暖通空调水系统的水力平衡调节

暖通空调水系统的平衡调节摘要通过对集中供热和空调水系统流量变化的分析，阐述了选用静态水力平衡阀、动态平衡阀、动态平衡电动调节阀的原因，并介绍了这几种阀门的特性和控制机理，包括控制方式、方法。探讨了这几种阀门的调试过程，提出了暖通空调水系统调试的重要性。关键词：水力失调静态水力平衡动态水力平衡压差控制调试方法前言集中供热和中央空调的水系统运行中，水力失调是常见的问题。水力系统的失调有两方面的含义：一是指虽然经过详细的水力计算并达到规定要求，但在实际运行后，各用户的流量与设计要求不符，这种水力失调是稳定的、根本性的。如不加以解决影响将始终存在。称之为稳态失调。二是指系统运行中，当一些用户的水流量改变时（关闭或调节时），会使其它用户的流量随之变化。这涉及到水力稳定性的概念。对其它用户影响小，则水力失调程度小，水力稳定性好，称之为动态（稳定性）失调。产生水力失调的原因。管网水力失调的原因是多方面的，归纳起来主要有两种：（1）管网中流体流动的动力源（一般泵、重力差等）提供的能量与设计要求不符。例如：泵的型号，规格的变化及其性能参数的差异，动力电源的波动，流体自由液面差的变化等，导致管网中压头和流量偏离设计值。（2）管网的流动阻力特性发生变化，很多原因会导致管网阻抗发生变化。例如：在管路安装中，管材实际粗糙度的差别，焊接光滑程度的差别，存留于管道中泥沙、焊渣多少的差别，管路走向改变而使管长度的变化，弯头、三通等局部阻力部件的增减等，均会导致管网实际阻抗与设计值偏离。尤其是一些在管网设置的阀门，改变其开度即可能大大改变管网的阻力特性。水力失调对管网系统运行会产生不利影响。管网系统往往是多个循环环路并联在一起的管路系统。各并联环路之间的水力工况相互影响，必然会引起其他环路的流量发生变化。如果某一管段的阀门开大或关小，必然导致管路流量的重新分配，即引起了水力工况的改变。当某些环路因发生水力失调而流量过小，如锅炉循环系统中水冷壁管路流量分配不均，使部分管束水流停滞则有可能发生爆管事故；在制冷机水循环系统中，蒸发器管束因此可能发生冻管事故。在供热空调系统中流体流量的变化使其负担输配的冷热量改变，即其水力失调必然会导致热力失调。在水力失调发生的同时，管网中的压力分布也发生了变化。在一些特殊情况下，局部管路和设备内的压力超过一定的限值，则可能使之破坏。空调、采暖水系统中，由于水力失调导致流量分配不合理，区域流量过剩和区域流量不足，造成了某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起了能源的浪费，为了解决这个问题，提高水泵的扬程，但仍会产生冷热不均及更大的能源浪费。因此必须采用相应的调节阀门对系统的流量分配进行控制和调整。虽然通用阀门如截止阀、球阀等也具有一定的调节能力，但由于调节性能不好以及无法对调节后的流量进行测量和控制。近年来，在越来越多的暖通空调水系统，普遍采用了平衡阀系列产品对水系统的流量分配起到了积极地作用，使管网的运行得到了保证，特别是近年来变流量系统的控制。平衡阀系列产品包括：静态水力平衡阀、动态水力平衡阀等等，下面会和大家一起来分析一下，究竟什么系统需要什么样的水力平衡阀。静态水力平衡阀静态水力平衡阀的工作机理静态水力平衡阀亦平衡阀、手动平衡阀、数字锁定平衡阀、双位调节阀等。它是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到流量分配的目的，并配有流量、压差测量装置。其作用的对象是系统的阻力，能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部分负荷的流量需求，起到热平衡的作用。静态水力平衡阀的使用技巧1．控制单元的选择当平衡各个支路上的各个末端时，你可以将支路看作为一个“黑匣子”，即一个单元，该元件对单元外部流量的调整起比例的反应，合作阀门能够容易地补偿这种扰动。在下一步中，各支路单元使用立管平衡阀作为合作阀门来进行相互平衡。