水力平衡技术在暖通空调中的应用及节能效益分析

程利芬

【摘 要】 本文介绍了水力平衡和水力失调的概念与分类，并对水力平衡技术进行了分析，同时对水力平衡技术在暖通空调中的应用及节能效益进行了分析。以供参考。

【关键词】 水力平衡技术；暖通空调；节能效益

Hydraulic balancing technology and energy efficiency in HVAC analysis

Cheng Li-fen

(Handan Institute of Architectural Design Handan Hebei 056000) 

【Abstract】 This article describes the water balance and hydraulic imbalance concept and classification, and water balance techniques were analyzed, while the hydraulic balancing technology and energy efficiency in HVAC analyzed. For reference.

【Key words】 Hydraulic balancing technology;HVAC;Energy efficiency

1. 引言

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。本文在了解水力失调和水力平衡的概念的基础上，对水力失调和水力平衡进行了分析，同时对水力平衡技术暖通空调的应用问题进行探讨，希望有所帮助。

2. 水力失调和水力平衡的概念

在热水供热系统以及空调冷冻水系统中各热（冷）用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。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）。

3. 水力失调和水力平衡的分类

在建筑物暖通空调工程中，水力平衡的调节是个重要的课题。水力平衡又分为静态水力平衡和动态水力平衡两种，水力平衡的实现将有助于工程的完善，同时保证全系统的正常运行。

3.1 静态水力失调和静态水力平衡。

由于设计、施工、设备材料等原因导致的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。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。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。

3.2 动态水力失调和动态水力平衡。

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。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。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。

4. 水力平衡分析

4.1 定流量系统水力平衡分析。

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：

（1）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。

（2）单管串联供暖系统。

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。

（3）末端设备带三通调节阀的空调系统。

该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。

4.2 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。

4.2.1 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。

4.2.2 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，当自身的动态阀门（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。

5. 水力平衡技术在暖通空调中的应用

（1）按照国家规范的热工要求，应通过合理划分和均匀布置环路，并进行水力平衡计算，减少各并联环路之间压力损失的相对差额。当相对差额大于15% 时，应根据水力平衡要求配置必要的水力平衡装置。水力平衡技术是所有节能措施中最重要的一项，是一切工作的基础。抛开水力平衡来谈节能则不能保证用户供暖效果，不能实现最大程度的节能。通常水力管网平衡调节靠平衡阀来实现，平衡阀是解决管网设计、施工过程中产生的最基本失调情况的一种阀门，因此，调节功能是其首要的功能。阀门的理想流量特性主要有直线流量特性、等百分比流量特性、快开流量特性三种。对于平衡阀只有采用线性流量特性和等百分比流量特性才具有良好的调节性能，其中以等百分比流量特性最好。除调节功能之外，平衡阀附加了可测量的测量接口，配合智能仪表可以精确的测量压差、流量甚至介质温度；平衡阀具有可视的数字刻度，一看就可以知道阀门的开度。

（2）平衡阀必须经过科学调试才能达到正确发挥它的作用。与平衡阀一起被发明的还有平衡阀专用智能仪表，它与平衡阀来配合使用。平衡阀与智能仪表一起使用来检测系统运行中的实际数据，如流量、压差、温度等，帮助工作人员进行判断并且做出正确的调整。对于设计人员，应认识到系统的水力平衡是确保分户计量供热实施的重要环节，而且静态平衡是动态平衡的基础。静态平衡是指设计计算条件下各环路流量的理想分配，应对室外区域管网进行合理的统筹设计，对室内外系统要进行严格的水力平衡计算。动态平衡则是当用户进行调节时，系统能够对各环路流量进行相应合理分配。设置必要的调控设备，是为满足计量供热的需要，而不能认为设置调控设备就可取代水力平衡计算。

6. 水力平衡技术在暖通空调中的节能效益

水力平衡技术能够真正实现系统阻力平衡，为采取其它节能措施打下良好的基础。通过此项节能技术，根据不同项目情况，一般在手工调节的基础上供热系统节能可达5%～ 20% 左右。水力平衡的重要价值还在于改善供热品质，提高用户满意度和收费率。通过实际测试，近端用户单位流量是远端用户单位流量的数倍，为使远端用户达到16℃，近端用户室温已经超过20℃，甚至开窗户造成能源浪费。因此须进行水力平衡调试。通过加装调节装置，使各个调节装置处的流量达到计算流量值，即整个系统达到了平衡，实施水力平衡调试技术可节能10% 以上。

7. 结束语

水力平衡技术的应用是改善暖通空调性能和促进节能改造的有效途径，具有很高的经济价值和社会效益，应该大力推广。

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参考文献

［1］ 邹瑜. 供热空调系统水力平衡技术及其应用［J］. 中国建设信息，2010.

［2］ 洪天真，江亿，彦启森. 供热空调系统保证率设计的概念［J］. 暖通空调，2009.

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［文章编号］1619-2737（2014）05-19-783

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