暖通空調(diào)水系統(tǒng)中水力平衡閥的應(yīng)用探討
李貴周
摘 要：本文主要闡述了在空調(diào)水系統(tǒng)存在的水力失調(diào)一些問題，并分析其產(chǎn)生的原因及導(dǎo)致的結(jié)果；同時介紹了水力平衡閥的特性,以及應(yīng)用水力平衡閥對水系統(tǒng)進行水力平衡調(diào)節(jié)的步驟、方法。
關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)系 水力失調(diào)平衡閥 流量限制器
0 引言
隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，各類建筑中的集中供熱和集中空調(diào)面積越來越大,達到幾十萬m2已不鮮見,水力失調(diào)現(xiàn)象變得尤為突出,這就迫使業(yè)主或物業(yè)管理單位不得不在系統(tǒng)上投入更多的設(shè)備和能源,以滿足用戶的要求。本文筆者主要闡述了在暖通空調(diào)水系統(tǒng)存在的水力失調(diào)一些問題，并分析其產(chǎn)生的原因及導(dǎo)致的結(jié)果；并結(jié)合現(xiàn)有水力平衡解決方案介紹了在幾種水力系統(tǒng)中平衡閥的應(yīng)用及特點。
1．產(chǎn)生水力失調(diào)的原因和結(jié)果
水力失調(diào)有兩方面：動態(tài)水力失調(diào)，是指當某些用戶的水流量改變時，會影響其它用戶的流量也隨之變化，偏離設(shè)計要求。靜態(tài)水力失調(diào)，是指系統(tǒng)雖然經(jīng)過水力平衡計算，并達到規(guī)定的要求，但由于設(shè)計、施工安裝、設(shè)備材料等原因?qū)е碌�，各用戶的實際流量與設(shè)計要求不符引起的系統(tǒng)水力失調(diào)。這種水力失調(diào)是先天性的、根本的，如果不加以解決，影響將始終存在。
水力不平衡常會導(dǎo)致：
(1)系統(tǒng)中某些用戶流量過大引起其他用戶流量過小，不利環(huán)路無法獲得所需要的流量。
(2)由于冷熱源與輸配管路流量不匹配，在滿負荷時，供熱溫度比預(yù)期值低，供冷溫度比預(yù)期值高，導(dǎo)致水系統(tǒng)處于大流量、小溫差運行工況。
(3)水泵選型偏大，水泵運行在偏離高效區(qū)不合適的工作點處。能量輸配效率低下，無法進行整體調(diào)控和節(jié)能運行。
(4)在大流量小溫差的工況下運行，冷熱源難以達到其額定出力，使實際運行的機組超負荷或運行機組臺數(shù)超過實際負荷要求的臺數(shù)。
(5)在裝備有自動控制的系統(tǒng)中，往往由于水量不符合設(shè)計要求，而使自控裝置失靈或不能充分發(fā)揮其控制功能，導(dǎo)致溫控效果差。
(6)由于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)相互影響，電機頻繁動作，使用壽命縮短。
2、解決水力失調(diào)的辦法
2.1 加節(jié)流孔板
在熱力入口或空調(diào)靠近冷源環(huán)路的部分管段上增加節(jié)流孔板。采用這種辦法解決水力失調(diào)的前提是：水系統(tǒng)阻力計算準確、熱力或空調(diào)末端流量不能發(fā)生變化。因此在末端流量變化時仍會造成水力失調(diào)及能源上的浪費。
2.2 安裝手動調(diào)節(jié)閥
對大型空調(diào)系統(tǒng)而言，采用手動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過程復(fù)雜，手動調(diào)節(jié)前端閥門，后端流量會受影響。對于復(fù)雜系統(tǒng)，要求調(diào)節(jié)閥門的工程師經(jīng)驗豐富。并且一旦系統(tǒng)壓力或負荷發(fā)生變化仍需要重新調(diào)整水力系統(tǒng)。
2.3 安裝動態(tài)流量平衡閥
熱力入口或空調(diào)設(shè)備末端的設(shè)計流量確定后，根據(jù)流量及閥門處的壓力變化范圍選定動態(tài)平衡閥，安上設(shè)置好的閥門既可使用。只要閥門處的壓差變化在閥門的設(shè)計壓力范圍內(nèi)，無需任何人為的調(diào)節(jié)。
3、動態(tài)平衡閥的特點
3.1 動態(tài)平衡閥的工作原理：
通過改變平衡閥的閥芯的過流面積來適應(yīng)閥門前后的變化，從而達到控制流量的目的。動態(tài)平衡閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，對于不可壓縮的流體其簡化流量的方程為：
Q=KA（△P）
式中：Q——通過平衡閥的流量；
K——閥門開度的流量系數(shù)；
A——閥芯的過流面積
△P——閥門進出口壓差