随后立管上的所有单元构成一个较大的单元，其流量可使立管的平衡阀来调节。最后，各立管通过将每个立管作为一个单元来相互平衡，而主管上的平衡阀作为合作阀门。所谓的较好的控制单元为（1）控制阀的阀权度最大化以精确控制；（2）显示水泵的尺寸过大，并能使泵压及相应的泵的成本降至最低。单元控制示意图2．针对流量特性的选择大家普遍认为等百分比特性的阀门是最好的静态水力平衡阀，我们认为只针对末端装置的静态水力平衡阀为等百分比特性就可以了，对于支路、立管、总管的平衡阀完全可以是线性特性的静态平衡阀。因为只有这样，我们的系统阻力才会降到最低；而全用等百分比特性的阀门无疑就会增大了系统的阻力；精确控制的方法应是尽大量的降低系统各个环节的阻力。3．完全采用静态水力平衡阀控制水力平衡的系统，建议每个控制环节都要安装静态水力平衡阀。4.静态水力平衡阀的调试步骤：在设计资料中查出静态水力平衡阀的设计压降；根据设计图纸，查出（或算出）静态水力平衡阀的设计流量；根据设计压降和设计流量以及阀门的口径，查水力平衡阀压损列线图，找出这时静态水力平衡阀所对应的开度；旋转静态水力平衡阀手轮，将其开度旋至设计开度锁定即可。；动态水力平衡阀动态水力平衡阀分动态流量平衡阀、动态压差平衡阀、动态平衡电动调节阀、动态平衡电动二通阀等。动态流量平衡阀我们叫做自力式流量控制阀，在工作压差范围内，依靠自身的机械结构，自主控制被控环路流量不变的阀门。自力式流量控制阀作用的对象是流量，不管循环系统的水量变化和末端负荷的变化，仍旧保持流量不变。而如果系统循环总水量被主动下调，再按照原来的流量分即则总流量就不够了，而自力式流量控制阀又不能提供动力；增加流量，于是有利环路的流量得到了设计流量，不利环路的流量控制阀全开，但流量仍达不到需求，此时不平衡出现了。因此这种系统中，自力式流量阀不能取代平衡阀的作用，动态（稳定性）失调问题，有这样的系统，末端的调节，是通过改变水量调节出力的。比如有些风机盘管系统就是靠变水量来调节出力的，某些建筑，用户使用空调的时间段不同，系统末端水量主动变化的，如空调系统中风机盘管前安装电动两通阀。动态压差平衡阀我们叫做自力式压差控制阀，在工作流通能力范围内，依靠自身的机械结构动作，自主控制被控环路压差不变的阀门。它是用压差作用来调节阀门的开度，利用阀芯变化来弥补管路阻力的变化，从而使在水力工况发生变化时保持被控系统的压差不变。供水管路安装示意图回水管路安装示意图基本功能:1.消耗掉多余压头，保证资用压头。2.满足配套设备的正常工作，以消除系统流量（压力）变化压力的影响。3.为控制阀提供良好的工作条件（最佳状态下工作）。4.保证通过流量限制在最大流量范围内，并且最大限制流量是可以调节的。动态平衡电动调节阀动态平衡电动调节阀是一种新型的电动调节阀，此阀为电动调节阀与自力式压差控制阀的组合，自控系统指令使电动调节阀停留在某一开度，相当于设定一流量，自力式压差控制阀保持此流量不变，当指令改变时电动调节阀开度改变，设定新的流量值，自力式压差控制阀再保持新流量不变，这样可不受外界影响，而保持机组的流量为设计值，使系统调节比较稳定。动态平衡电动调节阀原理示意图基本特性：1．动态平衡电动调节阀安装在组合空调机和新风机组的回水管上，对于随时需要进行流量调节的这些空调末端设备，该阀可以由弱电控制，接受电压或电流信号，按照设定的温度要求和实际的温度变化，适时地按比例的调节方式进行流量调节，同时由于阀门自身的水力自动调节孔板可以根据不同的压差变化自动地保持阀内的压差不变，使设定的流量自动保持恒定，不受系统压差变化的干扰，使得中央空调变水量输配能量的目的得到充分实现。2.动态平衡电动调节阀可以在最小到最大的流量范围内进行30种流量的设定，以保证在接受最大信号时，给所控设备提供所需的额定流量。此功能同时也保证同一规格的动态平衡电动调节阀在控制不同额定水量的末端设备时，同样接受最大的电信号而给出不同的额定水量以满足不同设备的需求。3.