淺議暖通空調(diào)水力平衡

鄭久存

摘 要：近年來，許多高檔的寫字樓、酒店等公共建筑都安裝了昂貴的中央空調(diào)系統(tǒng)，但在系統(tǒng)實際運行過程中，由于系統(tǒng)水力失調(diào)，引起區(qū)域間冷熱不均、控制失靈、能耗居高不下等現(xiàn)象，本文通過考慮合理地安裝水力平衡閥，實現(xiàn)暖通系統(tǒng)水力平衡，以求達到暖通系統(tǒng)的舒適與節(jié)能。

關(guān)鍵詞：水力平衡以及失調(diào)；平衡方式；特性；系統(tǒng)水力平衡

一、關(guān)于水力的平衡及失調(diào)

1.網(wǎng)路中各個熱用戶在其它熱用戶流量改變時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來表示，這我們稱水力平衡。

2.水力失調(diào)就是在熱水供熱系統(tǒng)以及空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中各熱（冷）用戶的實際流量與設(shè)計要求流量之間的不一致性。暖通空調(diào)系統(tǒng)水力失調(diào)分為靜態(tài)水力失調(diào)和動態(tài)水力失調(diào)。由于設(shè)計、施工、設(shè)備材料等原因?qū)е碌脑谠O(shè)計工況下，通過每個末端實際流量比值與設(shè)計要求流量比值不一致，從而使系統(tǒng)各用戶的實際流量與設(shè)計要求流量不一致，引起系統(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)是靜態(tài)、根本的、系統(tǒng)本身固有。 系統(tǒng)運行過程中，由于一些末端設(shè)備調(diào)節(jié)閥門開度變化引起水流量改變時，從而引起系統(tǒng)壓差改變，使其它末端設(shè)備的流量也隨之發(fā)生改變，偏離設(shè)計要求流量，從而導(dǎo)致的水力失調(diào)，叫做動態(tài)水力失調(diào)。動態(tài)水力失調(diào)是動態(tài)的、變化的、是在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的。

二、水力平衡的必要性

由于水力失調(diào)導(dǎo)致系統(tǒng)流量分配不合理，某些區(qū)域流量過剩，某些區(qū)域流量不足，造成不同區(qū)域冷熱不均的情況。系統(tǒng)輸送冷、熱量不合理，從而引起能量的浪費，或者為解決這個問題，設(shè)計人員一味提高水泵揚程，進而產(chǎn)生熱（冷）不均及更大的電能浪費。因此，必須采用相應(yīng)的水力調(diào)節(jié)閥門對系統(tǒng)流量分配進行調(diào)節(jié)。 雖然某些通用閥門如截止閥、球閥等也具有一定的調(diào)節(jié)能力，但由于其調(diào)節(jié)性能不好以及無法對調(diào)節(jié)后的流量進行測量，因此這種調(diào)節(jié)只能說是定性的和不準確的，常常給工程安裝完畢后的調(diào)試工作和運行管理帶來極大的不便。因此近些年來，在越來越多的暖通空調(diào)工程水系統(tǒng)的關(guān)鍵部位（如集水器、末端機組），均大量地選用水力平衡閥來對系統(tǒng)的流量分配進行調(diào)節(jié)，以達到水力平衡，實現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、舒適。

三、關(guān)于定流量與變流量系統(tǒng)

定流量系統(tǒng)是指系統(tǒng)不含任何調(diào)節(jié)閥門，系統(tǒng)在初調(diào)試完成后閥門開度無須做任何改變，系統(tǒng)各處流量始終保持恒定。定流量系統(tǒng)主要適用于末端設(shè)備無須通過流量來進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，如采用變風(fēng)量來調(diào)節(jié)的風(fēng)機盤管和空調(diào)機組等。定流量系統(tǒng)一般只存在靜態(tài)水力失調(diào)，基本不存在動態(tài)水力失調(diào)，因此只需在相關(guān)部位安裝靜態(tài)水力平衡設(shè)備即可。工程上通常在系統(tǒng)機房集水器以及一些主要分支回水管上安裝靜態(tài)水力平衡閥。

