暖通空調(diào)系統(tǒng)水力平衡的探討

張 珂 姚月姣

中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

暖通空調(diào)系統(tǒng)水力平衡的探討

張 珂 姚月姣

中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

水力平衡對暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行非常重要，實(shí)際使用中應(yīng)盡量避免水力失調(diào)。本文闡述了暖通空調(diào)水系統(tǒng)產(chǎn)生水力失調(diào)的原因和解決辦法，介紹了應(yīng)用水力平衡閥對系統(tǒng)進(jìn)行水力平衡調(diào)節(jié)的分類和方法，旨在促進(jìn)暖通空調(diào)系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)水平的提高，確保暖通空調(diào)水系統(tǒng)流量合理分配。

暖通空調(diào)水系統(tǒng)；水力平衡；平衡調(diào)節(jié)

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人們生活水平的不斷提高，暖通空調(diào)成為人們生活中的一類重要設(shè)備，在四季中能為人們提供更加舒適的溫濕度。在暖通空調(diào)水系統(tǒng)中，水力平衡是確保流量在各個區(qū)域合理分配的關(guān)鍵，但是在暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際使用中，水力失衡卻也是一個常見的問題，不僅給人們的生活帶來極大的不便，而且容易造成電力資源浪費(fèi)及影響設(shè)備的使用壽命。因此，暖通空調(diào)系統(tǒng)水力失衡是人們非常重視的一個問題。

2 水力平衡概述

對于建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)，如果在運(yùn)行過程中，因?yàn)槟骋换虿糠钟脩舻闹评浠蛑茻嵝枨蟮母淖兌瓜到y(tǒng)網(wǎng)路的流量分配與各熱用戶所要求的流量偏離，造成各用戶的供冷供熱量不符合要求，這種現(xiàn)象就是的水力失調(diào)。相對而言，水力平衡就是說在暖通空調(diào)制冷或制熱過程中，系統(tǒng)內(nèi)任何一個用戶制冷制熱需求的改變都不會給系統(tǒng)中其他的用戶制冷制熱帶來影響，即系統(tǒng)水力穩(wěn)定性強(qiáng)。在空調(diào)行業(yè)中，通常運(yùn)用水力穩(wěn)定系數(shù)來衡量暖通空調(diào)水力平衡的程度，水力穩(wěn)定系數(shù)用y來表示。y值是暖通系統(tǒng)中熱用戶的規(guī)定流量與工況變化后可能達(dá)到的最大流量的比值，y值越大，就說明設(shè)計(jì)越成功，y值過小，用戶的制冷制熱要求就難以得到保證。但是，雖然說r值越大越好，但是過大的話容易造成投資方資金浪費(fèi)現(xiàn)象，因此，r值是不能無限制過大的。r值為1時，水穩(wěn)定處于最佳狀態(tài)，水力最平衡，其他數(shù)值則表示水力失調(diào)。

3 水力失調(diào)和水力平衡的分類

3.1 靜態(tài)水力失調(diào)和靜態(tài)水力平衡

靜態(tài)水力失調(diào)是一種暖通空調(diào)系統(tǒng)自帶的、穩(wěn)態(tài)的、根本性的失調(diào)現(xiàn)象，這種水力失調(diào)情況的出現(xiàn)主要是由于系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)偏離設(shè)計(jì)要求管道特性阻力數(shù)而造成的，而系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比是受到設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備材料等多因素影響的。靜態(tài)水力失調(diào)是暖通空調(diào)系統(tǒng)中水力失調(diào)的重要原因，這種情況下，暖通空調(diào)系統(tǒng)中用戶的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求的流量很難實(shí)現(xiàn)一致。目前，針對靜態(tài)水力失調(diào)現(xiàn)象，通常采用在管道系統(tǒng)中增設(shè)平衡設(shè)備(水力平衡閥)的方法來解決，水力平衡閥可以有效調(diào)節(jié)管道系統(tǒng)特性阻力數(shù)比值，使其與設(shè)計(jì)要求管道特性阻力數(shù)比值一致，這種情況下，如果系統(tǒng)總流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量，各末端設(shè)備流量均同時達(dá)到設(shè)計(jì)流量，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。