与弱电配合动态平衡电动调节阀在电动调节上与普通电动调节阀是一样的，都是控制区域的温度与设定温度发生偏差时接受弱电系统控制器给出的标准电信号（0—10V或2—10V.,0—20mA或4—20mA)来驱动阀门的电动执行器，调整阀门开度的。与弱电接线方式：根据弱电不同的信号，按不同的方式接线。动态平衡电动二通阀动态平衡电动二通阀是压差控制和电热驱动器的组合体，通过面板控制电热驱动器的开关动作，通过压差控制功能维持系统的水力平衡。动态平衡电动二通阀原理示意图动态平衡电动两通阀可以方便得安装在风机盘管回水管处，与普通电动两通阀一样。它也是接受房间温控器的电信号控制，根据需要的不同可以开关量控制或模拟量控制。目前市场上的动态平衡电动二通阀的产品比较杂乱，有电热驱动器+静态平衡阀的、电热驱动器+定流量阀的、电动二通阀+定流量阀的的等等，大家选用的时候一定要分清楚，我们的目的是想怎样的去控制，想达到一个什么效果。水力平衡的方法空调、采暖的空调水系统的控制模式多种多样，基于最基本的控制模式,基本理念为：负荷调节和水力平衡调节共用的模式，质量并调。在采暖系统中，用户安装的散热器恒温阀作为用户的负荷调节，根据室内外温度的变化情况，调节散热器恒温发的开度；换热站的负荷调节主要依靠电动调节阀，根据气候补偿器的需要，调节电动调节阀的开度，用自力式压差控制阀一是限制换热器所供应的最大流量，二是控制换热站与换热站的水力平衡。锅炉房内的锅炉与锅炉之间的水力平衡同样需要静态水力平衡阀来平衡其阻力的大小，以保证其出力。（也可以用自立式流量控制阀替代静态水力平衡阀，主要看用户的需要而定）在空调系统中，末端用户主要靠电动二通阀来调节其负荷的大小，用静态水力阀和支路的压差控制阀来解决其水力平衡的问题。（也可以用动态平衡电动二通阀来替代，主要看项目对舒适度的要求）空气处理机和新风机组主要是靠电动调节阀来调节其负荷大小，用自力式压差控制阀第一是限制其最大流量，第二是保证其系统的水力平衡。（也可以用动态平衡电动调节阀来替代电动调节阀和自力式压差控制阀，主要是项目对舒适度的要求）制冷机与制冷机之间的水力平衡可以用静态水力平衡阀、也可以用自力式流量控制阀来保证它们之间的水力平衡。冷却塔之间需要用自力式流量控制阀来保证冷却塔的定流量运行。变流量系统中自力式压差控制阀与水泵变频之间的关系对于自力式压差控制阀恒定压差的理解应该是恒定被控制环路的压差，对于整个管网系统来说，由于自力式压差控制阀自身压差的影响，末端回路（包括自力式压差控制阀在内）的压差是变化的，也就是说自力式压差控制阀阀前压差是变化的，阀后压差是恒定的。当被控环路用户自身阻力改变时，自力式压差控制阀阻力同向变化，使得作用在被控环路上的压差不变（注意是阀后被控环路压差）；当被控环路外用户或系统阻力改变时，自力式压差控制阀阻力反向变化，使得被控环路压差不变。如此，在设计过程中，自力式压差控制阀自身在设计工况下就必须保证足够的储备压降（阀权度），用以平衡或抵消系统压力波动对被控环路的影响。理解了末端自力式压差控制阀的作用，关于水泵的变频控制就好理解了。当用户负荷减少，恒温阀关小，末端阻力增大，压降增加时，作用其上的自力式压差控制阀也关小，增加自身阻力抵消被控环路用户压差的增加，以维持不变。但此时，对整个管网系统来说，末端的阻力是增加的，压差也是增加的，流量是减少的，水泵可以通过变频调节减少扬程和流量，反馈到末端表现为资用压力不足，此时，压差控制器开大，自身阻力减少，压降减少，以补偿被控环路用户压差的变化，维持恒定。如此反复便构成了水泵变频-自力式压差控制阀-恒温阀的反馈控制。综上所述，平衡阀系列产品对于用户来说提供同样的调节环境，避免了用户自主调节带来的相互影响。同样也使系统的控制变得更简单可行，不管你是计量也好，不计量也好，避免了不必要的浪费。空调、采暖水系统的流量变化分析（1）串联水系统流量特性分析：串联管道系统中各个部件的流量是一致的，即Q1=Q2=Q3=Q4=…………=Qn=Q0（Q1~Qn：系统中第1~n个支路的流量，Q0系统中各个支路的总流量）（2）并联水系统