暖通工程中动态流量平衡阀的应用

平登科，王　浩（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北　武汉　430000）



暖通工程中动态流量平衡阀的应用

平登科，王浩（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430000）

随着暖通工程的大型化和复杂化，如何消除采暖系统和空调系统中的水力失调现象，保持系统的正常运行已成为暖通工程中需要特别重视的问题。而动态流量平衡阀能有效的解决这一问题，本文主要介绍了动态流量平衡阀在暖通工程使用场合以及一些注意事项。

暖通工程；动态平衡；水力失调

1　引言

随着我国城镇化的推进和经济的快速发展，城市建筑的规模越来越大，结构也越来越复杂。由此导致了采暖系统和空调系统复杂化，此时水力平衡成为采暖系统和空调系统的一个重要难题。

采暖系统和空调系统在实际的设计中，由于建筑结构和系统本身的特性，不可能都采用同程系统。而异程系统特别是功能比较复杂的空调系统，各环路的末端设备必然存在阻力差异。当系统中某些用户根据自身需求调节末端设备工况时，会导致系统中的流量分配和设计状态发生偏离，引发系统出现水力失调，导致末端设备出现冷热不均的现象，这样不仅不能确保空调系统的正常使用，还会导致能源的浪费。

2　解决水力失调的方法

目前工程中解决水力失调的方法主要是加节流孔板、安装手动调节阀以及设置动态流量平衡阀。

2.1节流孔板

在空调接近冷源环路的位置或者热力的进入部位安装节流孔板，通过节流孔板来消除一定的压力。但这种方法需要对水系统的阻力进行准确的计算，经过孔板的水流量不能出现变动，当末端的流量发生变化依旧会出现水力的失调和能源的浪费。且孔板本身也易堵塞，不便于维护。

2.2手动调节阀

手动的调节阀很难对大型的空调系统来进行调节，如果对前端的阀门进行手动调节，则会使后端的流量发生变化。如果调整后端的流量，那么前端的流量也会发生变化。因此，手动调节阀调整不仅费力而且也非常费时间。对于大型的复杂系统，工程师们应当具有高超的专业技能以及丰富的从业经验。一旦系统的压力以及负荷发生变化，整个系统需要重新进行水力计算和系统调节。

2.3动态流量平衡阀

对空调设备末端或者热力入口处的流量进行准确计算，根据流量的变化范围以及压力来选择合适的动态平衡阀。把调整好的阀门安装好后，只需要把阀门处的压力变化范围控制在阀门的设计发内之内，空调系统在运行的时候即可根据工况自动调整流量，不需要人为调节。

3　动态流量平衡阀的特点

3.1动态流量平衡阀的工作原理

动态流量平衡阀的工作原理是调整平衡阀阀芯的过流面积，适应在阀门前后的压差变化，进而控制流量。动态流量平衡阀是以改变局部阻力为主要目的的节流元件，对于不可压缩的流体来说，其流量方程式为：

式中：Q——动态流量平衡阀的流量m3/h；

K——流量系数；

ρ——流体密度，kg/m3；

A——平衡阀阀芯的过流面积，m2；

△P——阀门进出口压力差，Pa。

在如果阀门的开度不发生变化时，K值的变化可以忽略，因此，阀门的流量要维持A△P/ρ的值不发生变化。平衡阀由支撑装置，高精度弹簧以及过流阀胆组成，工作时由弹簧所承受的压力差控制阀胆的过流大小，从而控制阀门的流量，工作原理图如图1所示。

图1　动态流量阀工作原理图

3.2阀门的工作过程

当平衡阀前后的压差小于阀门启动压力时，弹簧基本没有压缩，这时的流通面积最大。当平衡阀前后的压差处于平衡阀的工作范围内时，弹簧会被阀胆压缩，阀胆两边的圆孔和几何型的通道会流过水流。当压力变化时，阀胆的相对位置会发生变化，导致过流面积发生变化。如果该压力变化在阀门工作范围以内，则阀门基本可以保持水流量的恒定。如果平衡阀前后的压差比工作范围大，则弹簧会被阀胆全部压缩，只有阀胆两边的圆孔会有水流，此时阀胆相当于固定的节流孔板。

