淺析中央空調(diào)水力平衡技術(shù)特點及應(yīng)用技術(shù)

曾應(yīng)賢，文　潔（中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖南　長沙　410000）

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淺析中央空調(diào)水力平衡技術(shù)特點及應(yīng)用技術(shù)

曾應(yīng)賢，文潔（中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙410000）

要想確保空調(diào)系統(tǒng)按照項目設(shè)計的技術(shù)參數(shù)運行，必須做好系統(tǒng)水力平衡控制工作，此背景下，本文首先分析了水力平衡技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，其次對中央空調(diào)水力平衡系統(tǒng)中的平衡閥及其特點進行了一定的探討，最后研究了中央空調(diào)水力平衡應(yīng)用技術(shù)的實現(xiàn)，以供參考。

中央空調(diào)；水力平衡技術(shù)特點；應(yīng)用技術(shù)

1　引言

水力平衡技術(shù)是空調(diào)設(shè)備運行過程中最核心的關(guān)鍵技術(shù)，通過水力平衡技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能夠大幅降低空調(diào)設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的能耗，還可在一定程度上延長空調(diào)設(shè)備使用年限，確保其能夠以最少的能耗提供最舒適的環(huán)境，這是對空調(diào)設(shè)備的最高要求。

2　水力平衡技術(shù)概述

2.1水力平衡

水力平衡是一種可有效解決水力失調(diào)問題的方式，主要目的在于消除水力失調(diào)問題，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。通常情況下，水力失調(diào)可分為靜態(tài)失調(diào)與動態(tài)失調(diào)兩種形式。其中，對于靜態(tài)失調(diào)，主要是指由于某些環(huán)路存在剩余壓頭現(xiàn)象，即為當(dāng)某些環(huán)路阻力小于相關(guān)規(guī)定時，其實際流量就會超過設(shè)計流量，但因為總流量是固定不變的，其他部分的流量就無法達到設(shè)定要求，進而引發(fā)冷熱不均現(xiàn)象。對于動態(tài)失調(diào)，主要是指當(dāng)某些環(huán)路水量出現(xiàn)變化時，會使得系統(tǒng)壓力分布也發(fā)生一定的變化，進而對其他環(huán)路的運行造成干擾與阻礙，最終導(dǎo)致其他環(huán)路出現(xiàn)不應(yīng)有的變化。通過上述分析可知，水力平衡的基本原理在于克服水利失調(diào)。

2.2水力平衡技術(shù)構(gòu)成

通過水力平衡技術(shù)的合理應(yīng)用，可使得空調(diào)冷熱水系統(tǒng)平衡問題得以妥善的解決。對于水力平衡技術(shù)，其主要由以下部分構(gòu)成：①合理的水系統(tǒng)設(shè)計：在進行水系統(tǒng)設(shè)計時，通常需要平衡閥生產(chǎn)廠家技術(shù)專家、設(shè)計人員與用戶共同探討其涉及的多方面因素，以確保水系統(tǒng)設(shè)計的準確性與合理性。②平衡閥的合理選型與設(shè)置：在平衡閥設(shè)計階段，一些平衡閥生產(chǎn)廠家會采用相關(guān)的軟件，為用戶就平衡閥型號的選擇提供合理的建議，并且為平衡閥的設(shè)置提供一定的指導(dǎo)。③先進的水力平衡方法：通常情況下，由于水系統(tǒng)的相互影響特征，必須配備一套有效的、實用的水系統(tǒng)平衡方式，以確保其處于平衡狀態(tài)。④功能齊全的、完善的專用化智能儀表：通過智能儀表的應(yīng)用，可固化水力平衡法、各種規(guī)格與口徑平衡閥性能曲線，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)進行平衡調(diào)試的目的。如果配備完善的雙向通訊功能，還可為其具體使用提供便利。⑤質(zhì)量較高的水力平衡產(chǎn)品：通過平衡閥、壓差控制器等質(zhì)量較高產(chǎn)品的應(yīng)用，能夠為用戶提供高品質(zhì)技術(shù)服務(wù)。⑥水力平衡報告：在做好系統(tǒng)調(diào)試工作之后，可提供詳細的水力平衡報告，此報告能夠為空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的相關(guān)操作與維護提供參考依據(jù)。