變流量系統(tǒng)是指系統(tǒng)在運行過程中各分支環(huán)路的流量隨外界負荷的變化而變化。由于暖通空調(diào)工程在一年的大部分時間均處于部分負荷運行工況，變流量系統(tǒng)大部分時間管道流量都低于設(shè)計流量，因此這種系統(tǒng)是高效節(jié)能的。變流量系統(tǒng)一般既存在靜態(tài)水力失調(diào)，也存在動態(tài)水力失調(diào)，因此必須采取相應(yīng)的水力平衡措施來實現(xiàn)系統(tǒng)的全面平衡。

四、變流量系統(tǒng)動態(tài)水力平衡方式

暖通空調(diào)機房主要有以下三種變流量動態(tài)水力平衡方式：

1）.自力式壓差調(diào)節(jié)器方式：，在分集水器旁通管上設(shè)壓差調(diào)節(jié)器PV調(diào)節(jié)分集水器壓差，當(dāng)某一分支環(huán)路如V1-J1流量變化時，由于壓差調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使分集水器壓差△P保持不變。這樣，其余分支環(huán)路V2-J2、V3-J3的流量并不隨之發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

2）.電動調(diào)節(jié)閥方式： 電動調(diào)節(jié)閥方式可以分為電動二通閥和電動三通合（分）流調(diào)節(jié)閥方式三種，以電動二通閥方式為例：從分集水器上采集壓力信號P1、P2輸入壓差變送器，壓差變送器輸出4-20mA標準電流信號到調(diào)節(jié)計（或DDC），通過與調(diào)節(jié)計上設(shè)定壓差相比較，輸出4-20mA控制信號到電動調(diào)節(jié)閥控制其動作，通過調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥改變旁通水量從而保證分集水器壓差△P恒定到設(shè)計壓差，這時分集水器上任一分支回路流量變化時對其它回路不產(chǎn)生影響，系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

3）.調(diào)頻水泵方式：從分集水器上采集壓力信號P1、P2輸入到壓差變送器，壓差變送器輸出4-20mA標準電流信號到調(diào)節(jié)計（或DDC），與調(diào)節(jié)計設(shè)定壓差比較后輸出4-20mA控制信號到調(diào)頻器，通過調(diào)頻器輸出已調(diào)頻的電壓信號到水泵，控制水泵轉(zhuǎn)速改變水流量，從而保證分集水器壓差與設(shè)定壓差保持一致，使系統(tǒng)達到動態(tài)水力平衡。

五、水力平衡閥的兩個特性

1.流量實時可測性。通過專用的流量測量儀表可以在現(xiàn)場對流過水力平衡閥的流量進行實測。

2.具有良好的調(diào)節(jié)特性。一般質(zhì)量較好的水力平衡閥都具有直線流量特性，即在閥二端壓差不變時，其流量與開度成線性關(guān)系。

六、系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)

系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)水系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)的實質(zhì)就是將系統(tǒng)中所有水力平衡閥的測量流量同時調(diào)至設(shè)計流量。

1.單個水力平衡閥調(diào)節(jié)單個水力平衡閥的調(diào)節(jié)是簡單的，只需連接專用的流量測量儀表，將閥門口徑及設(shè)計流量輸入儀表，根據(jù)儀表顯示的開度值，旋轉(zhuǎn)水力平衡閥手輪，直至測量流量等于設(shè)計流量即可。

2.一般系統(tǒng)水力平衡閥的聯(lián)調(diào)對于目前絕大部分的暖通空調(diào)水系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，應(yīng)使所有的水力平衡閥同時達到設(shè)計流量。