动态流量平衡阀可以自动恒定流量，可以通过调节压力范围来控制空调末端最大流量，简化了空调系统的调试，减少了调试时间。在异程水系统中应用动态流量平衡阀，可以实现设计水力工况和环境温度的平衡，末端设备的启停不会对空调系统中其他的设备造成任何影响。

4　实际工程中动态流量平衡阀的应用

4.1区域供暖

动态流量平衡阀应用到热力入口，能保证供暖系统供暖的可靠性和稳定性。散热器入口的温控阀稳定运行需要立管有稳定的流量，而动态平衡阀能保证各环路立管中流量的基本稳定，从而解决异程系统中的水平失调问题。

4.2空调系统

在大型空调系统中，平衡阀应该设置在空调设备的末端，以平衡系统工况变化后的水力变化。特别是当系统中的水泵，冷却塔以及冷热源的设计管线受到限制时，需尽量采用动态流量平衡阀来防止负荷的偏载，保证系统设备的安全运行。

5　空调系统中设计中动态流量平衡阀应当注意的问题

5.1动态流量平衡阀无法调整负荷

在空调系统的设计当中，动态流量平衡阀只可以调节系统的水力平衡，不能调节负荷。因为对动态流量平衡阀的误解，一些设计人员认为平衡阀可以用来调整采暖系统和空调系统的负荷，而使用动态流量平衡阀来替代电动三通阀，导致系统无法调节负荷。而空调系统随着室内的负荷变化，末端设备的水量也需要进行相应调节，此时可以将动态流量平衡阀和电动三通阀串联使用。电动三通阀可以根据负荷调节末端设备流量，动态流量平衡阀能保证单个设备的工况变化不影响其他设备的运行，既保证了系统的正常运行，又实现了节能的目的。

5.2动态流量平衡阀不宜多级使用

对空调系统进行设置的时候，通常会在管路上设置多级手动调节阀，但是该方法不适用于动态流量平衡阀。因为当下级的某些末端设备停止使用后，上级的平衡阀会使系统中的流量保持基本不变，这会使下级正在使用的末端设备流量增加，影响使用功能，增大调节难度。

设计空调系统时，应该根据冬夏供水和回水的温差来合理设计动态流量平衡阀。四管制的空调系统，应当使用两个平衡阀，用来满足冬夏两个季节不同水量的要求。对于两管制的空调系统，因为冬夏两个季节供热温差和供冷温差的不一致，水流量会有较大的差异，因此对于两管制的空调系统必须根据冬夏两个季节不同的流量要求来设置平衡阀。设置的方法大致可以分为三种：①对于可变流量动态平衡阀的设置，在冬夏进行换季的时候，只要将阀门进行转换就行；②设置两个平衡阀，平衡阀1要根据冬季的流量来确定阀门，平衡阀2要根据冬夏两个季节最大的水量差来确定阀门，冬季的时候只开阀门1，夏季的时候两个阀门都开，用两个阀门来实现四管制的功能；③选择能自动控制的动态平衡阀，使用电脑来设定流量大小。

6　小结

动态流量平衡阀能在工作压力差的范围内保持自身的流量基本不发生变化，能有效地克服“大流量，小温差”的不良运行方式，提高系统能效，实现经济运行。应用动态流量平衡阀可简化水系统的设计，动态补偿系统运行中的工况波动。既适合空调系统中的定流量场合，又适合变流量的空调系统，对于目前正在大力推广的实行分户热计量的供暖系统也是不可或缺的水力平衡设备，应用前景辽阔。

［1］王成.动态流量平衡阀在暖通工程中的应用［J］.制冷空调与电力机械，2003，24（2）：42～46.

［2］张秋丽.动态平衡阀在暖通空调系统中的应用［J］.建筑热能通风空调，2012，31（5）：66～68.

［3］王柯酣.动态平衡阀在暖通工程的应用分析［J］.工程与材料科学，2013（05）：59.

［4］周亚杰.动态流量平衡阀在建筑工程的应用［J］.华东科技：学术版，2014（3）：70.

王 浩（1986-），男，研究生，主要从事暖通热力工程工作。

TU831.4

A

2095-2066（2016）13-0183-02

2016-4-10

平登科（1989-），男，研究生，主要从事暖通热力工程工作。