǒng)流量。

綜上所述：

1）串并聯(lián)組合系統(tǒng)各分支路的管道特性阻力數(shù)，不變時(shí)，網(wǎng)路的總流量在各分支管段中的流量分配比例不變.管道總流量增加或減少多少倍，各分支管道上的流量也相應(yīng)蛇增二或減少多少倍：對于不含任何動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)元件的空調(diào)水系統(tǒng).均可視為串并聯(lián)組合系統(tǒng)，其各個(gè)環(huán)路的管道特性阻力數(shù)S，為定值，因此在這些系統(tǒng)中，當(dāng)管路的總流量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)各個(gè)分支環(huán)路的流量等比例的發(fā)生變化，并且流量分配比值保持不變。

2）在串并聯(lián)組合系統(tǒng)中，當(dāng)某一個(gè)管段的管道，：正阻力數(shù)發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)路的總管道特性阻力數(shù)也會(huì)隨之變化，總流量在冬管段中的分配比例也隨之發(fā)生變化。因此對于空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)在管路系統(tǒng)初調(diào)試時(shí)本各個(gè)支路的管道特性阻力數(shù)比值調(diào)至一個(gè)合適的比例，并且在運(yùn)行的過程中保持不變，以保證空調(diào)水系統(tǒng)流量的合理分配。

2.暖通空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備負(fù)荷變化趨勢分析

影響暖通空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備負(fù)荷變化的因素有以下幾種：

1）大氣環(huán)境溫度變化的影響

大氣環(huán)境溫度變化是影響空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備負(fù)責(zé)的三要因素。

由大氣環(huán)境溫度變化引起的末端設(shè)備負(fù)荷由以下公式計(jì)算：

Q大=A×K×△t

Q大：由大氣環(huán)境溫度變化引起的末端設(shè)備負(fù)荷;

A：傳熱面積;k：傳熱系數(shù);△t：室內(nèi)外溫差。

由上式可見，大氣環(huán)境溫度引起的末端設(shè)備負(fù)荷與傳熱、傳熱系數(shù)、室內(nèi)外溫差成正比。對于處于穩(wěn)態(tài)過程的空調(diào)系統(tǒng).三于在某一時(shí)刻的室內(nèi)外溫差對所有的空調(diào)區(qū)域都是相同的，因此由大氣環(huán)境溫度變化而引起的各個(gè)末端設(shè)備負(fù)荷比值僅與各自的傳熱面積的傳熱系數(shù)有關(guān)，而與室內(nèi)外溫差無關(guān)，即：

Q大1：Q大2：…Q大n=A1K1：A2K2：Ankn

也就是說，不管大氣環(huán)境溫度如何變化，各個(gè)末端設(shè)備的負(fù)荷比值保持不變。這是大氣環(huán)境量度對末端設(shè)備負(fù)荷變化影響的重要特性，也是供暖制冷系統(tǒng)中通過謂質(zhì)法和謂量法調(diào)節(jié)供熱制冷量以滿足空調(diào)區(qū)域舒適度要求的主要依據(jù)。

2）建筑物內(nèi)冷熱源變化的影響

空調(diào)區(qū)域人員的發(fā)熱量、電器設(shè)備的散熱量、食物的散熱量等都會(huì)對末端設(shè)備負(fù)荷產(chǎn)生影響，面且這些影響會(huì)隨著時(shí)間、區(qū)域的不同有很大的差異，比如餐館在中午時(shí)這種影響就非常大，反之對于賓館客房這種影響就非常小。所以對于不同E域的末端設(shè)備，冷熱源在不同的時(shí)間對于負(fù)荷的影響差異很大。

3）人為因素的影響

由于人開關(guān)門、窗戶等因素也會(huì)造成末端設(shè)備負(fù)荷的增加，從而造成能量的流失。人為因素對不同末墻負(fù)荷變化影響的差異也很大，且是隨機(jī)的。

4）內(nèi)墻傳熱的影響

對于室內(nèi)的有些內(nèi)墻，如隔壁為過道和樓梯間的，還存在著內(nèi)墻傳熱問題。這些傳熱損耗也會(huì)對末端設(shè)備的負(fù)荷產(chǎn)生影響。

綜上所述，空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備的負(fù)荷由以下部分組成：

Q總=Q大+Q內(nèi)源+Q人+Q內(nèi)墻

Q總末端設(shè)備總負(fù)荷;Q大大氣環(huán)境溫度引起的末端負(fù)荷;Q人：人為因素引起的末端負(fù)荷;Q內(nèi)墻：內(nèi)墻傳熱引起的負(fù)荷）

