暖通空调水系统水力平衡调节探究

摘要：本文通过对水力推敲的原因及影响，静态、动态水力平衡阀以及水力平衡阀的调节方法的分析，对暖通空调水系统水力平衡调节进行了简要的探讨。

关键词：暖通空调 水系统 水力平衡 调节

中图分类号：TB494 文献标识码：A

空调、采暖水系统中，由于水力失调导致流量分配不合理，区域流量过剩和区域流量不足，造成了某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起了能源的浪费。解决这个问题，如果单纯地提高水泵的扬程，就会产生冷热不均及更大的能源浪费。因此必须采用相应的调节阀门对系统的流量分配进行控制和调整。

1 水力失调的原因及影响

1.1 产生水力失调的原因

管网水力失调的原因是多方面的，归纳起来主要有两种：（1）管网中流体流动的动力源（一般泵、重力差等）提供的能量与设计要求不符。例如：泵的型号，规格的变化及其性能参数的差异，动力电源的波动，流体自由液面差的变化等，导致管网中压头和流量偏离设计值。（2）管网的流动阻力特性发生变化， 很多原因会导致管网阻抗发生变化。例如：在管路安装中，管材实际粗糙度的差别，焊接光滑程度的差别，存留于管道中泥沙、焊渣多少的差别，管路走向改变而使管长度的变化 ，弯头、三通等局部阻力部件的增减等，均会导致管网实际阻抗与设计值偏离。尤其是一些在管网设置的阀门，改变其开度即可能大大改变管网的阻力特性。

1.2 水力失调产生的不利影响

管网系统往往是多个循环环路并联在一起的管路系统。各并联环路之间的水力工况相互影响，必然会引起其他环路的流量发生变化。如果某一管段的阀门开大或关小，必然导致管路流量的重新分配，即引起了水力工况的改变。当某些环路因发生水力失调而流量过小，如锅炉循环系统中水冷壁管路流量分配不均，使部分管束水流停滞则有可能发生爆管事故；在制冷机水循环系统中，蒸发器管束因此可能发生冻管事故。在供热空调系统中流体流量的变化使其负担输配的冷热量改变，即其水力失调必然会导致热力失调。在水力失调发生的同时，管网中的压力分布也发生了变化。在一些特殊情况下，局部管路和设备内的压力超过一定的限值，则可能使之破坏。

2 采用静态水力平衡阀调节

2.1 工作机理

静态水力平衡阀亦平衡阀、手动平衡阀、数字锁定平衡阀、双位调节阀等。它是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到流量分配的目的，并配有流量、压差测量装置。其作用的对象是系统的阻力，能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部分负荷的流量需求，起到热平衡的作用。

2.2 使用技巧

2.2.1 控制单元的选择

当平衡各个支路上的各个末端时，你可以将支路看作为一个“黑匣子”，即一个单元，该元件对单元外部流量的调整起比例的反应，合作阀门能够容易地补偿这种扰动。在下一步中，各支路单元使用立管平衡阀作为合作阀门来进行相互平衡。随后立管上的所有单元构成一个较大的单元，其流量可使立管的平衡阀来调节。最后，各立管通过将每个立管作为一个单元来相互平衡，而主管上的平衡阀作为合作阀门。所谓的较好的控制单元为（1）控制阀的阀权度最大化以精确控制；（2）显示水泵的尺寸过大，并能使泵压及相应的泵的成本降至最低。

2.2.2 针对流量特性的选择

大家普遍认为等百分比特性的阀门是最好的静态水力平衡阀，我们认为只针对末端装置的静态水力平衡阀为等百分比特性就可以了，对于支路、立管、总管的平衡阀完全可以是线性特性的静态平衡阀。因为只有这样，我们的系统阻力才会降到最低；而全用等百分比特性的阀门无疑就会增大了系统的阻力；精确控制的方法应是尽大量的降低系统各个环节的阻力。

2.3 静态水力平衡阀的调试步骤

在设计资料中查出静态水力平衡阀的设计压降；根据设计图纸，查出（或算出）静态水力平衡阀的设计流量；根据设计压降和设计流量以及阀门的口径，查水力平衡阀压损列线图，找出这时静态水力平衡阀所对应的开度；旋转静态水力平衡阀手轮，将其开度旋至设计开度锁定即可。

3 采用动态水力平衡阀调节

动态水力平衡阀分动态流量平衡阀、动态压差平衡阀、动态平衡电动调节阀、动态平衡电动二通阀等。

3.1 动态流量平衡阀

动态流量平衡阀我们叫做自力式流量控制阀，在工作压差范围内，依靠自身的机械结构，自主控制被控环路流量不变的阀门。自力式流量控制阀作用的对象是流量，不管循环系统的水量变化和末端负荷的变化，仍旧保持流量不变。而如果系统循环总水量被主动下调，再按照原来的流量分即则总流量就不够了，而自力式流量控制阀又不能提供动力；增加流量，于是有利环路的流量得到了设计流量，不利环路的流量控制阀全开，但流量仍达不到需求，此时不平衡出现了。因此这种系统中，自力式流量阀不能取代平衡阀的作用，动态（稳定性）失调问题，有这样的系统，末端的调节，是通过改变水量调节出力的。比如有些风机盘管系统就是靠变水量来调节出力的，某些建筑，用户使用空调的时间段不同，系统末端水量主动变化的，如空调系统中风机盘管前安装电动两通阀。

3.2 动态压差平衡阀

动态压差平衡阀我们叫做自力式压差控制阀，在工作流通能力范围内，依靠自身的机械结构动作，自主控制被控环路压差不变的阀门。它是用压差作用来调节阀门的开度，利用阀芯变化来弥补管路阻力的变化，从而使在水力工况发生变化时保持被控系统的压差不变。它的基本功能如下：

