水力平衡技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用及節(jié)能效益分析

程利芬

【摘 要】 本文介紹了水力平衡和水力失調(diào)的概念與分類，并對水力平衡技術(shù)進(jìn)行了分析，同時(shí)對水力平衡技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用及節(jié)能效益進(jìn)行了分析。以供參考。

【關(guān)鍵詞】 水力平衡技術(shù)；暖通空調(diào)；節(jié)能效益

Hydraulic balancing technology and energy efficiency in HVAC analysis

Cheng Li-fen

(Handan Institute of Architectural Design Handan Hebei 056000) 

【Abstract】 This article describes the water balance and hydraulic imbalance concept and classification, and water balance techniques were analyzed, while the hydraulic balancing technology and energy efficiency in HVAC analyzed. For reference.

【Key words】 Hydraulic balancing technology;HVAC;Energy efficiency

1. 引言

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(fèi)。本文在了解水力失調(diào)和水力平衡的概念的基礎(chǔ)上，對水力失調(diào)和水力平衡進(jìn)行了分析，同時(shí)對水力平衡技術(shù)暖通空調(diào)的應(yīng)用問題進(jìn)行探討，希望有所幫助。

2. 水力失調(diào)和水力平衡的概念

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(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量之間的不一致性稱為該用戶的水力失調(diào)。水力失調(diào)的程度可以用實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量的比值X來衡量，X 稱水力失調(diào)度。X=QS/QJ（QS：用戶的實(shí)際流量，QJ：用戶的設(shè)計(jì)要求流量）水力平衡是指網(wǎng)路中各個(gè)熱用戶在其它熱用戶流量改變時(shí)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。r=1/XMAX=QJ/QMAX（QJ：用戶的設(shè)計(jì)要求流量，QMAX：用戶出現(xiàn)的最大流量）。

3. 水力失調(diào)和水力平衡的分類

在建筑物暖通空調(diào)工程中，水力平衡的調(diào)節(jié)是個(gè)重要的課題。水力平衡又分為靜態(tài)水力平衡和動態(tài)水力平衡兩種，水力平衡的實(shí)現(xiàn)將有助于工程的完善，同時(shí)保證全系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.1 靜態(tài)水力失調(diào)和靜態(tài)水力平衡。

由于設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備材料等原因?qū)е碌南到y(tǒng)管道特性阻力數(shù)比與設(shè)計(jì)要求管道特性阻力數(shù)比值不一致，從而使系統(tǒng)各用戶的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)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)是穩(wěn)態(tài)的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的，是當(dāng)前我國暖通空調(diào)水系統(tǒng)中水力失調(diào)的重要因素。通過在管道系統(tǒng)中增設(shè)靜態(tài)水力平衡設(shè)備（水力平衡閥）對系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其與設(shè)計(jì)要求管道特性阻力數(shù)比值一致，此時(shí)當(dāng)系統(tǒng)總流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量時(shí)，各末端設(shè)備流量均同時(shí)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。

當(dāng)用戶閥門開度變化引起水流量改變時(shí)，其它用戶的流量也隨之發(fā)生改變，偏離設(shè)計(jì)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，它不是系統(tǒng)本身所固有的，是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的。通過在管道系統(tǒng)中增設(shè)動態(tài)水力平衡設(shè)備（流量調(diào)節(jié)器或壓差調(diào)節(jié)器），當(dāng)其它用戶閥門開度發(fā)生變化時(shí)，通過動態(tài)水力平衡設(shè)備的屏蔽作用，使自身的流量并不隨之發(fā)生變化，末端設(shè)備流量不互相干擾，此時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

4. 水力平衡分析

4.1 定流量系統(tǒng)水力平衡分析。

定流量水力平衡系統(tǒng)是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中常見的水力系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中系統(tǒng)各處的流量基本保持不變。常用的主要有以

