空調水系統(tǒng)調節(jié)中平衡閥的使用

高凌峰

摘要：本文介紹了系統(tǒng)水力失調的原因及平衡閥在解決水力失調中的重大作用。介紹了幾種平衡閥的特點及其應用。重點介紹了定壓調節(jié)的幾種情況。強調了合理組合及配置平衡閥對空調水系統(tǒng)的平衡起到至關重要的作用。

關鍵詞：水力失調，水力平衡， 平衡閥 ，靜態(tài)平衡， 動態(tài)平衡

Abstract: this paper introduces the system of hydraulic disorders cause and balancing valve in solving the important role of hydraulic disorders. Introduces some characteristics and the application of balancing valves. Focusing on the constant pressure regulation of several ways. Emphasizes the reasonable combination and configuration balancing valve to the balance of the air conditioning water system play a crucial role.

Keywords: hydraulic disorders, hydraulic balance, balancing valve, static balance, the dynamic balance

中圖分類號：TS737 文獻標識碼：A文章編號：

一、水力失調

水力失調是由于水力失衡而引起運行工況失調的一種現象，是空調水系統(tǒng)中常出現的較為嚴重的問題，是造成系統(tǒng)運行效果差、能源嚴重浪費等問題的主要原因。引起水力失調的原因很多，有的可能是系統(tǒng)初調節(jié)不好或未進行初調節(jié)，有的可能是沒有安裝平衡器件或平衡器件安裝不正確。水力失調可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種類型：

（1）靜態(tài)水力失調靜態(tài)水力失調是水系統(tǒng)自身固有的，它是由于管路系統(tǒng)特性阻力系數的實際值偏離設計值而導致的。

（2）動態(tài)水力失調動態(tài)水力失調不是水系統(tǒng)自身固有的，是在系統(tǒng)運行過程中產生的。它是因某些末端設備的閥門開度改變，在導致流量變化的同時，管路系統(tǒng)壓力產生波動，從而引起互擾而使其它設備流量偏離設計值的一種現象。

1水力失調的危害

1.在空調水系統(tǒng)中存在水力失調現象，會使得流經終端用戶及機組的實際流量偏離設計流量，近端用戶流量過大。

2.為了緩解運行中水力失調，多數水泵選型偏大或水泵運行在不合適的工作點處，導致系統(tǒng)大流量小溫差運行。

3.各用戶處室溫不符合要求，不穩(wěn)定，靠近冷源處室溫較低，遠離冷源處室溫偏高。

4.使得冷源機組達不到額定出力，實際機組運行臺數和按照負荷要求的機組運行臺數大大不符。末端用戶室溫不能滿足要求時，企圖額外增加水泵和冷水機組開啟臺數的做法只能造成不平衡的加劇和能量的浪費。

5.由于系統(tǒng)中水力不平衡，末端得到冷量的時間延遲，那么制冷機組就要相對較早的開機以滿足末端用戶對冷量的需求。當末端用戶冷量不足時，很多人想到的方法就是增大水泵的流量，然而水泵的流量增大后近端用戶冷量剩余的現象更加嚴重。

二、水力平衡調節(jié)

工程中水力平衡的基本要求是：

在設計工況下所有末端設備必須能夠達到設計流量；

系統(tǒng)中任何一組末端設備進行調節(jié)時，不會影響其它末端設備的正常運行；

控制閥兩端的壓差不能有太大的變化；

二次環(huán)路的水流量必須兼容。

平衡閥的出現，為從根本上克服水力失調現象創(chuàng)造了條件。對于定流量水來說，系統(tǒng)靜態(tài)水力失調可以在管道上增設靜態(tài)平衡閥，通過平衡閥的調節(jié)使得用戶的實際流量與設計流量相等或者其比例接近設計比例，從而解決失調問題。對于變流量系統(tǒng)來說除了必須達到靜態(tài)平衡外，還必須較好的實現動態(tài)平衡，即在系統(tǒng)的各個末端設備的流量只隨設備負荷的變化而變化，而不受系統(tǒng)壓力波動的影響。這是一個相對復雜的過程，但可通過各種平衡裝置的選擇和組合來解決這個問題。