3　中央空調(diào)水力平衡系統(tǒng)中的平衡閥及其特點

3.1平衡閥分析

中央空調(diào)水力平衡系統(tǒng)中的平衡閥的主要作用在于系統(tǒng)阻力，其能夠按照設(shè)計比例平衡的分配新的水量，并且還要同時增減各支路流量，進而確保其能夠滿足當(dāng)前氣候條件下的流量需求。如果局部用戶處于關(guān)閉的狀態(tài)，系統(tǒng)還能夠自動的、均勻的分配多余流量，以維持流量平衡狀態(tài)。在完成了一次調(diào)節(jié)操作之后，如果管網(wǎng)不發(fā)生變化，則在其使用過程中，一般不需要再次調(diào)節(jié)。對于定流量閥作用對象的流量，就算系統(tǒng)循環(huán)水量與末端負荷部分出現(xiàn)了一定的變化，依舊能夠保維持流量平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)中循環(huán)的總水量被主動下調(diào)，按照原先流量分配的流量明顯存在不足的現(xiàn)象，但定流量閥無法為其提供動力，并且也無法增加流量，此情況下，有利環(huán)路的流量可獲得設(shè)計流量，不利于環(huán)路的定流量閥就會全部開啟，之后，流量必定無法滿足既定要求，進而引發(fā)不平衡現(xiàn)象。

由此可知，在主管道部位采用定流量閥，可有效避免系統(tǒng)過流現(xiàn)象的發(fā)生，進而避免由此而導(dǎo)致的能源耗費問題的出現(xiàn)，具有相對良好的適用性。通過相關(guān)研究結(jié)果可知，平衡閥在支管、立管和末端部位的應(yīng)用效果較良好，不僅能夠應(yīng)對各種可能出現(xiàn)的使用情況與問題，還可滿足現(xiàn)場施工與用戶微調(diào)需求，是一種具有較強實用性、經(jīng)濟性的技術(shù)。此外，聯(lián)合使用平衡閥與定流量閥，還能夠以最低的能源成本提供最佳的、最舒適的空調(diào)環(huán)境。通過上述分析可知，水力平衡閥是中央空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵，水力平衡閥的特點即為中央空調(diào)水力平衡的主要特點。

3.2水力平衡閥技術(shù)特點

①對于水力平衡閥中的閥芯、閥座、閥蓋等相關(guān)器械設(shè)備，均由布氏硬度超過130防脫鋅腐蝕銅合金制作而成，具有較強的耐腐蝕性，使用壽命也較長。②平衡閥的閥門一般采用精密鑄造工藝制成，外形美觀，并具有較好的精度，流量測量與平衡精度均為±5%。同時，閥門還具備鎖定作用，在閥門開度鎖定之后，系統(tǒng)平衡能夠?qū)⑵潢P(guān)小，開大僅可到達鎖定開度。③通常情況下，水力平衡閥的閥體處配備了用于測量壓差的測壓嘴，不測量時，還具有自密封作用。④水力平衡閥通常包含可調(diào)節(jié)、預(yù)設(shè)定流量的數(shù)字式手輪。⑤小VI徑平衡閥（DN15-50）配備了泄水裝置，在泄水過程中，不會對系統(tǒng)的運行造成影響。⑥大口徑平衡閥（DN65-300）閥門的設(shè)計較獨特，主要采用壓力平衡結(jié)構(gòu)，可有效減少關(guān)閉力矩，并且還能夠為開啟與關(guān)閉操作提供便利。

4　中央空調(diào)水力平衡應(yīng)用技術(shù)的實現(xiàn)

4.1靜態(tài)平衡閥

所謂靜態(tài)平衡閥，即為手動水力平衡閥，其主要是通過改變自身局部阻力或是開度的方式，對并聯(lián)環(huán)路阻力比值進行相應(yīng)的調(diào)整，確保各環(huán)路流量平衡。靜態(tài)平衡閥作用對象為系統(tǒng)阻力，可用于集中量調(diào)節(jié)、質(zhì)調(diào)節(jié)、分階段系統(tǒng)流量改變操作。此外，系統(tǒng)流量發(fā)生變化之后，安裝了靜態(tài)平衡閥的各支路與各用戶流量就會按照一定的比例，對系統(tǒng)總流量進行相應(yīng)的分配。靜態(tài)水力失調(diào)系統(tǒng)水力平衡改造實例（如圖1）：左側(cè)為系統(tǒng)流程圖，其中下面為水泵和主機，上面是四臺末端設(shè)備，四臺末端設(shè)備的設(shè)計流量均為40m3/h；右側(cè)為該系統(tǒng)在靜態(tài)水力平衡前后的阻力分布線圖。

圖1　靜態(tài)水力失調(diào)系統(tǒng)水力平衡改造圖

在沒有安裝靜態(tài)水力平衡之前，末端設(shè)備壓差為阻力變化線1、2間的阻力壓差，現(xiàn)場測量獲得的末端設(shè)備以及通過改造水泵滿足流量的計算結(jié)果如表1所示，該系統(tǒng)屬于靜態(tài)失調(diào)的水力系統(tǒng)。通過表1可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計總流量160m3/h，但為了確保最不利環(huán)路能夠滿足設(shè)計流量需求，實際水泵所需的最小流量為215m3/h，遠超過了設(shè)計總流量，此種系統(tǒng)不僅無法實現(xiàn)節(jié)能目標，也不舒適，所以必須安裝靜態(tài)水力平衡設(shè)備對系統(tǒng)進行一定的改造。

