暖通空调系统水力平衡方案及比较分析

暖通空调系统水力平衡方案及比较分析在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。由于水力失调导致系统流量分配不合理，某些区域流量过剩，某些区域流量不足，造成某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，提高水泵扬程，但仍会产生热（冷）不均及更大的电能浪费。因此，必须采用相应的调节阀门对系统流量分配进行调节。虽然某些通用阀门如截止阀、球阀等也具有一定的调节能力，但由于其调节性能不好以及无法对调节后的流量进行测量，因此这种调节只能说是定性的和不准确的，常常给工程安装完毕后的调试工作和运行管理带来极大的不便。一、水力平衡技术是节能及提高供热（冷）品质的关键在供热空调系统中，由于种种原因，大部分输配环路及热（冷）源机组（并联）环路存在水力失调，使得流经用户及机组的流量与设计流量不符。加上水泵选型偏大，水泵运行不合适的工作点处，导致水系统处于大流量、小温差运行工况，水泵运行效率低、热量输送效率低。并且各用户处室温不一致，近热（冷）源处室温偏高（高），远热（冷）源处室温偏低（高）。对热（冷）源来说，机组达不到其额定出力，使实际运行的机组台数超过按负荷要求的台数。以上种种原因，造成了能耗高，供热（冷）品质差的弊病。1、静态水力失调系统的流量计算：在未安装静态水力平衡设备前，现场测得的末端设备流量及通过改造水泵来满足流量的计算结果如表1所示，该系统为静态失调的水力系统。表1设备流量设备1设备2设备3设备4总流量（m3/h）设备实测流量（m3/h）2824181686设计流量2020202080实测流量与设计流量比较实测设计实测设计实测设计实测设计为保证设计流量必须采取的措施必须通过增大水泵流量的方法以保证设备4的流量达到设计流量水泵流量增大后的流量数值（m3/h）353022．520107．5由上表可见，设计总流量为80（m3/h），但为了保证最不利环路达到设计流量，实际水泵所需的最小流量为107.5（m3/h），远远大于设计总流量。这样的系统既不节能，也不舒适，因此必须安装静态水力平衡设备对系统进行改造。⑵、静态水力平衡系统的流量计算：表2为安装了静态水力平衡阀并调试合格前后的末端设备流量的实测数值。设备流量设备1设备2设备3设备4总流量（m3/h）设备实测流量（m3/h）2824181686设计流量2020202080实测流量与设计流量比较实测设计实测设计实测设计实测设计为保证静态水力平衡采取的措施安装静态水力平衡设备，并通过一定的调试方法，使各个末端设备的实际流量比值与设计要求的流量比值一致，再将系统总流量调至设计总流量静态水力平衡后的实测流量（m3/h）2020202080表2由上表可见，设计总流量为80（m3/h），系统静态水力平衡后的实际总流量也是80（m3/h），且各个末端设备的流量同时达到设计流量。因此这种系统实现了静态水力平衡，并且舒适节能。1、静态水力平衡的实现：通过在相应的部位安装静态水力平衡设备，使系统达到静态水力平衡。实现静态水力平衡的判断依据是：当系统所有动态水力平衡设备均设定到设计参数位置（设计流量或压差），所有末端设备的温度控制阀门（温控阀、电动二通阀和电动调节阀等）均处于全开位置时（这时系统是完全定流量系统，各处流量均不变），系统所有末端设备的流量均达到设计流量。从上可以看出，实现静态水力平衡的目的是保证末端设备同时达到设计流量，即设备所需的最大流量。避免了一般水力失调系统一部分设备还没有达到设计流量，而另一部分已远高于设计流量的问题。因此它解决的是静态平衡和系统能力问题，即保证系统能均衡地输送足够的水量到各个末端设备。但是，末端设备在大部分时间是不需要这么大的流量的。因此，系统不但要实现静态水力平衡，还要实现动态水力平衡。