在不同的空調(diào)區(qū)域以上四種因素在總的末端設(shè)備負(fù)荷中所占的比例不同。一般情況下，對于大部分的空調(diào)區(qū)域，由大氣環(huán)境溫度差異所引起的末端設(shè)備負(fù)荷在總負(fù)荷中占絕大部分比例。

因?yàn)橛纱髿猸h(huán)境溫度變化引起的各個(gè)末端設(shè)備之間負(fù)荷的比值是恒定的，不隨室內(nèi)外溫差的變化而變化，而大氣環(huán)境溫度引起的負(fù)荷在末端設(shè)備總負(fù)荷中占很大的比例，因此在大部分空調(diào)區(qū)域（飯店、桑拿房和浴室除外），可以近似地認(rèn)為各個(gè)末端設(shè)備之間所需負(fù)荷的比值是恒定的，也就是各個(gè)末端設(shè)備所需冷（熱）水量是近似等比例變化的。

3.水力平衡閥調(diào)節(jié)水系統(tǒng)流量變化與負(fù)荷變化趨勢的協(xié)調(diào)一致性

如上所述，對于靜態(tài)的暖通空調(diào)水系統(tǒng)，各個(gè)分支環(huán)路的流量是隨著總流量變化而等比例的增加或減少的，也就是各個(gè)環(huán)路的流量比值是恒定的;而由于在大部分空調(diào)區(qū)域，各個(gè)末端設(shè)備負(fù)荷變化也是近似等比例的，也就是末端設(shè)備所需要的流量比值是近似恒定的。

一般情況下，這兩種比例關(guān)系是不相同的，這就導(dǎo)致靜態(tài)水力失調(diào)。

3.1 靜態(tài)水力失調(diào)和靜態(tài)水力平衡

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)比與設(shè)計(jì)要求管道特性阻力數(shù)比值不一致，從而使各個(gè)末端設(shè)備的實(shí)際泣量比值與設(shè)計(jì)要求流量比值不一致，引起水系統(tǒng)的水力失調(diào)，叫做靜態(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)首我國暖通空調(diào)水系統(tǒng)中水力失調(diào)的主要因素。

通過在管路系統(tǒng)中安裝水力平衡閥，并在系統(tǒng)的初謂試時(shí)按墾—定的步驟進(jìn)行調(diào)節(jié)，使各個(gè)環(huán)路的流量分配比值與末端設(shè)備所需的流量比值相同，從而實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。

實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)水力平衡的系統(tǒng)，由于管道系統(tǒng)的流量分配比例與各個(gè)末端設(shè)備負(fù)荷的比例基本一致，因此當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化引起各個(gè)末端設(shè)備所需負(fù)荷近似等比例變化時(shí)，只需

調(diào)節(jié)空調(diào)水系統(tǒng)總流量（調(diào)量法），就可使各個(gè)末端設(shè)備流量同時(shí)等比例變化，從而使各個(gè)末端設(shè)備同時(shí)滿足負(fù)荷變化要求。這種方法是代價(jià)低廉而效率很高的。

3.2 水力平衡閥調(diào)節(jié)水系統(tǒng)流量變化與負(fù)荷變化趨勢的優(yōu)勢和局限性

通過水力平衡閥調(diào)節(jié)水系統(tǒng)流量變化與負(fù)荷變化趨勢的協(xié)調(diào)一致性，可以使系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)末端設(shè)備負(fù)荷的變化很方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，極大地簡化了變流量系統(tǒng)調(diào)節(jié)的復(fù)雜性。

但是這種調(diào)節(jié)方式僅僅適用于對調(diào)節(jié)精度要求不高、大氣環(huán)境溫度引起的末端設(shè)備負(fù)荷在總負(fù)荷中占較大比例的空調(diào)系統(tǒng)。

對空調(diào)精度要求較高、或者大氣環(huán)境溫度引起的末端設(shè)備負(fù)荷在總負(fù)荷中比例較小的系統(tǒng)，可以采用二步調(diào)節(jié)法，即把靜態(tài)平衡閥作為系統(tǒng)初調(diào)節(jié)的一種方式，通過它的平衡作用消弱系統(tǒng)水力失調(diào)的程度，然后在相關(guān)的部位或者末端設(shè)備處安裝各種動(dòng)態(tài)或電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的精調(diào)。

4.結(jié)論

暖通空調(diào)工程中水力平衡閥的使用，為調(diào)節(jié)各個(gè)分支管道系統(tǒng)的流量比值與末端設(shè)備所需流量比值的一致性，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)表態(tài)水力平衡提供了一種有效的途徑。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)工程投資和系統(tǒng)的精度要求合理地選用水力平衡設(shè)備，既要滿足工程設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)范要求，同時(shí)又應(yīng)采用合理的方案，為甲方節(jié)約資金。