浅谈如何调节水力平衡

吕轶娜

摘要：本文揭示了水力失调与水力平衡的概念及其分类，并对定流量系统及变流量系统水力失调的特点、实现水力平衡的措施及典型的几种系统形式进行了深入的分析。

关键词：水力平衡 水力失调 定流量 变流量

Abstract: this paper reveals the hydraulic disorders and hydraulic balance the concept and classification, and the constant flow system and variable flow system of hydraulic disorders characteristic and implementation of the measures and hydraulic balance of several typical system form further analysis.

Keywords: hydraulic balance hydraulic disorders variable flow rate constant flow

中图分类号：P512.2+2文献标识码：A 文章编号：

目前，国家对建筑节能越来越重视，供热、空调系统的节能运行受到更多的关注，但是在实际生活中，由于設计、施工、调节等各方面的不当，水力失调是很常见的问题。

水力失调分为静态失调和动态失调。静态失调是由于某些环路存在剩余压头，即某些环路的阻力过小时，这些环路的实际流量就将超过设计流量，由于总的流量一定，则其他部分就达不到设定流量，就会出现冷热不均；在动态系统中，当某些环路的水量发生变化时，会引起系统的压力分布发生变化，从而干扰到其他环路，从而使其他环路本不应有的变化产生。水力平衡的原理也就是克服水力失调的原理。

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。

水力失调和水力平衡的概念：

水力平衡是针对水力失调问题而产生的一种调节方法，目的是消除水力失调，达到节能降耗。

在运行过程中,由于各种原因的影响,往往使得网路的流量分配与各用户的设计要求不相符合,各用户之间的流量要得新分配,.各用户的实际流量与要求流量之间的不一致性称为水力失调.

水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值X来衡量，X称水力失调度。

X = QS/QJ（QS：用户的实际流量，QJ：用户的设计要求流量）

水力平衡是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力，通常用热用户的水力稳定性系数ｒ来表示。

ｒ=1/ XMAX = QJ/ QMAX

（QJ：用户的设计要求流量，QMAX：用户出现的最大流量）

二、水力失调和水力平衡：

1、系统管道特性阻力数比与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计要求流量不一致，引起系统的水力失调，叫做静态水力失调。

2、当用户阀门开度变化引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致的水力失调，叫做动态水力失调。

3、静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是当前我国暖通空调水系统中水力失调的重要因素。动态水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。

4、通过在管道系统中增设静态水力平衡设备（水力平衡阀）对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，此时当系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，系统实现静态水力平衡。通过在管道系统中增设动态水力平衡设备（流量调节器或压差调节器），当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰，此时系统实现动态水力平衡。

三、定流量系统水力平衡：

定流量水力平衡系统是暖通空调设计中常见的水力系统，在运行过程中系统各处的流量基本保持不变。常用的主要有以下三种形式：

完全定流量系统：

完全定流量系统是指系统中不含任何动态阀门，系统在初调试完成后阀门开度无须作任何变动，系统各处流量始终保持恒定。完全定流量系统主要适用于末端设备无须通过流量来进行调节的系统，如末端风机盘管采用三速开关调节风速和采用变风量空气处理机组的空调系统以及系统要求较低、只需气候补偿器调节供暖水温即可满足基本需要的供暖系统等。

完全定流量系统只存在静态水力失调，不存在动态水力失调，因此只需在相关部位安装静态水力平衡设备即可。通常在系统机房集水器上安装水力平衡阀（如图1所示）；对于空调水系统，可以在建筑物各层水平回水管上安装水力平衡阀。

2、单管串联（带旁通管）供暖系统：

单管串联供暖系统包括垂直双管水平单管串联系统以及垂直单管系统等。这种系统主管的流量基本不变，因此是定流量系统。

这种系统主要存在静态水力失调，在水平分支管上由于三通或二通温控阀的调节作用而存在一定的动态水力失调。因此只需在相关部位增设相关的水力平衡设备即可使系统保持水力平衡。具体如下：

