暖通工程中動(dòng)態(tài)流量平衡閥的應(yīng)用

平登科，王　浩（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北　武漢　430000）

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暖通工程中動(dòng)態(tài)流量平衡閥的應(yīng)用

平登科，王浩（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢430000）

隨著暖通工程的大型化和復(fù)雜化，如何消除采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)中的水力失調(diào)現(xiàn)象，保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行已成為暖通工程中需要特別重視的問題。而動(dòng)態(tài)流量平衡閥能有效的解決這一問題，本文主要介紹了動(dòng)態(tài)流量平衡閥在暖通工程使用場(chǎng)合以及一些注意事項(xiàng)。

暖通工程；動(dòng)態(tài)平衡；水力失調(diào)

1　引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建筑的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。由此導(dǎo)致了采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜化，此時(shí)水力平衡成為采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)重要難題。

采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，由于建筑結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)本身的特性，不可能都采用同程系統(tǒng)。而異程系統(tǒng)特別是功能比較復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)，各環(huán)路的末端設(shè)備必然存在阻力差異。當(dāng)系統(tǒng)中某些用戶根據(jù)自身需求調(diào)節(jié)末端設(shè)備工況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的流量分配和設(shè)計(jì)狀態(tài)發(fā)生偏離，引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)水力失調(diào)，導(dǎo)致末端設(shè)備出現(xiàn)冷熱不均的現(xiàn)象，這樣不僅不能確保空調(diào)系統(tǒng)的正常使用，還會(huì)導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。

2　解決水力失調(diào)的方法

目前工程中解決水力失調(diào)的方法主要是加節(jié)流孔板、安裝手動(dòng)調(diào)節(jié)閥以及設(shè)置動(dòng)態(tài)流量平衡閥。

2.1節(jié)流孔板

在空調(diào)接近冷源環(huán)路的位置或者熱力的進(jìn)入部位安裝節(jié)流孔板，通過節(jié)流孔板來消除一定的壓力。但這種方法需要對(duì)水系統(tǒng)的阻力進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，經(jīng)過孔板的水流量不能出現(xiàn)變動(dòng)，當(dāng)末端的流量發(fā)生變化依舊會(huì)出現(xiàn)水力的失調(diào)和能源的浪費(fèi)。且孔板本身也易堵塞，不便于維護(hù)。

2.2手動(dòng)調(diào)節(jié)閥

手動(dòng)的調(diào)節(jié)閥很難對(duì)大型的空調(diào)系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果對(duì)前端的閥門進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，則會(huì)使后端的流量發(fā)生變化。如果調(diào)整后端的流量，那么前端的流量也會(huì)發(fā)生變化。因此，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)整不僅費(fèi)力而且也非常費(fèi)時(shí)間。對(duì)于大型的復(fù)雜系統(tǒng)，工程師們應(yīng)當(dāng)具有高超的專業(yè)技能以及豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。一旦系統(tǒng)的壓力以及負(fù)荷發(fā)生變化，整個(gè)系統(tǒng)需要重新進(jìn)行水力計(jì)算和系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

2.3動(dòng)態(tài)流量平衡閥

對(duì)空調(diào)設(shè)備末端或者熱力入口處的流量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，根據(jù)流量的變化范圍以及壓力來選擇合適的動(dòng)態(tài)平衡閥。把調(diào)整好的閥門安裝好后，只需要把閥門處的壓力變化范圍控制在閥門的設(shè)計(jì)發(fā)內(nèi)之內(nèi)，空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候即可根據(jù)工況自動(dòng)調(diào)整流量，不需要人為調(diào)節(jié)。

3　動(dòng)態(tài)流量平衡閥的特點(diǎn)

3.1動(dòng)態(tài)流量平衡閥的工作原理

動(dòng)態(tài)流量平衡閥的工作原理是調(diào)整平衡閥閥芯的過流面積，適應(yīng)在閥門前后的壓差變化，進(jìn)而控制流量。動(dòng)態(tài)流量平衡閥是以改變局部阻力為主要目的的節(jié)流元件，對(duì)于不可壓縮的流體來說，其流量方程式為：

