空調水系統中水力平衡閥的選用

更新時間：2024-01-10

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在空調水系統中，水力失調是最常見的問題。由于水力失調導致系統流量分配不合理，熱量不合理，從而引起能量的浪費，或者為解決這個問題，提高水泵揚程，但仍會產生熱（冷）不均及更大的電能浪費。

本文闡述了空調水系統中選用水力平衡閥的原因，并介紹了水力平衡閥的特性，以及應用水力平衡閥對水系統進行水力平衡調節的步驟、方法，系統聯調的要求、過程和評價。

空調水系統作為空調系統的重要組成部分，其設計的合理性不僅決定了整個空調系統是否能能夠做到高效節能，同時還決定著空調系統能否正常、穩定的運行。空調水系統經過近百年的發展總體理論發展較完備，但在其可調性和平衡性方面的研究較少。在實際工程中常常會產生水系統調節不好和水力失衡的現象。

目前關于空調節能的研究，大量的工作主要是針對高效制冷設備的研發與建筑形式及空調形式的匹配上，而對水系統的調節優化控制和設計的重視度不夠，造成良好的設計方案卻常常出現水系統的調節性差和水力失衡的現象。

隨著各種新技術、新設備的出現，人們對空調系統的控制精度要求加大和對節能性的更高要求，使得空調水系統成為了近期空調技術研究的重點。為了能達到系統能量利用的合理性，就需要系統具有良好的可調性和平衡性，這也是目前水系統所面臨的最大問題。

要保證空調冷凍水系統的良好運行，首先應該滿足系統的水力平衡。目前隨著系統的規模的擴大和系統復雜性的增加，水力平衡越來越重要。現在已經有眾多的團體和學者就水力平衡問題進行了大量的研究。

定流量水系統是中央空調中常見的水力系統，系統中不含任何動態閥門，系統在調試完成后閥門開度一般不再做任何變動，在運行過程中系統各個分支環路的流量基本保持不變。

定流量系統主要用于末端設備無需通過流量來進行調節的系統，如帶三通調節閥的末端設備、采用三速開關調節的風機盤管和采用變風量空氣處理機組的空調系統。

定流量系統只存在靜態水力失調，不存在動態水力失調，因此只需在相應位置安裝靜態水力平衡設備即可。定流量系統常用的水力平衡設備是節流孔板，手動調節閥和靜態平衡閥，動態流量平衡閥等調節元件。

當末端設備水量不發生變化時，可在各個環路的回水管上安裝節流孔板，手動調節閥和靜態平衡閥，動態流量平衡閥。

為了節約能源，變流量水系統在空調工程中的應用越來越多。在變流量系統的運行過程中，各分支環路的流量是隨著負荷的變化而變化。

由于空調系統一年中的大部分時間都在部分負荷工況下運行，系統水流量大部分時間都低于設計流量，因此，變流量系統是高效的、節能的。但是變流量水系統有一個很大的缺點是并聯環路之間的禍合性強，水力會造成相互影響存在動態水力失調。

要實現動態水力平衡，必須滿足水系統中各個末端設備的流量達到實際瞬時負荷要求流量的同時，其流量的變化只受設備負荷變化的影響，而不受系統壓力波動的干擾。

變流量系統的動態水力平衡目的是保證系統供給和需求水量瞬時一致性(這個功能是由各類調節閥門來實現的)，避免了各末端設備流量變化的相互干擾，從而保證系統高效穩定地流量準確地輸送給各個末端設備。

空調系統冷熱量輸出的調節常見的方法是對空調系統的冷凍水進行節流。節流是通過各種調節閥來完成的，調節閥是管道系統中的一個元件，同時又是自動調節系統中的一個重要環節。所以在空調水系統中調節閥的選擇十分重要。

當調節閥兩端的壓差發生變化時調節閥的調節特性也會發生變化。在壓力變化中要保證調節閥的可靠性就必須考慮調節閥的閥權度。調節閥的閥權度定義為調節閥在全開時閥門上壓差與系統總壓差的比值，如圖所示。