（1）消耗掉多余压头，保证资用压头。

（2）满足配套设备的正常工作，以消除系统流量（压力）变化压力的影响。

（3）为控制阀提供良好的工作条件（最佳状态下工作）。

（4）保证通过流量限制在最大流量范围内，并且最大限制流量是可以调节的。

3.3 动态平衡电动调节阀

动态平衡电动调节阀是一种新型的电动调节阀，此阀为电动调节阀与自力式压差控制阀的组合，自控系统指令使电动调节阀停留在某一开度，相当于设定一流量，自力式压差控制阀保持此流量不变，当指令改变时电动调节阀开度改变，设定新的流量值，自力式压差控制阀再保持新流量不变，这样可不受外界影响，而保持机组的流量为设计值，使系统调节比较稳定。它有如下几点基本特性：

（1）动态平衡电动调节阀安装在组合空调机和新风机组的回水管上，对于随时需要进行流量调节的这些空调末端设备，该阀可以由弱电控制，接受电压或电流信号，按照设定的温度要求和实际的温度变化，适时地按比例的调节方式进行流量调节，同时由于阀门自身的水力自动调节孔板可以根据不同的压差变化自动地保持阀内的压差不变，使设定的流量自动保持恒定，不受系统压差变化的干扰，使得中央空调变水量输配能量的目的得到充分实现。

（2）动态平衡电动调节阀可以在最小到最大的流量范围内进行30种流量的设定，以保证在接受最大信号时，给所控设备提供所需的额定流量。此功能同时也保证同一规格的动态平衡电动调节阀在控制不同额定水量的末端设备时，同样接受最大的电信号而给出不同的额定水量以满足不同设备的需求。

（3）与弱电配合，动态平衡电动调节阀在电动调节上与普通电动调节阀是一样的，都是控制区域的温度与设定温度发生偏差时接受弱电系统控制器给出的标准电信号（0—10V或2—10 V,0—20mA或4—20mA) 来驱动阀门的电动执行器，调整阀门开度的。与弱电接线方式：根据弱电不同的信号，按不同的方式接线。

3.4 动态平衡电动二通阀

动态平衡电动二通阀是压差控制和电热驱动器的组合体，通过面板控制电热驱动器的开关动作，通过压差控制功能维持系统的水力平衡。动态平衡电动两通阀可以方便得安装在风机盘管回水管处，与普通电动两通阀一样。它也是接受房间温控器的电信号控制，根据需要的不同可以开关量控制或模拟量控制。

4 水力平衡调节中阀门的调节方法

4.1 比例法

比例法的基本原理基于当各热用户阻力系数一定时，系统上游端的调节，将引起各热用户流量成比例地变化。既当各热用户阀门未调节时，系统上游端的调节将使各热用户流量的变化遵循一致等比失调的规律。具体地说，如果两条并联管路中的水流量为某一比例（如1:1），那末当总流量在＋30%范围内变化时，其流量比仍然不变（仍为1:2）。

调节的基本方法是：(1)利用平衡阀测出各热用户流量，计算其失调度。(2)从失调度最大的区段调节起：(a)先从最末段用户开始，将其流量调至该区段失调度最小值；(b)以其为参考环路，逐一调节其他热用户，使各用户环路中的流量失调度分别接近为参考环路的失调度（每调一个用户，其值皆不同）；(c)调节区段总阀门使总流量等于理想流量。则该区段以调各用户流量均达到理想流量。

比例法原理简单，效果很好，但现场调节还是繁琐；首先必须使用两套智能仪表（与平衡阀联用）配备两组测试人员，通过报话机进行联络，核对数据，工作量较大；其次平衡阀重复测量次数过多，调节过程费时费力，但总体讲，由于有平衡阀、智能仪表作基础，这种方法使初调节在实际工作的应用有了可能性。

4.2 补偿法

补偿法是瑞典TA公司推荐的一种方法。由于此法是依靠供热系统上游端平衡阀的调节，来补偿下游端因调节引起的系统阻力的变化，故称为补偿法。具体地说，为确保系统中已经平衡了的平衡阀处流量不受其他平衡调试的影响，必须保持其压降不变。办法是调试其他平衡阀时，用改变其上一级的平衡阀开度来保持已调试后阀的压将降不变，但决不能改变已调试好的阀门开度。

4.3 计算机法

计算机法是中国建筑科学研究院空气调节研究所提出的，其特点是借助平衡阀和配套智能仪表测定用户局部系统的实际阻力特性系数。

其操作方法如下：（1）将用户平衡阀任意改变两个开度；（2）分别测试两种工况下的用户流量、压降以及平衡阀前后压降；（3）进而求出用户阻力特性系数，算出理想工况下用户平衡阀的理想阻力值及开度；（4）在现场直接调整平衡阀至要求的开度。

计算机法计算过程已编为程序，故计算比较方便；现场调节无次序要求，操作也较简便。不足之处是把平衡阀二次不同开度下支线总压降视为相等，与实际工况不符。当安装平衡阀的用户热入口与系统干、支线分支点相距较远时将引起较大误差。

结束语：综上所述，在暖通空调水系统中，合理地安装水力平衡阀以及采用正确的方法进行系统联调，可以极大地改善系统的水力特性，使系统接近或达到水力平衡，从而既为系统的正常运行提供了保证，同时又节省了能源，使系统经济高效地运行。

参考文献：

[1] 朱志成 暖通空调水系统设计中水力平衡调节分析 河南科技 2013（08）.

[2] 王晶 暖通空调水力平衡调节浅析 科技创新导报 2008(19).