空调水系统调节中平衡阀的使用

高凌峰

摘要：本文介绍了系统水力失调的原因及平衡阀在解决水力失调中的重大作用。介绍了几种平衡阀的特点及其应用。重点介绍了定压调节的几种情况。强调了合理组合及配置平衡阀对空调水系统的平衡起到至关重要的作用。

关键词：水力失调，水力平衡， 平衡阀 ，静态平衡， 动态平衡

Abstract: this paper introduces the system of hydraulic disorders cause and balancing valve in solving the important role of hydraulic disorders. Introduces some characteristics and the application of balancing valves. Focusing on the constant pressure regulation of several ways. Emphasizes the reasonable combination and configuration balancing valve to the balance of the air conditioning water system play a crucial role.

Keywords: hydraulic disorders, hydraulic balance, balancing valve, static balance, the dynamic balance

中图分类号：TS737 文献标识码：A文章编号：

一、水力失调

水力失调是由于水力失衡而引起运行工况失调的一种现象，是空调水系统中常出现的较为严重的问题，是造成系统运行效果差、能源严重浪费等问题的主要原因。引起水力失调的原因很多，有的可能是系统初调节不好或未进行初调节，有的可能是没有安装平衡器件或平衡器件安装不正确。水力失调可分为静态和动态两种类型：

（1）静态水力失调静态水力失调是水系统自身固有的，它是由于管路系统特性阻力系数的实际值偏离设计值而导致的。

（2）动态水力失调动态水力失调不是水系统自身固有的，是在系统运行过程中产生的。它是因某些末端设备的阀门开度改变，在导致流量变化的同时，管路系统压力产生波动，从而引起互扰而使其它设备流量偏离设计值的一种现象。

1水力失调的危害

1.在空调水系统中存在水力失调现象，会使得流经终端用户及机组的实际流量偏离设计流量，近端用户流量过大。

2.为了缓解运行中水力失调，多数水泵选型偏大或水泵运行在不合适的工作点处，导致系统大流量小温差运行。

3.各用户处室温不符合要求，不稳定，靠近冷源处室温较低，远离冷源处室温偏高。

4.使得冷源机组达不到额定出力，实际机组运行台数和按照负荷要求的机组运行台数大大不符。末端用户室温不能满足要求时，企图额外增加水泵和冷水机组开启台数的做法只能造成不平衡的加剧和能量的浪费。

5.由于系统中水力不平衡，末端得到冷量的时间延迟，那么制冷机组就要相对较早的开机以满足末端用户对冷量的需求。当末端用户冷量不足时，很多人想到的方法就是增大水泵的流量，然而水泵的流量增大后近端用户冷量剩余的现象更加严重。

二、水力平衡调节

工程中水力平衡的基本要求是：

在设计工况下所有末端设备必须能够达到设计流量；

系统中任何一组末端设备进行调节时，不会影响其它末端设备的正常运行；

控制阀两端的压差不能有太大的变化；

二次环路的水流量必须兼容。

平衡阀的出现，为从根本上克服水力失调现象创造了条件。对于定流量水来说，系统静态水力失调可以在管道上增设静态平衡阀，通过平衡阀的调节使得用户的实际流量与设计流量相等或者其比例接近设计比例，从而解决失调问题。对于变流量系统来说除了必须达到静态平衡外，还必须较好的实现动态平衡，即在系统的各个末端设备的流量只随设备负荷的变化而变化，而不受系统压力波动的影响。这是一个相对复杂的过程，但可通过各种平衡装置的选择和组合来解决这个问题。

三、几种平衡阀的使用

1、静态平衡阀

前面已经提到静态平衡阀可用于定流量系统水力平衡调节。在变流量系统中如果负荷变化不大，可起到调节作用。但当负荷变化很大时，就不适合了。在变流量系统中，静态平衡阀可用于系统初步的调节，即在变水量装置未使用前调节各支路间流量的分配。与压差控制器配合使用，将是一个较为经济和理想的组合。

静态平衡阀的设置和安装应注意以下几点：

（1）静态平衡阀应当分级设置，在总管、干管、支管、立管上都应设置，以便流量的调节和分配。

（2）各个分支管路上都应设置静态平衡阀。

（3）静态平衡阀安装时，其前后应分别至少有5倍管道直径及2倍管道直径长的直管段。安装在水泵出口的平衡阀，水泵和阀门之间应有10倍管道直径长的直管段，以保证水流的顺畅和均匀，避免湍流对流量测量精度的影响，减小水流对阀门的冲击。

（4）静态平衡阀宜安装在回水管道上。

2、动态流量平衡阀

自动流量平衡阀可以用于定水量和变水量系统中末端需定水量的支路。对于变水量系统而言，当某一个支路负荷发生变化时，该支路流量的变化就会引起整个系统流量发生重新分配。而对于一些室内温度满足要求的支路，并不希望流量发生变化，此时仅仅设置静态平衡阀并不能满足要求，可以安装自动流量平衡阀，保证该支路的流量不发生变化。在冷源近端安装自动流量平衡阀可以避免近端支路出现超流现象，有助于解决水力失调问题。在机组或锅炉出口安装自动流量平衡阀，可以保证机组或锅炉额定状态运行。