3.2 動態(tài)水力失調(diào)和動態(tài)水力平衡

暖通空調(diào)系統(tǒng)中各用戶的流量隨著某一或某些用戶閥門開度的調(diào)節(jié)而發(fā)生改變，使實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量不一致，這種動態(tài)的、變化的水力失調(diào)狀態(tài)叫做動態(tài)水力失調(diào)，它是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的。動態(tài)水力失調(diào)同樣可以通過水力平衡設(shè)備（流量調(diào)節(jié)器或壓差調(diào)節(jié)器）的屏蔽作用來避免，平衡設(shè)備安裝在管道系統(tǒng)中，通過其調(diào)節(jié)作用用戶的流量不會受到其他用戶閥門開度變化的影響，而保持實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量的一致，也就實(shí)現(xiàn)了動態(tài)水力平衡。

4 水力失調(diào)原因及影響分析

從以上分類分析可知，水力失調(diào)分靜態(tài)水力失調(diào)和動態(tài)水力失調(diào)兩種，暖通空調(diào)系統(tǒng)水力不平衡是水力失調(diào)產(chǎn)生的主要原因，水力的不平衡會對系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來很大影響。1）由于水力失調(diào)，系統(tǒng)中出現(xiàn)用戶流量不合理分配現(xiàn)象，對環(huán)路流量的獲取造成影響，無法正常運(yùn)行；2）在滿負(fù)荷情況下，由于冷熱源與輸配管路流量不匹配，使得水系統(tǒng)處于大流量、小溫差運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)供熱溫度達(dá)不到預(yù)期值或供冷溫度高度預(yù)期值現(xiàn)象；3）降低能量輸配效能，水力失調(diào)情況下，水泵往往選型偏大，且運(yùn)行工作點(diǎn)偏離高效區(qū)，難以發(fā)揮整體節(jié)能運(yùn)行調(diào)控作用；4）系統(tǒng)在大流量小溫差工況下運(yùn)行，冷熱源出力難以達(dá)到額定值，運(yùn)行機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行；5）由于水量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)中的自動控制無法正常運(yùn)作，導(dǎo)致溫控效果差；6）電機(jī)在調(diào)節(jié)閥等相互影響下頻發(fā)動作，縮短實(shí)用壽命?？傊?，水力失調(diào)給暖通空調(diào)系統(tǒng)的整體運(yùn)作帶來不良影響。

5 暖通空調(diào)系統(tǒng)水力調(diào)節(jié)現(xiàn)狀

為確保暖通空調(diào)系統(tǒng)高效能運(yùn)轉(zhuǎn)，必須高度重視水力調(diào)節(jié)工作。解決水力失調(diào)問題的根本在于系統(tǒng)流量分配不均情況的解決，目前，最常用的措施就是閥門調(diào)節(jié)方法，通過調(diào)節(jié)作用確保系統(tǒng)流量分配的均勻性。在實(shí)際應(yīng)用中，球閥及截止閥是暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)流量分配調(diào)節(jié)的常用調(diào)節(jié)裝置。閥門雖然能夠具有一定的調(diào)節(jié)作用，但是卻不能從根本上解決水力失調(diào)問題，同時這種方法在應(yīng)用上也存在著一些不足及弊端，比如應(yīng)用后不利于流量的有效測量，調(diào)節(jié)方法也存在很大的不確定性等等。那么，為了有效彌補(bǔ)閥門調(diào)節(jié)方法的不足，現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)人員為加強(qiáng)水系統(tǒng)流量分配的均勻性，往往采用在關(guān)鍵位置設(shè)置水力平衡閥的措施。實(shí)踐證明，水力平衡閥在水力調(diào)節(jié)性能方面還是比較突出的，它不僅具有很好的水力平衡調(diào)節(jié)作用，而且可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量的實(shí)時檢測，因此，是一種比較值得推廣應(yīng)用的方法。

6 暖通空調(diào)系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)

6.1 定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)