三、幾種平衡閥的使用

1、靜態(tài)平衡閥

前面已經提到靜態(tài)平衡閥可用于定流量系統(tǒng)水力平衡調節(jié)。在變流量系統(tǒng)中如果負荷變化不大，可起到調節(jié)作用。但當負荷變化很大時，就不適合了。在變流量系統(tǒng)中，靜態(tài)平衡閥可用于系統(tǒng)初步的調節(jié)，即在變水量裝置未使用前調節(jié)各支路間流量的分配。與壓差控制器配合使用，將是一個較為經濟和理想的組合。

靜態(tài)平衡閥的設置和安裝應注意以下幾點：

（1）靜態(tài)平衡閥應當分級設置，在總管、干管、支管、立管上都應設置，以便流量的調節(jié)和分配。

（2）各個分支管路上都應設置靜態(tài)平衡閥。

（3）靜態(tài)平衡閥安裝時，其前后應分別至少有5倍管道直徑及2倍管道直徑長的直管段。安裝在水泵出口的平衡閥，水泵和閥門之間應有10倍管道直徑長的直管段，以保證水流的順暢和均勻，避免湍流對流量測量精度的影響，減小水流對閥門的沖擊。

（4）靜態(tài)平衡閥宜安裝在回水管道上。

2、動態(tài)流量平衡閥

自動流量平衡閥可以用于定水量和變水量系統(tǒng)中末端需定水量的支路。對于變水量系統(tǒng)而言，當某一個支路負荷發(fā)生變化時，該支路流量的變化就會引起整個系統(tǒng)流量發(fā)生重新分配。而對于一些室內溫度滿足要求的支路，并不希望流量發(fā)生變化，此時僅僅設置靜態(tài)平衡閥并不能滿足要求，可以安裝自動流量平衡閥，保證該支路的流量不發(fā)生變化。在冷源近端安裝自動流量平衡閥可以避免近端支路出現超流現象，有助于解決水力失調問題。在機組或鍋爐出口安裝自動流量平衡閥，可以保證機組或鍋爐額定狀態(tài)運行。

相比于靜態(tài)平衡閥，自動流量平衡閥的優(yōu)點在于只需根據每個末端或分支路的設計流量，選擇相同流量的自動流量平衡閥就可以了，在運行過程中，可進行動態(tài)調節(jié)，使流量保持為設計值。

自動流量平衡閥的缺點在于它的定流量是在一定的壓差范圍之內，若系統(tǒng)壓差過大，自動流量平衡閥的調節(jié)將失效。

自動流量平衡閥的設置與安裝要求：

（1）自動流量平衡閥宜設置在末端裝置前，以保證末端用戶的流量，且不受其他末端用戶負荷變化的影響。但不能和比例積分的電動調節(jié)閥串聯(lián)安裝。

（2）在末端裝置設置了自動流量平衡閥的系統(tǒng)不宜在支路上再設置自動流量平衡閥。末端設置了自動流量平衡閥，其流量可以控制在設定范圍內，因此沒有必要在支路上再設置自動流量平衡閥。

（3）冷水機組或熱水鍋爐出口管路上宜設置自動流量平衡閥，保證冷水機組或熱水鍋爐額定狀態(tài)運行。

（4）自動流量平衡閥前后宜有一定的直管段，保證水流的順暢均勻。

（5）閥門壓力工作范圍，要大于最小啟動壓差。

3、壓差控制器

在變流量系統(tǒng)中，負荷變化一般會很大，回路或是末端上的壓差會以更大的幅度變化，這使得調節(jié)閥的工作范圍急劇變窄，回路間的互擾也較為嚴重。如果控制回路或末端壓差不變，使其流量只首溫度控制而改變。這就是壓差控制器的作用。

壓差控制閥可以把系統(tǒng)分成若干個相對獨立的區(qū)域，區(qū)域之間互不影響。在支路上安裝壓差控制閥，每個支路上的壓差穩(wěn)定下來，同時末端可以得到相應的壓差。因此，各個支路是相對獨立的，可獨立進行平衡，而與其他支路無關。在立管或支管上安裝壓差控制閥可以保證立管或支管的壓差穩(wěn)定在合適的范圍內。壓差控制器也可以用在調節(jié)閥兩端，控制調節(jié)閥的壓差，避免調節(jié)閥閥權度過小影響其調節(jié)能力。