相比于静态平衡阀，自动流量平衡阀的优点在于只需根据每个末端或分支路的设计流量，选择相同流量的自动流量平衡阀就可以了，在运行过程中，可进行动态调节，使流量保持为设计值。

自动流量平衡阀的缺点在于它的定流量是在一定的压差范围之内，若系统压差过大，自动流量平衡阀的调节将失效。

自动流量平衡阀的设置与安装要求：

（1）自动流量平衡阀宜设置在末端装置前，以保证末端用户的流量，且不受其他末端用户负荷变化的影响。但不能和比例积分的电动调节阀串联安装。

（2）在末端装置设置了自动流量平衡阀的系统不宜在支路上再设置自动流量平衡阀。末端设置了自动流量平衡阀，其流量可以控制在设定范围内，因此没有必要在支路上再设置自动流量平衡阀。

（3）冷水机组或热水锅炉出口管路上宜设置自动流量平衡阀，保证冷水机组或热水锅炉额定状态运行。

（4）自动流量平衡阀前后宜有一定的直管段，保证水流的顺畅均匀。

（5）阀门压力工作范围，要大于最小启动压差。

3、压差控制器

在变流量系统中，负荷变化一般会很大，回路或是末端上的压差会以更大的幅度变化，这使得调节阀的工作范围急剧变窄，回路间的互扰也较为严重。如果控制回路或末端压差不变，使其流量只首温度控制而改变。这就是压差控制器的作用。

压差控制阀可以把系统分成若干个相对独立的区域，区域之间互不影响。在支路上安装压差控制阀，每个支路上的压差稳定下来，同时末端可以得到相应的压差。因此，各个支路是相对独立的，可独立进行平衡，而与其他支路无关。在立管或支管上安装压差控制阀可以保证立管或支管的压差稳定在合适的范围内。压差控制器也可以用在调节阀两端，控制调节阀的压差，避免调节阀阀权度过小影响其调节能力。

压差控制阀的设置与安装应注意以下几点：

(1)压差控制阀应设置在立管或支管上，当对系统要求较高时，也可直接设置在末端装置上。

(2)压差控制阀宜安装在系统的回水管上。

(3)压差控制阀宜与静态平衡阀配合使用。此时，静态平衡阀设置在供水管上，压差控制阀设置在回水管。

(4)安装时注意压差控制阀及其对应的静态平衡阀应全开，便于下一步的调试工作。

4、压差控制器的使用举例

1．用于设备末端的定压调节

图1为以风机盘管为末端的压差控制方式，电动两通阀安装在进水管，压差控制器安装在回水管上，通过毛细管的连接，保持电动两通阀进出口压差的恒定。这种方式调节精度较高，但设备初投资非常高且安装麻烦。

图2为以空调箱为末端的压差控制方式，电动调节阀及压差控制器安装在空调箱的供水管上，压差控制器的取压点位于电动调节阀的进出口，保持电动调节阀进出口压差的恒定在设定压差。缺点同样是设备初投资非常高且安装麻烦。

上面两种安装方式，末端设备的定压调节电动调节阀的流量只受由于负荷变化而导致的温度温度控制信号变化的影响，而不受由于其它末端设备流量调节而导致系统压力波动的影响，系统实现动态平衡。

2．用于系统支路间的定压调节

此种方式是兼顾精度和经济性的调节方式，如图3所示。电动两通阀安装在每个风机盘管的供水管，压差控制器安装在各层水平回水支管上，另一个取压点接在供水支管上，通过定压差作用保证各个支路的供回水管的压差不变。

这种方式能够屏蔽各支路间末端系统流量调节间的相互干扰。对于同一支路的末端设备，如果设备不多，则设备间流量调节的相互影响较小；如果设备数量较多，则离压差控制器较近的设备流量调节的互相干扰较小，反之离压差控制器较远的设备流量调节的互相干扰就较大，精度差。

3．用于系统立管间的定压调节

如图4所示：各立管的回水管安装压差控制器，另一个取压点接在立管供水支管上，通过定压差作用保证各个立管的供回水管的压差不变。此安装方式相比于上一种方式控制精度上差很多，因为各层间的相互干扰并不能屏蔽掉。但初投资要少很多，可用在层数不是很多的系统内。

5、动态压差平衡电动调节阀（一体阀）

图2介绍的情况初投资高且安装麻烦。若采用一体阀距要好的多。它是具有动态平衡功能和电动调节功能一体的阀门。这种阀门一般能避免各并联空调箱流量调节的相互干扰，同时其实际的流量调节特性与理想的流量调节特性一致，调节性能非好。由于这种阀所有功能集中在一个阀体内，因此同等性能下设备初投资较低，安装调试简单。

结论

综上所述，平衡阀技术的运用为暖通空调水系统，特别是变流量系统实现动态水力平衡，更舒适、更经济、更节能的运行提供了非常有效的途径。但平衡阀具体在某个系统中的使用和组合，还要根据初投资和系统精度要求以及具体系统状况提出合理的方案。

参考文献

[1] 陆耀庆 实用供热通风设计手册第二版

[2]王晓松.暖通空调变流量水力系统的全面平衡[J].暖通空调.2005,35（7）：77～81

[3] 贺平、孙刚主编,供热工程。北京:中国建筑工业出版社,1990年

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。