6.1.1定流量系統(tǒng)水力平衡分析

定流量系統(tǒng)指的是通過三通閥來對進(jìn)入末端設(shè)備的熱水流量進(jìn)行控制的一種水力系統(tǒng)，如果供熱負(fù)荷減小，則閥門則會對部分流量進(jìn)行旁通，以維持系統(tǒng)總流量恒定。主要包括以下幾種：1)完全定流量系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要指的是在系統(tǒng)內(nèi)不存在動態(tài)閥門，并且在初步調(diào)試系統(tǒng)后，不需要對閥門開度進(jìn)行變更，且系統(tǒng)中各處流量都維持恒定。該系統(tǒng)往往適用于末端設(shè)備無須通過流量來進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。2)末端設(shè)備帶三通調(diào)節(jié)閥的空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)各分支環(huán)路的流量基本不變，系統(tǒng)中主要存在靜態(tài)水力失調(diào)，在相應(yīng)部位加設(shè)平衡調(diào)節(jié)閥即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡。

6.1 .2變流量系統(tǒng)水力平衡分析

變流量系統(tǒng)中同時存在靜態(tài)水力失調(diào)和動態(tài)水力失調(diào)。靜態(tài)水力平衡的實(shí)現(xiàn)，通過在相應(yīng)部位安裝靜態(tài)水力平衡設(shè)備，使系統(tǒng)達(dá)到靜態(tài)水力平衡。例如在旁通回路上加裝平衡閥，通過調(diào)節(jié)使得旁通管路的總阻力數(shù)等于末端設(shè)備的總阻力數(shù)。動態(tài)水力平衡的實(shí)現(xiàn)，通過在末端管路上安裝動態(tài)水力平衡設(shè)備，使系統(tǒng)達(dá)到動態(tài)水力平衡。

6.2 系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)

目前，根據(jù)暖通空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)的作用和應(yīng)用范圍，對系統(tǒng)進(jìn)行劃分，常用的水力平衡調(diào)節(jié)有以下幾種：

6.2.1單個水力平衡閥的調(diào)節(jié)

實(shí)際應(yīng)用中，單個水力平衡閥的調(diào)節(jié)是非常容易操作的，首先，將其與專用的流量測量儀表進(jìn)行連接，并在儀表中輸入相應(yīng)的閥門口徑及設(shè)計(jì)流量，然后根據(jù)儀表所顯示的開度數(shù)值，通過水力平衡閥手輪將測量流量旋轉(zhuǎn)至與設(shè)計(jì)流量一直即可完成調(diào)節(jié)。

6.2.2已有精確計(jì)算的水力平衡閥調(diào)節(jié)

對于已有精確計(jì)算的水力平衡閥的調(diào)節(jié)，由于已知系統(tǒng)中每個水力平衡閥流量及分擔(dān)的設(shè)計(jì)壓降，因此，調(diào)節(jié)包括以下幾個步驟：查出水力平衡閥設(shè)計(jì)壓降——查出或計(jì)算出水力平衡閥設(shè)計(jì)流量——根據(jù)調(diào)節(jié)閥的流通能力計(jì)算出其對應(yīng)設(shè)計(jì)開度——將水力平衡閥開度旋轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)開度——完成。

6.2.3一般系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)

（1）將系統(tǒng)中的截止閥及平衡閥全部調(diào)至全開位置，并將其它動態(tài)閥門調(diào)至最大位置；

（2）對水力平衡閥進(jìn)行分組及編號，一般按一級并聯(lián)閥組、二級并聯(lián)閥組、系統(tǒng)主閥順序進(jìn)行；

（3）對水力平衡閥的實(shí)際流量進(jìn)行測量，并計(jì)算出流量比，同時，將并聯(lián)閥組內(nèi)的流量比進(jìn)行分析，然后進(jìn)行合理調(diào)節(jié)；

（4）按照步驟（3）對一級并聯(lián)閥組分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，使各一級并聯(lián)閥組內(nèi)的水力平衡閥的流量比一致；

（5）對二級并聯(lián)閥組內(nèi)的水力平衡閥的實(shí)際流量進(jìn)行測量，計(jì)算流量比；

（6）調(diào)節(jié)系統(tǒng)主閥，使主閥實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量一致。

7 結(jié)語

通過以上論述淺析了水力平衡的目的和實(shí)現(xiàn)方法，并對實(shí)際項(xiàng)目中如何調(diào)試進(jìn)行了闡述，可以得出結(jié)論，在暖通空調(diào)水系統(tǒng)中，合理的安裝水力平衡閥以及采用正確的方法進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，可以在最大程度上使系統(tǒng)接近或達(dá)到水力平衡，確保系統(tǒng)正常、高效地運(yùn)行。

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