暖通空調水系統中水力失調現象及其解決方法

高會榮

隨著我國國民經濟的高速發展，城市的建筑檔次越來越高，人們對室內環境的要求也越來越高，暖通空調系統的應用就是體現之一。但由于能源的緊缺，保證暖通空調系統使用的節能是暖通專業關注的重要問題。其中水力失調的解決就是保證節能的重要措施之一。

1 暖通空調中水力系統現狀

無論在空調還是采暖工程中，由于條件的制約，不可能完全采用同程系統。而異程系統在實際應用中，為了保證系統最不利環路的資用壓頭，所有其他空調采暖設備末端的資用壓頭往往大于設計工況的需要值，特別是在規模大、建筑功能復雜的工程中，異程管線長，末端設備的阻力差異大及空調末端啟停差異大的系統，在靠近冷熱源位置的資用壓頭余量過大，往往出現流量分配偏離設計狀態，導致水力失調。流量的偏差會產生冷熱源近端的空調太涼或采暖太熱的現象。這不但不能保證使用的功能，還造成了能源上的浪費。為此，我們必須解決系統的水力失調問題。

2 暖通空調中水力失調分類和解決途徑

1)水力失調分為靜態水力失調和動態水力失調兩種。2)由于設計、施工、設備材料等原因導致的系統管道特性阻力數與設計要求管道特性阻力數比值不一致，從而使系統各用戶的實際流量與設計流量不一致，引起系統的水力失調，叫做靜態水力失調。該失調是穩態的、根本性的、是系統本身所固有的，是暖通空調水系統中水力失調的主要因素。通過在管道系統中加設靜態水力平衡閥，在暖通空調水系統初調試時對系統管道特性阻力數比值進行調節，使其與設計要求管道特性阻力數比值一致，此時當系統總流量達到設計流量時，各末端設備流量均同時達到設計流量，從而消除了靜態水力失調。因此通過靜態水力平衡閥的使用可平衡各環路阻力，使各環路流量達到或接近設計流量，消除冷熱不均現象;不需要因為照顧最不利環路而加大流量運行，從而不但達到設計要求，而且可節能，還可節省運行費。3)系統在實際運行過程中當某些用戶閥門開度變化引起水流量改變時，系統的壓力產生波動，其他用戶的流量也隨之發生改變，偏離系統設計流量，從而導致的水力失調，叫做動態水力失調。該失調是動態的、變化的，它不是系統本身固有的，是系統運行過程中產生的。通過在管道系統中增設動態水力平衡閥，當其他用戶閥門開度發生變化時，通過動態水力平衡閥的作用，使自身的流量并不隨之發生變化，末端設備流量不互相干擾。因此，選擇合理的動態水力平衡閥，可以消除系統運行過程中的動態水力失調。所以解決了動態水力失調現象，就能節能，運行能穩定。

3 暖通空調中水系統分類和各系統水力失調存在情況

1)暖通空調水系統分為定流量系統和變流量系統兩種。2)定流量系統是指系統中不含任何動態閥門，系統在初調試完成后閥門開度無須作任何變動，系統各處流量始終保持恒定。定流量系統主要適用于末端設備無須通過流量來進行調節的系統，如末端風機盤管采用三速開關調節風速、空氣處理器采用變風量調節溫度的空調系統以及系統要求較低、只需氣候補償器調節供暖水溫即可滿足基本需要的供暖系統等。因此定流量系統只需解決靜態水力失調問題即可，通常在系統機房集分水器以及關鍵的垂直、水平回水支管上安裝靜態水力平衡閥。3)變流量系統是指系統在運行過程中各分支環路的流量隨外界負荷的變化而變化。變流量系統大部分時間管道流量都低于設計流量，而設計流量一般為最大負荷時的流量，因此這種系統相對于定流量系統更節能。由此可見變流量系統一般既存在靜態水力失調，又存在動態水力失調，因此為了通過變流量系統實現節能，必須采取相應的水力平衡調試來實現系統的全面平衡，具體的說，就是首先解決靜態水力失調問題，其次解決動態水力失調問題。