下三種形式：

（1）完全定流量系統(tǒng)。

完全定流量系統(tǒng)是指系統(tǒng)中不含任何動態(tài)閥門，系統(tǒng)在初調(diào)試完成后閥門開度無須作任何變動，系統(tǒng)各處流量始終保持恒定。完全定流量系統(tǒng)主要適用于末端設(shè)備無須通過流量來進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，如末端風(fēng)機(jī)盤管采用三速開關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)速和采用變風(fēng)量空氣處理機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)以及系統(tǒng)要求較低、只需氣候補(bǔ)償器調(diào)節(jié)供暖水溫即可滿足基本需要的供暖系統(tǒng)等。

（2）單管串聯(lián)供暖系統(tǒng)。

單管串聯(lián)供暖系統(tǒng)包括垂直雙管水平單管串聯(lián)系統(tǒng)以及垂直單管系統(tǒng)等。這種系統(tǒng)主管的流量基本不變，因此是定流量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要存在靜態(tài)水力失調(diào)，在水平分支管上由于三通或二通溫控閥的調(diào)節(jié)作用而存在一定的動態(tài)水力失調(diào)。因此只需在相關(guān)部位增設(shè)相關(guān)的水力平衡設(shè)備即可使系統(tǒng)保持水力平衡。

（3）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，是定流量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要存在靜態(tài)水力失調(diào)，在末端管路上也存在一定的動態(tài)水力失調(diào)。因此只需在相應(yīng)部位增加相應(yīng)的水力平衡設(shè)備即可使系統(tǒng)保持水力平衡。

4.2 變流量水力平衡分析。

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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的水力平衡。

4.2.1 靜態(tài)水力平衡的實(shí)現(xiàn)。

通過在相應(yīng)的部位安裝靜態(tài)水力平衡設(shè)備，使系統(tǒng)達(dá)到靜態(tài)水力平衡。實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水力平衡的判斷依據(jù)是：當(dāng)系統(tǒng)所有動態(tài)水力平衡設(shè)備均設(shè)定到設(shè)計(jì)參數(shù)位置（設(shè)計(jì)流量或壓差），所有末端設(shè)備的溫度控制閥門（溫控閥、電動二通閥和電動調(diào)節(jié)閥等）均處于全開位置時(shí)（這時(shí)系統(tǒng)是完全定流量系統(tǒng)，各處流量均不變），系統(tǒng)所有末端設(shè)備的流量均達(dá)到設(shè)計(jì)流量。

4.2.2 動態(tài)水力平衡的實(shí)現(xiàn)。

通過在相應(yīng)部位安裝動態(tài)水力平衡設(shè)備，使系統(tǒng)達(dá)到動態(tài)水力平衡。它包含二方面內(nèi)容：

（1）當(dāng)系統(tǒng)其它環(huán)路發(fā)生變化時(shí)，自身環(huán)路關(guān)鍵點(diǎn)壓差并不隨之發(fā)生變化，當(dāng)自身的動態(tài)閥門（如溫控閥、電動調(diào)節(jié)閥）開度不變時(shí)，流量保持不變。

（2）當(dāng)外界環(huán)境負(fù)荷變化導(dǎo)致系統(tǒng)自身環(huán)路變化時(shí)，通過動態(tài)水力平衡設(shè)備的作用，使關(guān)鍵點(diǎn)壓差并不發(fā)生變化，此時(shí)自身其它并聯(lián)支路的流量也不發(fā)生變化。

