淺議暖通空調水力平衡

高國泉

摘 要：高檔的寫字樓、酒店等公共建筑的中央空調系統在系統實際運行過程中，由于系統水力失調，引起區域間冷熱不均、控制失靈、能耗居高不下等現象，本文通過考慮合理地安裝水力平衡閥，實現暖通系統水力平衡，以求達到暖通系統的舒適與節能。

關鍵詞：水力平衡以及失調；平衡方式；特性；系統水力平衡

一、關于水力的平衡及失調

1.網路中各個熱用戶在其它熱用戶流量改變時保持本身流量不變的能力，通常用熱用戶的水力穩定性系數r來表示，這我們稱水力平衡。

2.水力失調就是在熱水供熱系統以及空調冷凍水系統中各熱（冷）用戶的實際流量與設計要求流量之間的不一致性。暖通空調系統水力失調分為靜態水力失調和動態水力失調。由于設計、施工、設備材料等原因導致的在設計工況下，通過每個末端實際流量比值與設計要求流量比值不一致，從而使系統各用戶的實際流量與設計要求流量不一致，引起系統的水力失調，叫做靜態水力失調。靜態水力失調是靜態、根本的、系統本身固有。 系統運行過程中，由于一些末端設備調節閥門開度變化引起水流量改變時，從而引起系統壓差改變，使其它末端設備的流量也隨之發生改變，偏離設計要求流量，從而導致的水力失調，叫做動態水力失調。動態水力失調是動態的、變化的、是在系統運行過程中產生的。

二、水力平衡的必要性

由于水力失調導致系統流量分配不合理，某些區域流量過剩，某些區域流量不足，造成不同區域冷熱不均的情況。系統輸送冷、熱量不合理，從而引起能量的浪費，或者為解決這個問題，設計人員一味提高水泵揚程，進而產生熱（冷）不均及更大的電能浪費。因此，必須采用相應的水力調節閥門對系統流量分配進行調節。 雖然某些通用閥門如截止閥、球閥等也具有一定的調節能力，但由于其調節性能不好以及無法對調節后的流量進行測量，因此這種調節只能說是定性的和不準確的，常常給工程安裝完畢后的調試工作和運行管理帶來極大的不便。因此近些年來，在越來越多的暖通空調工程水系統的關鍵部位（如集水器、末端機組），均大量地選用水力平衡閥來對系統的流量分配進行調節，以達到水力平衡，實現暖通空調系統節能、舒適。

三、關于定流量與變流量系統

定流量系統是指系統不含任何調節閥門，系統在初調試完成后閥門開度無須做任何改變，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，如采用變風量來調節的風機盤管和空調機組等。定流量系統一般只存在靜態水力失調，基本不存在動態水力失調，因此只需在相關部位安裝靜態水力平衡設備即可。工程上通常在系統機房集水器以及一些主要分支回水管上安裝靜態水力平衡閥。

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。由于暖通空調工程在一年的大部分時間均處于部分負荷運行工況，變流量系統大部分時間管道流量都低于設計流量，因此這種系統是高效節能的。變流量系統一般既存在靜態水力失調，也存在動態水力失調，因此必須采取相應的水力平衡措施來實現系統的全面平衡。

四、變流量系統動態水力平衡方式

1.自力式壓差調節器方式：，在分集水器旁通管上設壓差調節器PV調節分集水器壓差，當某一分支環路如V1-J1流量變化時，由于壓差調節器的調節作用，使分集水器壓差△P保持不變。這樣，其余分支環路V2-J2、V3-J3的流量并不隨之發生變化，從而使系統實現動態水力平衡。

2.電動調節閥方式： 電動調節閥方式可以分為電動二通閥和電動三通合（分）流調節閥方式三種，以電動二通閥方式為例：從分集水器上采集壓力信號P1、P2輸入壓差變送器，壓差變送器輸出4-20mA標準電流信號到調節計（或DDC），通過與調節計上設定壓差相比較，輸出4-20mA控制信號到電動調節閥控制其動作，通過調節電動調節閥改變旁通水量從而保證分集水器壓差△P恒定到設計壓差，這時分集水器上任一分支回路流量變化時對其它回路不產生影響，系統實現動態水力平衡。

3.調頻水泵方式：從分集水器上采集壓力信號P1、P2輸入到壓差變送器，壓差變送器輸出4-20mA標準電流信號到調節計（或DDC），與調節計設定壓差比較后輸出4-20mA控制信號到調頻器，通過調頻器輸出已調頻的電壓信號到水泵，控制水泵轉速改變水流量，從而保證分集水器壓差與設定壓差保持一致，使系統達到動態水力平衡。

五、水力平衡閥的兩個特性

1.流量實時可測性。通過專用的流量測量儀表可以在現場對流過水力平衡閥的流量進行實測。

2.具有良好的調節特性。一般質量較好的水力平衡閥都具有直線流量特性，即在閥二端壓差不變時，其流量與開度成線性關系。

六、系統水力平衡調節

1.單個水力平衡閥調節單個水力平衡閥的調節是簡單的，只需連接專用的流量測量儀表，將閥門口徑及設計流量輸入儀表，根據儀表顯示的開度值，旋轉水力平衡閥手輪，直至測量流量等于設計流量即可。

2.一般系統水力平衡閥的聯調對于目前絕大部分的暖通空調水系統，對系統進行調節，應使所有的水力平衡閥同時達到設計流量。

3.已有精確計算的水力平衡閥的調節，對于某些水系統，在設計時已對系統進行了精確的水力平衡計算，系統中每個水力平衡閥的流量和所分擔的設計壓降是已知的。這時水力平衡閥的調節步驟如下：①.在設計資料中查出水力平衡閥的設計壓降；②.根據設計圖紙，查出（或計算出）水力平衡閥的設計流量；③.根據設計壓降和設計流量以及閥口徑，查水力平衡閥壓損列線圖，找出這時水力平衡閥所對應的設計開度；④旋轉水力平衡閥手輪，將其開度旋至設計開度即可。

4.系統水力平衡調節的分析

（1）并聯水系統流量分配的特點：并聯系統各個水力平衡閥的流量與其流量系數KV值成正比，如調節閥V1、V2、V3組成的并聯系統，則QV1：QV2：QV3=KV1：KV2：KV3（Q為流量，KV為流量系數）。當調節閥V1、V2、V3調定后，KV1、KV2、KV3保持不變，則調節閥V1、V2、V3的流量QV1、QV2、QV3的比值保持不變。

（2）串聯水系統流量分配的特點：串聯系統中各個平衡閥的流量是相同的，調節閥G1和調節閥V1、V2、V3組成一串聯系統，則QG1=QV1+QV2+QV3；串并聯組合系統流量分配的特點：是一個串并聯組合系統。其中平衡閥V1、V2、V3組成一并聯系統，平衡閥V1、V2、V3又與平衡閥G1組成一串聯系統。

七、結語

在建筑物暖通空調水系統中，水力失調是最常見的問題。因此，必須采用相應的調節閥門對系統流量分配進行調節。

參考文獻：

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