2、动态水力平衡的实现方式及分析：⑴、暖通空调机房主要变流量动态水力平衡方式：①、自力式压差调节器方式：如图5所示，在分集水器旁通管上设压差调节器PV调节分集水器压差，当某一分支环路如V1-J1流量变化时，由于压差调节器的调节作用，使分集水器压差△P保持不变。这样，其余分支环路V2-J2、V3-J3的流量并不随之发生变化，从而使系统实现动态水力平衡。②、电动调节阀方式：电动调节阀方式可以分为电动二通阀和电动三通合（分）流调节阀方式三种，以电动二通阀方式为例：如图6所示，从分集水器上采集压力信号P1、P2输入压差变送器，压差变送器输出4-20mA标准电流信号到调节计（或DDC），通过与调节计上设定压差相比较，输出4-20mA控制信号到电动调节阀控制其动作，通过调节电动调节阀改变旁通水量从而保证分集水器压差△P恒定到设计压差，这时分集水器上任一分支回路流量变化时对其它回路不产生影响，系统实现动态水力平衡。⑶、带动态平衡电动调节阀的空气处理机组（柜式换热机组）变流量水力平衡方式：动态平衡电动调节阀是一种新颖高效、调节性能极佳的电动调节阀，它实质上是压差调节器与电动调节阀的集成。灵敏高效的，且调节阀流量特性曲线与理想的流量特性曲线一致，没有变形。这种电动调节阀比普通的电动调节阀具有更好的调节特性。二、动态平衡电动阀的特点及其与传统的电动阀门相比较的优势：1、动态平衡电动二通阀：动态平衡电动二通阀是区别于传统的电动二通阀的新一代产品。它不但具有传统的电动二通阀的电动调节作用，即通过房间温控器控制电动二通阀的开启和关闭来调节房间温度，还具有动态平衡的作用，即能在系统压力波动时始终维持电动二通阀开启时的流量保持不变，避免了如传统的电动二通阀在系统处于部分负荷运行状态时由于压力波动较大从而使输送的水流量波动较大、温度控制误差较大、房间忽冷忽热的缺点。动态平衡电动二通阀的工作原理等同于一个动态平衡阀与一个风机盘管电动二通阀的串联，在电动二通阀开启时，通过动态平衡阀的恒流作用使在系统压力波动时维持流经风机盘管的流量不变。动态平衡电动二通阀与传统的电动二通阀的比较：比较内容动态平衡电动二通阀传统的电动二通阀控制温度精度较高一般房间舒适度较高一般二通阀流量在工作压差范围内始终维持不变随着系统压力波动忽高忽低二通阀启闭影响因素仅受房间温度影响受房间温度和系统压力波动影响二通阀启闭状态及时间启闭状态稳定，启闭时间相对恒定在系统压力波动较大时启闭状态不稳定，时间忽长忽短抗干扰能力强弱最小压差要求必须维持最小压差以保证动态平衡无最小压差要求2、动态平衡电动调节阀：动态平衡电动调节阀是区别于传统的电动调节阀的新一代产品。暖通空调系统一般要求电动调节阀具有直线的流量特性曲线，即流量变化与阀体开度变化的比值是一个定值；对于系统负荷波动较大的变流量系统，还要求电动调节阀具有等百分比的流量特性曲线，以满足在小流量时调节较平缓，而在大流量时调节灵敏的要求。传统的电动调节阀理想的流量特性曲线一般都是直线的或等百分比的。但是在实际的工作过程中，特别是在系统负荷波动较大的变流量系统中，由于调节阀进出口压差的波动，其实际的工作流量特性曲线会偏离理想的流量特性曲线，使电动调节阀的调节特性变差，调节精度降低。这种电动调节阀工作时不但受到标准控制信号的控制，还受系统压力波动的影响，抵抗系统干扰的能力较差。在系统压力波动较大或者阀权度较小时，调节精度变差甚至无法调节，导致调节的温度忽高忽低，达不到系统对电动调节阀调节特性的要求。动态平衡电动调节阀是动态平衡与电动调节一体化的产品。它采用全新的设计理念，使得调节阀在系统实际工作过程中当压力波动时，能动态的平衡系统的压力变化。因此，这种动态平衡电动调节阀工作时的流量特性曲线与理想的流量特性曲线是一致的，没有偏离。特殊的设计保证了电动阀的调节只受标准控制信号的作用，而不受系统压力波动的影响，而且，对应电动阀的任一开度位置，其流量都是唯一和恒定的，对于暖通空调系统来说，这就意味着电动阀在任一调节位置输送的热（冷）量都是稳定的。因此，这种电动阀特别适用在系统负荷变化较大的变流量系统中，具有抗干扰能力强，工作状态稳定，调节精度高的特点。