5. 水力平衡技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

（1）按照國家規(guī)范的熱工要求，應(yīng)通過合理劃分和均勻布置環(huán)路，并進(jìn)行水力平衡計(jì)算，減少各并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失的相對差額。當(dāng)相對差額大于15% 時(shí)，應(yīng)根據(jù)水力平衡要求配置必要的水力平衡裝置。水力平衡技術(shù)是所有節(jié)能措施中最重要的一項(xiàng)，是一切工作的基礎(chǔ)。拋開水力平衡來談節(jié)能則不能保證用戶供暖效果，不能實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能。通常水力管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)靠平衡閥來實(shí)現(xiàn)，平衡閥是解決管網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工過程中產(chǎn)生的最基本失調(diào)情況的一種閥門，因此，調(diào)節(jié)功能是其首要的功能。閥門的理想流量特性主要有直線流量特性、等百分比流量特性、快開流量特性三種。對于平衡閥只有采用線性流量特性和等百分比流量特性才具有良好的調(diào)節(jié)性能，其中以等百分比流量特性最好。除調(diào)節(jié)功能之外，平衡閥附加了可測量的測量接口，配合智能儀表可以精確的測量壓差、流量甚至介質(zhì)溫度；平衡閥具有可視的數(shù)字刻度，一看就可以知道閥門的開度。

（2）平衡閥必須經(jīng)過科學(xué)調(diào)試才能達(dá)到正確發(fā)揮它的作用。與平衡閥一起被發(fā)明的還有平衡閥專用智能儀表，它與平衡閥來配合使用。平衡閥與智能儀表一起使用來檢測系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)際數(shù)據(jù)，如流量、壓差、溫度等，幫助工作人員進(jìn)行判斷并且做出正確的調(diào)整。對于設(shè)計(jì)人員，應(yīng)認(rèn)識到系統(tǒng)的水力平衡是確保分戶計(jì)量供熱實(shí)施的重要環(huán)節(jié)，而且靜態(tài)平衡是動態(tài)平衡的基礎(chǔ)。靜態(tài)平衡是指設(shè)計(jì)計(jì)算條件下各環(huán)路流量的理想分配，應(yīng)對室外區(qū)域管網(wǎng)進(jìn)行合理的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，對室內(nèi)外系統(tǒng)要進(jìn)行嚴(yán)格的水力平衡計(jì)算。動態(tài)平衡則是當(dāng)用戶進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳝h(huán)路流量進(jìn)行相應(yīng)合理分配。設(shè)置必要的調(diào)控設(shè)備，是為滿足計(jì)量供熱的需要，而不能認(rèn)為設(shè)置調(diào)控設(shè)備就可取代水力平衡計(jì)算。

6. 水力平衡技術(shù)在暖通空調(diào)中的節(jié)能效益

水力平衡技術(shù)能夠真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)阻力平衡，為采取其它節(jié)能措施打下良好的基礎(chǔ)。通過此項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，根據(jù)不同項(xiàng)目情況，一般在手工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上供熱系統(tǒng)節(jié)能可達(dá)5%～ 20% 左右。水力平衡的重要價(jià)值還在于改善供熱品質(zhì)，提高用戶滿意度和收費(fèi)率。通過實(shí)際測試，近端用戶單位流量是遠(yuǎn)端用戶單位流量的數(shù)倍，為使遠(yuǎn)端用戶達(dá)到16℃，近端用戶室溫已經(jīng)超過20℃，甚至開窗戶造成能源浪費(fèi)。因此須進(jìn)行水力平衡調(diào)試。通過加裝調(diào)節(jié)裝置，使各個(gè)調(diào)節(jié)裝置處的流量達(dá)到計(jì)算流量值，即整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡，實(shí)施水力平衡調(diào)試技術(shù)可節(jié)能10% 以上。

7. 結(jié)束語

水力平衡技術(shù)的應(yīng)用是改善暖通空調(diào)性能和促進(jìn)節(jié)能改造的有效途徑，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益，應(yīng)該大力推廣。

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參考文獻(xiàn)

［1］ 鄒瑜. 供熱空調(diào)系統(tǒng)水力平衡技術(shù)及其應(yīng)用［J］. 中國建設(shè)信息，2010.

［2］ 洪天真，江億，彥啟森. 供熱空調(diào)系統(tǒng)保證率設(shè)計(jì)的概念［J］. 暖通空調(diào)，2009.

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［文章編號］1619-2737（2014）05-19-783

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