式中：Q——?jiǎng)討B(tài)流量平衡閥的流量m3/h；

K——流量系數(shù)；

ρ——流體密度，kg/m3；

A——平衡閥閥芯的過流面積，m2；

△P——閥門進(jìn)出口壓力差，Pa。

在如果閥門的開度不發(fā)生變化時(shí)，K值的變化可以忽略，因此，閥門的流量要維持A△P/ρ的值不發(fā)生變化。平衡閥由支撐裝置，高精度彈簧以及過流閥膽組成，工作時(shí)由彈簧所承受的壓力差控制閥膽的過流大小，從而控制閥門的流量，工作原理圖如圖1所示。

圖1　動(dòng)態(tài)流量閥工作原理圖

3.2閥門的工作過程

當(dāng)平衡閥前后的壓差小于閥門啟動(dòng)壓力時(shí)，彈簧基本沒有壓縮，這時(shí)的流通面積最大。當(dāng)平衡閥前后的壓差處于平衡閥的工作范圍內(nèi)時(shí)，彈簧會(huì)被閥膽壓縮，閥膽兩邊的圓孔和幾何型的通道會(huì)流過水流。當(dāng)壓力變化時(shí)，閥膽的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致過流面積發(fā)生變化。如果該壓力變化在閥門工作范圍以內(nèi)，則閥門基本可以保持水流量的恒定。如果平衡閥前后的壓差比工作范圍大，則彈簧會(huì)被閥膽全部壓縮，只有閥膽兩邊的圓孔會(huì)有水流，此時(shí)閥膽相當(dāng)于固定的節(jié)流孔板。

動(dòng)態(tài)流量平衡閥可以自動(dòng)恒定流量，可以通過調(diào)節(jié)壓力范圍來控制空調(diào)末端最大流量，簡(jiǎn)化了空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)試，減少了調(diào)試時(shí)間。在異程水系統(tǒng)中應(yīng)用動(dòng)態(tài)流量平衡閥，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)水力工況和環(huán)境溫度的平衡，末端設(shè)備的啟停不會(huì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中其他的設(shè)備造成任何影響。

4　實(shí)際工程中動(dòng)態(tài)流量平衡閥的應(yīng)用

4.1區(qū)域供暖

動(dòng)態(tài)流量平衡閥應(yīng)用到熱力入口，能保證供暖系統(tǒng)供暖的可靠性和穩(wěn)定性。散熱器入口的溫控閥穩(wěn)定運(yùn)行需要立管有穩(wěn)定的流量，而動(dòng)態(tài)平衡閥能保證各環(huán)路立管中流量的基本穩(wěn)定，從而解決異程系統(tǒng)中的水平失調(diào)問題。

4.2空調(diào)系統(tǒng)

在大型空調(diào)系統(tǒng)中，平衡閥應(yīng)該設(shè)置在空調(diào)設(shè)備的末端，以平衡系統(tǒng)工況變化后的水力變化。特別是當(dāng)系統(tǒng)中的水泵，冷卻塔以及冷熱源的設(shè)計(jì)管線受到限制時(shí)，需盡量采用動(dòng)態(tài)流量平衡閥來防止負(fù)荷的偏載，保證系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。

5　空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)中動(dòng)態(tài)流量平衡閥應(yīng)當(dāng)注意的問題