避免了传统的电动调节阀即使在同一开度位置，由于系统压力的波动，其流量也是变化的，电动阀输送热（冷）量不稳定，抗干扰能力差、调节精度低的缺点。动态平衡电动调节阀与传统的电动调节阀的比较：比较内容动态平衡电动调节阀传统的电动调节阀调节精度较高一般输送流量在任一开度位置的流量是唯一和恒定的即使在同一开度位置，其流量也随着系统压力的波动而波动输送热（冷）量在任一开度位置输送的热（冷）量都是唯一和恒定的即使在同一开度位置，其输送的热（冷）量也随着系统压力的波动而波动调节阀开度变化只受标准控制信号的控制，不受系统压力波动的影响既受标准控制信号的控制，又受系统压力波动的影响工作状态稳定，不受系统压力波动的影响不稳定，受系统压力波动的影响抗干扰能力强弱最小压差要求必须维持最小压差以保证动态平衡无最小压差要求三、动态平衡电动阀门在系统中的应用：动态平衡电动调节阀主要适用于暖通空调系统末端空调设备（如空调箱、新风机组、空气处理机）的温度控制，在系统负荷波动较大的变流量系统中优势明显。1、风机盘管系统水力平衡和调节方案：以下是风机盘管系统常用四种平衡调节方式的比较表：比较内容静态平衡阀+电动二通阀静态平衡阀+压差调节阀+电动二通阀动态流量平衡阀+电动二通阀动态平衡电动二通阀水平管（静态）末端（静态）水平管（静态）末端（静态）调节精度一般较高较高高很高很高抗干扰能力弱弱较强较强强强静态水力平衡局部全部局部全部全部全部动态平衡功能不能不能部分部分全部全部电动开关功能具有具有具有具有具有具有工作状态不稳定，受系统压力波动的影响较稳定，在一定程度上不受系统压力波动的影响稳定，不受系统压力波动的影响是否能保持设计流量不能一定程度上能够能够最小压差要求无最小压差要求必须维持压差调节器设计压差以保证正常工作必须维持最小压差以保证动态平衡应用范围适用于负荷波动较小的风机盘管系统的温度控制适用于负荷波动较大的风机盘管系统温度控制适用于负荷波动较大的风机盘管系统温度控制2、空调箱（空气处理机组）系统水力平衡和调节方案：针对于空调箱（空气处理机组）系统，常用的几种水力平衡和调节方案主要有“静态平衡阀电动调节阀”、“压差调节阀电动调节阀”、“动态平衡电动调节阀”等。1、“静态平衡阀+电动调节阀”平衡调节方式：图7为空调系统常用的多台空调箱（空气处理机组）并联环路（图中只绘出2台），在空调箱的进口安装了静态水力平衡阀和电动调节阀。在系统初调试时，通过调节静态平衡阀，使系统在初调试合格后各台空调箱的流量同时达到设计流量，从而实现静态平衡；在系统运行过程中，通过电动调节阀的调节作用使各个目标区域的温度达到设定温度；但是，由于这种系统各个末端设备电动调节阀的流量调节存在着相互影响，因此系统很难达到平衡状态，即使达到平衡状态，也会由于这种干扰而很容易偏离平衡状态。2、“压差调节阀+电动调节阀”平衡调节方式：图8为空调系统常用的多台空调箱（空气处理机组）并联环路（图中只绘出2台），在空调箱的进口安装了电动调节阀，出口安装了压差调节阀。通过压差调节阀调节电动调节阀进口A至出口C的压差至设定压差，这样不管系统中其它的动态阀门怎样动作，由于压差调节器的调节作用这两点的压差始终保持恒定，这样就避免了系统中各个末端设备调节的相互干扰，从而实现动态平衡；在系统运行过程中，通过电动调节阀的调节作用使各个目标区域的温度达到设定温度；当然，也可以将压差调节器的取压点定在A、B二点，压差调节器的设定压差随之调整。这时电动调节阀的阀权度变小，从而使调节阀实际的流量特性曲线偏离理想流量特性曲线，调节特性变差。调试时先将电动调节阀全开，然后将压差调节器的压差调至设定压差即可。3、“动态平衡电动调节阀”平衡调节方式：如图9所示，为一组多台空调箱（空气处理机）并联环路（图中只画出2路）。每路通过动态平衡电动阀来调节目标区域的回风温度，其中区域一的设定温度为25℃，区域二的设定温度为27℃。假定处于夏季工况，区域一已调至平衡状态，即目标区域的温度T1已稳定在25℃，这时动态平衡电