4 水力平衡閥在暖通空調水系統中的安裝部位

各類水力平衡閥在暖通空調水系統中的典型安裝部位見表1。

表1 各類水力平衡閥在暖通空調水系統中的典型安裝部位

5 水力平衡閥選用

5.1 靜態水力平衡閥的選型方法

1)根據管道管徑確定靜態水力平衡閥的規格。2)根據設計流量、閥門規格和設計壓差，查壓損流線圖表，確定預調節位置。

5.2 動態流量平衡閥的選型方法

1)根據設計流量和閥門最大允許阻力損失確定動態流量平衡閥的規格和壓差范圍。2)所選動態流量平衡閥壓差范圍的最小壓差即為計算水泵揚程的設計壓差。

5.3 動態平衡電動二通閥的選型方法

1)根據風機盤管設計流量和閥門最大允許阻力損失確定動態電動二通閥的規格和壓差范圍。2)所選動態平衡電動二通閥壓差范圍的最小壓差即為計算水泵揚程的設計壓差。

5.4 動態平衡電動調節閥的選型方法

1)根據空調箱設計流量和閥門允許壓差范圍確定動態平衡電動調節閥的規格。2)根據要求確定電動閥的工作電壓、輸入信號、輸出信號等技術參數。

6 水力平衡的調試

6.1 靜態水力平衡調試

開始前將所有閥門打開，然后將系統分解成一個多級的多個并聯子系統，然后按照末端到總管的順序，通過專用流量測量儀對各個并聯子系統按照一定的步驟進行調節，使其各支路流量比與設計要求流量比一致。最后調節系統主管的流量至設計總流量。這時系統各個末端設備的流量同時達到設計流量。調試合格后不要隨意變動平衡閥開度。

6.2 動態水力平衡調試

1)動態流量平衡閥是根據設計流量由廠家在出廠前定制的，現場不需要進行任何調試。2)動態平衡電動二通閥是根據設計流量和工作電壓由廠家在出廠前定制的，現場只需與標準的房間穩控器連接即可，不需要進行任何調試。3)動態平衡電動調節閥通常與樓宇自控系統相連，現場先進行簡單的單機調試，然后與樓宇系統聯調。樓宇公司只需進行一些簡單的參數設定。

7 水力平衡閥在暖通空調水系統中水力平衡的應用舉例

某工程建筑面積約為9萬m2，框架剪力墻結構，地上8層，地下3層，由1號、2號、3號、4號樓組成;主要功能為辦公、服務中心及招待所等;地下1號～4號樓連為一體，地上1號～4號為獨立建筑，檐高32 m。其中整個2號～4號樓采用一個采暖系統供暖，為水平并聯雙管式系統，采暖熱源由2號樓地下3層熱力站供應，各樓均從地下2層的采暖干管上引分支供應，散熱器下進下出，水平管道敷設在下層吊頂內。由于2號～4號樓地面布局為“凹”形，長×寬=148 m×80 m，供暖區域為地下1層～8層，因此該系統較大、復雜且管路較長，實際上散熱器離熱源最近的為20 m左右，最遠的有360 m左右，見圖1。綜上可見，該系統最容易產生水力失調現象，但由于該采暖系統為定流量系統，因此只存在靜態水力失調現象，為此只要在水管、各家分支回水管、垂直立管回水管和水平管回水管上設置靜態平衡閥即可。經過供暖期的整體調試，主要是依據最遠端到最近端的原則測量管道的流量，并與設計流量比較，有差異就調節平衡閥開度，使各管道達到設計流量，最后該系統供暖參數達到設計要求。

［1］張 莉，李 堯，朱玉明.暖通空調節能設計分析［J］.山西建筑，2010，36(9):185-186.