5.1動(dòng)態(tài)流量平衡閥無法調(diào)整負(fù)荷

在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，動(dòng)態(tài)流量平衡閥只可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的水力平衡，不能調(diào)節(jié)負(fù)荷。因?yàn)閷?duì)動(dòng)態(tài)流量平衡閥的誤解，一些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為平衡閥可以用來調(diào)整采暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，而使用動(dòng)態(tài)流量平衡閥來替代電動(dòng)三通閥，導(dǎo)致系統(tǒng)無法調(diào)節(jié)負(fù)荷。而空調(diào)系統(tǒng)隨著室內(nèi)的負(fù)荷變化，末端設(shè)備的水量也需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，此時(shí)可以將動(dòng)態(tài)流量平衡閥和電動(dòng)三通閥串聯(lián)使用。電動(dòng)三通閥可以根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)末端設(shè)備流量，動(dòng)態(tài)流量平衡閥能保證單個(gè)設(shè)備的工況變化不影響其他設(shè)備的運(yùn)行，既保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。

5.2動(dòng)態(tài)流量平衡閥不宜多級(jí)使用

對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，通常會(huì)在管路上設(shè)置多級(jí)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，但是該方法不適用于動(dòng)態(tài)流量平衡閥。因?yàn)楫?dāng)下級(jí)的某些末端設(shè)備停止使用后，上級(jí)的平衡閥會(huì)使系統(tǒng)中的流量保持基本不變，這會(huì)使下級(jí)正在使用的末端設(shè)備流量增加，影響使用功能，增大調(diào)節(jié)難度。

設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)冬夏供水和回水的溫差來合理設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)流量平衡閥。四管制的空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)使用兩個(gè)平衡閥，用來滿足冬夏兩個(gè)季節(jié)不同水量的要求。對(duì)于兩管制的空調(diào)系統(tǒng)，因?yàn)槎膬蓚€(gè)季節(jié)供熱溫差和供冷溫差的不一致，水流量會(huì)有較大的差異，因此對(duì)于兩管制的空調(diào)系統(tǒng)必須根據(jù)冬夏兩個(gè)季節(jié)不同的流量要求來設(shè)置平衡閥。設(shè)置的方法大致可以分為三種：①對(duì)于可變流量動(dòng)態(tài)平衡閥的設(shè)置，在冬夏進(jìn)行換季的時(shí)候，只要將閥門進(jìn)行轉(zhuǎn)換就行；②設(shè)置兩個(gè)平衡閥，平衡閥1要根據(jù)冬季的流量來確定閥門，平衡閥2要根據(jù)冬夏兩個(gè)季節(jié)最大的水量差來確定閥門，冬季的時(shí)候只開閥門1，夏季的時(shí)候兩個(gè)閥門都開，用兩個(gè)閥門來實(shí)現(xiàn)四管制的功能；③選擇能自動(dòng)控制的動(dòng)態(tài)平衡閥，使用電腦來設(shè)定流量大小。

6　小結(jié)

動(dòng)態(tài)流量平衡閥能在工作壓力差的范圍內(nèi)保持自身的流量基本不發(fā)生變化，能有效地克服“大流量，小溫差”的不良運(yùn)行方式，提高系統(tǒng)能效，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。應(yīng)用動(dòng)態(tài)流量平衡閥可簡(jiǎn)化水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行中的工況波動(dòng)。既適合空調(diào)系統(tǒng)中的定流量場(chǎng)合，又適合變流量的空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)于目前正在大力推廣的實(shí)行分戶熱計(jì)量的供暖系統(tǒng)也是不可或缺的水力平衡設(shè)備，應(yīng)用前景遼闊。

［1］王成.動(dòng)態(tài)流量平衡閥在暖通工程中的應(yīng)用［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2003，24（2）：42～46.

［2］張秋麗.動(dòng)態(tài)平衡閥在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2012，31（5）：66～68.

［3］王柯酣.動(dòng)態(tài)平衡閥在暖通工程的應(yīng)用分析［J］.工程與材料科學(xué)，2013（05）：59.

［4］周亞杰.動(dòng)態(tài)流量平衡閥在建筑工程的應(yīng)用［J］.華東科技：學(xué)術(shù)版，2014（3）：70.

王 浩（1986-），男，研究生，主要從事暖通熱力工程工作。

TU831.4

A

2095-2066（2016）13-0183-02

2016-4-10

平登科（1989-），男，研究生，主要從事暖通熱力工程工作。