當控制閥全開時，壓差ΔPmin等于總的資用壓差減去末端裝置、管路及其附件的壓力降。當控制閥關閉時，由于流量為零，其他組件上沒有壓力降，資用壓差ΔPmax就全部作用在控制閥上。其中的ΔPmin是指當閥門開啟時獲得設計流量的壓差。

當閥門接近關閉時，此時閥門兩端的壓差就會增大造成閥門特性的偏離。偏離的程度取決于閥權度。同時應該注意的是系統壓力變化時，ΔPmin和ΔPmax會以相同的比例同時改變，閥權度SV保持恒定。閥權度只是和控制閥的初始選擇有關。

控制閥的作用是在水力回路中產生一個補充壓力，以限制水量使之達到需要值。控制閥的選擇是要使設計工況下工作的閥門在施加的壓差下，能夠提供所需的流量。

當控制閥選擇過大時，控制閥不得不經常在接近關閉的位置工作，導致控制不穩定。在系統啟動階段，閥門選擇過大的回路就會發生流量超過設計流量，而其他裝置則欠流量。

在控制閥的選擇過程中，關鍵是估計閥門兩端的壓差。實際中閥門產生的壓降應等于資用總壓差減去它所控制的回路的壓力降，這些壓力降均按設計流量估算。在現實的閥門選擇中，一般要求所選調節閥的通常小于管道口徑，主要是因為口徑小可以提高調節精度也可以節省投資

中央空調系統的任務是以低的成本(運行費用)為用戶提供舒適的室內環境。其中由于水系統的單位能耗輸送冷熱量能力大而作為目前大型空調工程中常采用的遠距離輸送冷熱量的主要手段。據目前的統計，中央空調系統在實際運行中，存在著普遍的水力失調問題。所以有必要對空調水系統的水力平衡性進行分析。

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。系統水力平衡聯調的具體步驟如下：

1）將系統中的斷流閥和水力平衡閥全部調至全開位置，對于其它的動態閥門也將其調至最大位置，例如，對于散熱器溫控閥必須將溫控頭卸下或將其設定為最大開度位置；

2）對水力平衡閥進行分組及編號：按一級并聯閥組1~6、二級并聯閥組I、系統主閥G順序進行；

3）測量水力平衡閥V1~V18的實際流量Q時，并計算出流量比q=Q實/Q設計；

4）對每一個并聯閥組內的水力平衡閥的流量比進行分析，例如，對一級并聯閥組1的水力平衡閥V1~V3的流量比進行分析，假設q1<q2<q3，則取水力平衡閥v1為基準閥，先調節v2，使q1=q2，再調節v3，使q1=q3，則q1=q2=q3；

5）按步驟4）對一級并聯閥組2~6分別進行調節，從而使各一級并聯閥組內的水力平衡閥的流量比均相等；

6）測量二級并聯閥組I內水力平衡閥G1~G6的實際流量，并計算出流量比Q1-Q6；

7）調節系統主閥G，使G的實際流量等于設計流量。

在空調水系統中，應根據工程投資和系統的精度要求合理地選用水力平衡設備，合理地安裝水力平衡閥以及采用正確的方法進行系統聯調，可以極大地改善系統的水力特性，使系統接近或達到水力平衡，從而既為系統的正常運行提供了保證，同時又節省了能源，使系統經濟高效地運行。

空調水系統作為空調系統的重要組成部分，其設計的合理性不僅決定了整個空調系統是否能能夠做到高效節能，同時還決定著空調系統能否正常、穩定的運行。良好的系統根基在于良好的設計，所以構建一個合理而優良的空調水系統是非常關鍵的。基于空調水系統在建筑節能中的巨大潛力，為了更加經濟高效地完成流體輸配任務，以及解決空調水系統常見的平衡性和調控性差的現象。