關于暖通及新風系統智慧閥門的類型及應用

吳鈞 方勇

摘 要：近年來，智慧閥門在暖通及新風系統中的應用越來越廣泛，其主要是立足于嵌入式軟件技術，融合了流體力學、控制學、傳感技術等多個學科技術，具備多種管道流體參數的測量功能、通信功能與控制功能，同一個智慧閥門能夠對不同功能的輸配進行節能控制，并且具備實現壓力無關型的閥門智慧調節特征，從而切實提高暖通及新風系統的能效與信息化水平，為減少建筑能耗做出極大的貢獻。

關鍵詞：智慧閥門;暖通及新風系統;類型;應用

引言

近年來，我國建筑數量和規模正在不斷擴大，這也使得我國能源消耗不斷增大，其中暖通空調的能源消耗在整個建筑能耗的占比超過50%，而空調系統總能耗中，中央空調水利輸配系統的能源消耗占比為15%至25%。因此，要想實現能源的節約，首先必須提高水系統的輸配能效。而通過將智慧閥門應用到中央空調、工業循環等流體輸配中，不僅能夠實現系統的水力平衡，改善室內的空氣品質，還能夠切實提高系統的輸配能效，從而實現節能減排的效果。

1.智慧閥門的概述

隨著微電子技術與IT技術的不斷發展，智能控制器、壓力傳感器、模擬量電動調節球閥等產品技術越來越成熟，而且價格優勢愈加明顯。智慧閥門創造性地把機電一體化高級智能控制技術取代了以往的機械自力式控制原理，借助配流板的使用，不僅改進了閥門固有流量特性，還借助智能控制器對模擬量電動調節球閥的開度進行調節，實現對閥門流量或是系統壓差的控制，從而實現對調節閥的流量的監測，對外界控制信號或是通訊進行控制，也能夠借助對應用程序的調整，使得在一個閥門上實現不同功能的控制要求[1]。

針對智慧閥門的設計，主要是盡量多使軟件實現硬件的功能，也就是硬件功能的軟件化，這是因為硬件結構的復雜化將會大大增加閥門的整體阻力，增高起始工作壓差，從而造成閥門的“平衡效果”和“阻力效果”相互抵消，還會大大降低兩種效果;同時，若閥門內部結構過于復雜，將極易引發堵塞等故障問題。基于此，智慧閥門摒棄了以往的引壓銅管，采用了高精度的進口壓力傳感器，用電信號取代了水壓力信號，由控制器對電信號進行平衡計算，從而取得壓力無關型的控制特性曲線。智慧閥門主要由智能控制器、控制箱、溫度傳感器、電動執行器、壓力傳感器、閥體法蘭段、配流板、碟閥閥體所構成。

智慧閥門的特點主要有：（1）在相同工況下，其壓降為傳統方案的20%～50%，在極大程度上降低了系統運行能耗;（2）可結合水溫來對冬夏模式進行自動判定，然后及時轉換冬、夏水量;

（3）實現通暢的專利流道設計，可有效避免由于水質較差而引起的堵塞;（4）安裝調試異常簡單;（5）具備智能控制器功能，涉及到多種模塊程序，應用簡單靈活;（6）具備與樓宇系統的通訊接口，可對一定數量的運行數據進行記錄;（7）具備強大的無線通訊功能，在很大程度上節約了布線的成本;（8）結合專業軟件可對系統的運行能耗進行評估;（9）借助比例積分微分（PID）控制模式，以實現較好的控制精度;（10）產品功能靈活，具備很高的性價比;

（11）可對系統運行流量進行實時顯示，當系統出現故障時，能夠進行快速診斷和定位工作等。

2.暖通及新風系統智慧閥門的類型及應用

針對智慧閥門在暖通及新風系統中的應用，主要是通過對控制程序的改變，以實現不同用途控制功能，見圖1。

第一，應用原理。動態平衡電動調節，智慧閥門中具有的接受控制系統開對閥門調節信號進行收集，然后進行動態壓差平衡智能運算，獲取閥門機械開度，然后對閥位進行合理調節。智慧閥門能夠把外部控制信號轉換成流經閥門的流量大小，也就是電子開度，最后以線性曲線或是等百分比實現流量的控制。

第二，安裝事項。智慧閥門控制器不能直接接入220V電源，通常選擇AC24V電源;智慧閥門的電壓不可超過42V;全部接線端子與外殼的間隔距離應控制在8毫米以上;不允許讓內部流體凍結;使用滿足EN60742的雙絕緣安全變壓器;如果選擇有線通訊，必須使用隔離設備來隔離信號。在具體安裝過程中，應由專業人士負責智慧閥門的接線工作，嚴格依據內線規范和流程、電氣設備技術基準來進行配線;為避免短路問題的發生，需要將帶有絕緣保護層的壓線端子設置到連線端子板的電線末端;為避免設備被損壞或是發生外部泄露問題，需要在法蘭段連接位置使用高品質的密封墊;智慧閥門應安裝在良好的環境中，注意不可安裝在易腐蝕的環境中;以水平或是垂直方向對智慧閥門進行安裝，安裝過程中水流方向可任意;在水平安裝過程中，應讓控制器面板朝上;若將智慧閥門安裝在室外，必須做好防潮、防銹、防雨等保護工作;智慧閥門前可預留1～10D直管段，閥門后可預留3～5D直管段，這樣能夠減少水流對閥門控制精度的影響等[2]。

第三，實現節能降耗的方法。具體包括：（1）智慧閥門可對實際通過流量進行控制，每個智慧閥門在運行時一直會隨著管網壓力的變化加以平衡調整，實現對流量的精準性控制，不論在滿負荷或是一些負荷狀態下，都能夠不過流、不欠流，從而實現能量、流量的按需分配，讓暖通及新風系統的全部末端設備均可以獲得最佳流量;（2）智能閥門能夠實現最佳流量的控制，讓整個管網始終處于水力平衡狀態，這就減少了控制閥自身的阻力，讓水泵能夠以低能耗實現最佳運行;（3）智慧閥門可實現冬夏模式的自動轉換，這就對水力系統由于冬夏季極大差異而引發的水利失調問題進行有效解決，從而讓水利系統處于全面平衡的狀態，最終實現節能降耗。

3.結語

綜上所述，隨著我國科學技術的迅速發展，加上人們越來越重視環境保護與節能減排，促使智慧閥門應運而生。通過在暖通及新風系統中對智慧閥門進行有效應用，能夠大幅降低系統的能源消耗量，從而顯著降低建筑物的能耗。目前我國高鐵站、大型酒店辦公樓等場所的中央空調中都已廣泛應用了智慧閥門，可見以智慧閥門替代傳統控制閥的應用前景非常廣闊。

參考文獻：

[1]錢青江.智慧閥門試驗裝置研究[J].中國機械，2014（21）：209-210.

[2]李金峰，周麗.智慧閥門在實際工程中的應用研究[J].科學大眾，2018（2）：5-6.

作者簡介：

吳鈞（1971，10-）男，民族：漢，浙江杭州，學歷：專科，專業：機械設計及制造，職稱：助理工程師，研究方向：機電/暖通。

方勇（1980，12-）男，民族：漢，浙江杭州，學歷：專科，專業：機電一體化技術，職稱：助理工程師，研究方向：機電技術服務。

（1杭州浦盈環境工程有限公司，浙江 杭州 310000;2杭州崇德物業管理有限公司，浙江 杭州 310003）