⑴、在系统机房集水器上安装水力平衡阀；

⑵、在立管回水管上设水力平衡阀（如图2所示）；

⑶、在水平分支管上安装流量调节器保证各分支环路流量恒定（既可在本分支环路内部管道特性变化时保持流量恒定，也可在其它环路流量变化时避免受其干扰）。

3、末端设备带三通调节阀的空调系统：

如图3所示，该系统与系统2类似。系统各分支环路的流量基本不变，是定流量系统。这种系统主要存在静态水力失调，在末端管路上也存在一定的动态水力失调。因此只需在相应部位增加相应的水力平衡设备即可使系统保持水力平衡。

四、变流量水力平衡分析：

变流量系统一般既存在静态水力失调，也存在动态水力失调，因此必须采取相应的水力平衡措施来实现系统的水力平衡。由于暖通空调工程在一年运行的大部分时间均处于部分负荷运行工况，因此变流量系统大部分时间系统流量都是低于设计流量的。因此这种系统是实时、灵敏、高效、节能的。

1、静态水力平衡的实现：

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。

所以，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：

通过在相应部位安装动态水力平衡设备，使系统达到动态水力平衡。它包含二方面内容：

①、当系统其它环路发生变化时，自身环路关键点压差并不随之发生变化，当自身的动态（如温控阀、电动调节阀）开度不变时，流量保持不变；

②、当外界环境负荷变化导致系统自身环路变化时，通过动态水力平衡设备的作用，使关键点压差并不发生变化，此时自身其它并联支路的流量也不发生变化。

由上可知，变流量系统动态水力平衡一般是通过动态水力平衡设备将双管并联系统关键点压差恒定在设计压差来实现的。因此变流量动态水力平衡系统也可叫做变流量定壓差系统。压差调节是变流量系统的主要调节方式。

五、总结：综上所述，在暖通空调系统中采用水力平衡技术是建筑节能的有效措施之一，是空调系统安全、舒适运行的保障。应该注意以下细节处理：1、通过在暖通空调水系统集水器回水主管、总管以及末端设备各层支路回水管等部位安装静态水力平衡阀，在系统初调试时通过一定的步骤进行调节，保证系统实际的管道特性阻力数比值与设计要求的管道特性阻力数比值一致，从而使系统在初调试合格后实现静态水力平衡；2、通过在空调箱、空气处理机、新风机组处安装动态平衡电动调节阀，保证当系统的一个末端设备由于自身负荷变化流量发生变化时，系统中其它设备由于自身的动态屏蔽作用流量并不随之发生变化，系统运行时各末端设备的流量只受自身负荷变化的影响，而不受系统压力波动的影响，这样系统就实现了动态水力平衡。3、通过在风机盘管处安装动态平衡电动两通阀，保证当系统的一个末端设备由于自身负荷变化流量发生变化时，系统中其它设备由于自身的动态屏蔽作用流量并不随之发生变化，系统运行时各末端设备的流量只受自身负荷变化的影响，而不受系统压力波动的影响，这样系统就实现了动态水力平衡。4、通过在主设备处安装动态流量平衡阀以保证设备运行对于流量稳定的要求，同时对水泵、主机设备提供安全保证，确保水泵、主机设备的最佳工况点运行、 减少功耗、降低运行费用、延长设备使用年限。5、通过在机房分、集水器上安装电动压差旁通系统从而保证变流量系统对于水流量随着系统负荷适时变化的要求。6、通过安装以上的水力平衡设备，并进行合理的调试，这样在系统调试合格后，一方面系统的各个末端设备流量在动态阀门处于全开位置时同时达到设计流量，实现静态水力平衡，另一方面，在系统的运行过程中，各个末端设备的流量同时达到系统实际要求流量（这种流量是适时变化的）且不互相干扰，从而实现动态水力平衡。 这样，系统就实现了全面的水力平衡。这种系统是最节能的、用户末端舒适度将会大大增强。

参考文献：

1、陈沛霖、岳孝芳主编—空调与制冷技术手册。上海，同济大学出版社，1990年

2、陆耀庆 等主编—供暖通风设计手册。北京，中国建筑工业出版社，1987年

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。