壓差控制閥的設置與安裝應注意以下幾點：

(1)壓差控制閥應設置在立管或支管上，當對系統(tǒng)要求較高時，也可直接設置在末端裝置上。

(2)壓差控制閥宜安裝在系統(tǒng)的回水管上。

(3)壓差控制閥宜與靜態(tài)平衡閥配合使用。此時，靜態(tài)平衡閥設置在供水管上，壓差控制閥設置在回水管。

(4)安裝時注意壓差控制閥及其對應的靜態(tài)平衡閥應全開，便于下一步的調試工作。

4、壓差控制器的使用舉例

1．用于設備末端的定壓調節(jié)

圖1為以風機盤管為末端的壓差控制方式，電動兩通閥安裝在進水管，壓差控制器安裝在回水管上，通過毛細管的連接，保持電動兩通閥進出口壓差的恒定。這種方式調節(jié)精度較高，但設備初投資非常高且安裝麻煩。

圖2為以空調箱為末端的壓差控制方式，電動調節(jié)閥及壓差控制器安裝在空調箱的供水管上，壓差控制器的取壓點位于電動調節(jié)閥的進出口，保持電動調節(jié)閥進出口壓差的恒定在設定壓差。缺點同樣是設備初投資非常高且安裝麻煩。

上面兩種安裝方式，末端設備的定壓調節(jié)電動調節(jié)閥的流量只受由于負荷變化而導致的溫度溫度控制信號變化的影響，而不受由于其它末端設備流量調節(jié)而導致系統(tǒng)壓力波動的影響，系統(tǒng)實現動態(tài)平衡。

2．用于系統(tǒng)支路間的定壓調節(jié)

此種方式是兼顧精度和經濟性的調節(jié)方式，如圖3所示。電動兩通閥安裝在每個風機盤管的供水管，壓差控制器安裝在各層水平回水支管上，另一個取壓點接在供水支管上，通過定壓差作用保證各個支路的供回水管的壓差不變。

這種方式能夠屏蔽各支路間末端系統(tǒng)流量調節(jié)間的相互干擾。對于同一支路的末端設備，如果設備不多，則設備間流量調節(jié)的相互影響較?。蝗绻O備數量較多，則離壓差控制器較近的設備流量調節(jié)的互相干擾較小，反之離壓差控制器較遠的設備流量調節(jié)的互相干擾就較大，精度差。

3．用于系統(tǒng)立管間的定壓調節(jié)

如圖4所示：各立管的回水管安裝壓差控制器，另一個取壓點接在立管供水支管上，通過定壓差作用保證各個立管的供回水管的壓差不變。此安裝方式相比于上一種方式控制精度上差很多，因為各層間的相互干擾并不能屏蔽掉。但初投資要少很多，可用在層數不是很多的系統(tǒng)內。

5、動態(tài)壓差平衡電動調節(jié)閥（一體閥）

圖2介紹的情況初投資高且安裝麻煩。若采用一體閥距要好的多。它是具有動態(tài)平衡功能和電動調節(jié)功能一體的閥門。這種閥門一般能避免各并聯(lián)空調箱流量調節(jié)的相互干擾，同時其實際的流量調節(jié)特性與理想的流量調節(jié)特性一致，調節(jié)性能非好。由于這種閥所有功能集中在一個閥體內，因此同等性能下設備初投資較低，安裝調試簡單。

結論

綜上所述，平衡閥技術的運用為暖通空調水系統(tǒng)，特別是變流量系統(tǒng)實現動態(tài)水力平衡，更舒適、更經濟、更節(jié)能的運行提供了非常有效的途徑。但平衡閥具體在某個系統(tǒng)中的使用和組合，還要根據初投資和系統(tǒng)精度要求以及具體系統(tǒng)狀況提出合理的方案。

參考文獻

[1] 陸耀慶 實用供熱通風設計手冊第二版

[2]王曉松.暖通空調變流量水力系統(tǒng)的全面平衡[J].暖通空調.2005,35（7）：77～81

[3] 賀平、孫剛主編,供熱工程。北京:中國建筑工業(yè)出版社,1990年

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。