3.已有精確計算的水力平衡閥的調(diào)節(jié)，對于某些水系統(tǒng)，在設(shè)計時已對系統(tǒng)進行了精確的水力平衡計算，系統(tǒng)中每個水力平衡閥的流量和所分擔(dān)的設(shè)計壓降是已知的。這時水力平衡閥的調(diào)節(jié)步驟如下：①.在設(shè)計資料中查出水力平衡閥的設(shè)計壓降；②.根據(jù)設(shè)計圖紙，查出（或計算出）水力平衡閥的設(shè)計流量；③.根據(jù)設(shè)計壓降和設(shè)計流量以及閥口徑，查水力平衡閥壓損列線圖，找出這時水力平衡閥所對應(yīng)的設(shè)計開度；④旋轉(zhuǎn)水力平衡閥手輪，將其開度旋至設(shè)計開度即可。

4.系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)的分析

1）.并聯(lián)水系統(tǒng)流量分配的特點：并聯(lián)系統(tǒng)各個水力平衡閥的流量與其流量系數(shù)KV值成正比，如調(diào)節(jié)閥V1、V2、V3組成的并聯(lián)系統(tǒng)，則QV1：QV2：QV3=KV1：KV2：KV3（Q為流量，KV為流量系數(shù)）。當(dāng)調(diào)節(jié)閥V1、V2、V3調(diào)定后，KV1、KV2、KV3保持不變，則調(diào)節(jié)閥V1、V2、V3的流量QV1、QV2、QV3的比值保持不變。

2）.串聯(lián)水系統(tǒng)流量分配的特點：串聯(lián)系統(tǒng)中各個平衡閥的流量是相同的，調(diào)節(jié)閥G1和調(diào)節(jié)閥V1、V2、V3組成一串聯(lián)系統(tǒng)，則QG1=QV1+QV2+QV3；串并聯(lián)組合系統(tǒng)流量分配的特點：是一個串并聯(lián)組合系統(tǒng)。其中平衡閥V1、V2、V3組成一并聯(lián)系統(tǒng)，平衡閥V1、V2、V3又與平衡閥G1組成一串聯(lián)系統(tǒng)。

3）水力平衡聯(lián)調(diào)的步驟

①將系統(tǒng)中的斷流閥和水力平衡閥全部調(diào)至全開位置，對于其它的動態(tài)閥門也將其調(diào)至最大位置，例如，對于散熱器溫控閥必須將溫控頭卸下或?qū)⑵湓O(shè)定為最大開度位置。

②對水力平衡閥進行分組及編號：按一級并聯(lián)閥組1～6、二級并聯(lián)〈閥組I、系統(tǒng)主閥G順序進行。

③測量水力平衡閥V1～V18的實際流量Q實，并計算出流量比q=Q實/Q設(shè)計。

④對每一個并聯(lián)閥組內(nèi)的水力平衡閥的流量比進行分析，例如，對一級并聯(lián)閥組1的水力平衡閥V1～V3的流量比進行分析，假設(shè)﹤q3，則取水力平衡閥V1為基準閥，先調(diào)節(jié)V2，使q1=q2，再調(diào)節(jié)V3，使q1=q3，則q1=q2=q3；

⑤按步驟④對一級并聯(lián)閥組2～6分別進行調(diào)節(jié)，從而使各一級并聯(lián)閥組內(nèi)的水力平衡閥的流量比均相等；

⑥測量二級并聯(lián)閥組I內(nèi)水力平衡閥G1～G6的實際流量，并計算出流量比Q1-Q6；

⑦調(diào)節(jié)系統(tǒng)主閥G，使G的實際流量等于設(shè)計流量。

總結(jié)

在建筑物暖通空調(diào)水系統(tǒng)中，水力失調(diào)是最常見的問題。由于水力失調(diào)導(dǎo)致系統(tǒng)流量分配不合理，某些區(qū)域流量過剩，某些區(qū)域流量不足，造成某些區(qū)域冬天不熱、夏天不冷的情況，系統(tǒng)輸送冷、熱量不合理，從而引起能量的浪費。因此，必須采用相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥門對系統(tǒng)流量分配進行調(diào)節(jié)。