4.1.2改造后的靜態(tài)水力平衡系統(tǒng)流量計算

表2為靜態(tài)水力平衡改造、調(diào)試合格前后末端設(shè)備流量的實測數(shù)值。改造之后，4臺末端設(shè)備的壓差為阻力變化線1、3間的阻力差，阻力變化線2、3間的阻力差值主要由靜態(tài)水力衡閥承擔(dān)。通過表2可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計總流量160m3/h，系統(tǒng)靜態(tài)水力平衡后的實際總流量160m3/h，各末端設(shè)備流量同時達到設(shè)計流量，即實現(xiàn)了靜態(tài)水力平衡。

表1　流量計算結(jié)果（m3/h）

表2　靜態(tài)水力平衡改造并調(diào)試合格前后末端設(shè)備流量的實測數(shù)值（m3/h）

4.2動態(tài)平衡閥

在動態(tài)平衡閥作業(yè)過程中，一般以彈簧膜片等彈性元件的自力式作用對閥芯元件動作進行控制。依據(jù)動態(tài)平衡閥作用目的的差異，可將其分為以下三類：

（1）動態(tài)流量平衡閥，即為自力式流量控制閥，主要是指在工作壓差范圍內(nèi)，通常以恒定安裝的管路位置流量作為其設(shè)定值，即為當(dāng)閥門的前后壓差出現(xiàn)增大情況時，閥門過流面積會自動關(guān)小，進而確保流量不變。如果壓差出現(xiàn)減小現(xiàn)象，閥門過流面積會自動開發(fā)，確保流量恒定不變。所以也被稱為流量閥或流量調(diào)節(jié)器。

（2）動態(tài)壓差平衡閥，即為自力式壓差控制閥，主要是指在工作壓差范圍內(nèi)，將恒定兩點之間的壓差作為設(shè)定值，具體來說就是當(dāng)系統(tǒng)壓差增大時，以閥門的自動關(guān)小作用確保系統(tǒng)壓差恒定不變。同時，當(dāng)壓差減少時，閥門會自動開發(fā)，壓差依舊處于恒定狀態(tài)。動態(tài)壓差平衡閥通常用于供水管、回水管間壓差的恒定，所以也被稱為定壓差閥或壓差調(diào)節(jié)器。

（3）動態(tài)電動平衡閥，其具有動態(tài)平衡閥功能、電動調(diào)節(jié)或是開關(guān)功能，即為壓差調(diào)節(jié)器與電動調(diào)節(jié)閥的組合一體閥。在工作壓差范圍內(nèi)，其能夠屏蔽系統(tǒng)波動產(chǎn)生的影響，使得通過閥門的水流量僅受到閥門開度產(chǎn)生的影響，而閥門開度僅受到負荷需求的控制作用，從而實現(xiàn)依據(jù)負荷所需對流量進行合理調(diào)節(jié)的目的。

5　結(jié)語

總之，社會的進一步發(fā)展使得空調(diào)系統(tǒng)已成為現(xiàn)代建筑物中不可缺少的重要設(shè)施之一，但空調(diào)設(shè)備的能耗量往往較大，這就要求必須做好節(jié)能設(shè)計工作。要想確?？照{(diào)系統(tǒng)按照設(shè)計的技術(shù)參數(shù)運行，必須做好系統(tǒng)的水力平衡控制工作，及時發(fā)現(xiàn)、全面排除對系統(tǒng)功能造成的威脅因素，確保系統(tǒng)盡量以最低的能源成本提供最佳的舒適環(huán)境。

［1］廖偉初.中央空調(diào)冷水管網(wǎng)水力平衡技術(shù)的發(fā)展［J］.廣東建材，2011 （27）：54～57.

［2］趙 旭，付國才.基于冷熱量平衡的中央空調(diào)系統(tǒng)水力平衡控制調(diào)節(jié)［J］.智能建筑電氣技術(shù)，2015（09）：89～92.

［3］朱學(xué)庚.天壇生物空調(diào)系統(tǒng)水力平衡和水量調(diào)節(jié)分析［J］.供熱制冷，2011（07）：52～53.

曾應(yīng)賢（1983-），男，工程師，本科，主要從事暖通、動力設(shè)計方面的工作。

TU831.4

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2095-2066（2016）19-0163-02

2016-6-20