由于在閥門的開度不變的前提下，K值的變化可忽略，因此閥門的流量要保持恒定應(yīng)控制A（△P）不變。彈簧受壓差的作用自動控制閥膽上過流面積的大小，從而使通過閥門的流量恒定。
3.2 閥門的工作過程：
當平衡閥前后壓差小于最小啟動壓差是彈簧未被壓縮，流通面積最大。當平衡閥前后壓差超越工作范圍是，閥膽完全壓縮彈簧，水流只從閥膽兩邊的圓孔流過，此時閥膽變成了固定的調(diào)節(jié)器，流量與壓差成正比，隨壓差的增大而增大。
動態(tài)平衡閥具有在一定的壓力范圍內(nèi)限制空調(diào)末端設(shè)備的最大流量、自動恒定流量的特點，在大工型、復(fù)雜、空調(diào)采暖負荷不恒定的工程中，簡化了系統(tǒng)調(diào)試過成，并縮短了調(diào)試時間。特別是在異程水系統(tǒng)中使用平衡閥，可以容易實現(xiàn)水力工況平衡、滿足設(shè)計環(huán)境溫度的要求，并且在空調(diào)系統(tǒng)的運行中末端設(shè)備可以不受其他末端的啟停干擾。
4、動態(tài)平衡閥在實際工程中的應(yīng)用
4.1 區(qū)域供暖
熱力入口處采用動態(tài)平衡閥，保證系統(tǒng)所需流量。
室內(nèi)采暖系統(tǒng)，溫控閥保證每個散熱器通過所需流量，動態(tài)平衡閥保證各立管流量恒定，解決水平失調(diào)。
4.2 空調(diào)系統(tǒng)
大型集中空調(diào)系統(tǒng)中，在空調(diào)設(shè)備（空氣處理機及風(fēng)機盤管）末端設(shè)置平衡閥，通過三通（或兩通）電動閥保證設(shè)備所需流量，平衡閥實現(xiàn)水力工況調(diào)節(jié)。在冷熱源，冷卻塔、水泵等處當設(shè)計管線受限時。用平衡閥來避免負荷偏載，保證設(shè)備的正常運行。
5、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計動態(tài)平衡閥反感因該注意的問題
5.1 動態(tài)平衡閥只起水力平衡的作用，不能用于負荷調(diào)節(jié)
由于對動態(tài)平衡閥的誤解，容易認為平衡閥也能平衡空調(diào)或采暖負荷，用平衡閥取代電動三通閥或兩通閥。各個設(shè)備的啟停不會干擾影響其他設(shè)備的水流量，平衡閥起到了水力平衡的作用；而電動三通或兩通閥節(jié)流，能夠調(diào)節(jié)環(huán)境負荷所需數(shù)量。
目前，帶電動自控制功能的動態(tài)平衡閥已經(jīng)面市，按負荷需求動態(tài)平衡空調(diào)系統(tǒng)實行節(jié)能就更容易實現(xiàn)了。因此采用帶電動自控功能的動態(tài)平衡閥，可以將水力平衡與負荷調(diào)節(jié)合二為一，并直接用電腦控制設(shè)定流量，還簡化了安裝及便于安裝在狹小的空間內(nèi)。
5.2 動態(tài)平衡閥不應(yīng)該多極設(shè)置
在空調(diào)設(shè)置中，手動調(diào)節(jié)閥是多極設(shè)計的。而按照這一方法多極設(shè)置動態(tài)平衡閥設(shè)計概念是不對的。其理由是：如果下級的一個或多個設(shè)備關(guān)閉電動閥，而上級平衡閥扔保持流量不變，則會造成下級未關(guān)閉的設(shè)備流量增加，不但加大了水流噪聲，還會影響使用功能，并且也增加了不必要的經(jīng)濟投資。
5.3 空調(diào)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)冬夏供回水溫差水量合理設(shè)置動態(tài)平衡閥
在四管制空調(diào)系統(tǒng)中用兩個平衡閥是可以滿足冬季及夏季不同的水量要求的，當冬、夏季節(jié)空調(diào)供熱、冷水溫差不同時，水流量差異很大，因此在兩管制水系統(tǒng)中則應(yīng)根據(jù)冬、夏季不同流量的要求設(shè)置平衡閥：
方法一，設(shè)置可變流量型動態(tài)平衡閥，冬夏換季時轉(zhuǎn)換閥門。
方法二，設(shè)置兩個平衡閥，閥1按冬季流量選擇閥門，閥2按夏、冬季最大水量之差選擇閥門，冬季閥1，夏季開兩個閥，用兩個閥門實現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的四管制功能。
方法三，采用帶自控裝置的動態(tài)平衡閥通過電腦設(shè)置流量。否則，由于冬季夏季空調(diào)水流量不同，而簡單在空調(diào)末端上設(shè)置固定流量的動態(tài)平衡閥是不可能滿足兩個季節(jié)的水量平衡的。
6．結(jié)束語
合理地應(yīng)用水力平衡閥是提高供熱空調(diào)系統(tǒng)的舒適性和節(jié)約能耗的有效途徑。只有綜合了投資、調(diào)試和運行成本的水力平衡方案才能帶給投資方最大的投資回報。

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