浅议暖通空调水力平衡

郑久存

摘 要：近年来，许多高档的写字楼、酒店等公共建筑都安装了昂贵的中央空调系统，但在系统实际运行过程中，由于系统水力失调，引起区域间冷热不均、控制失灵、能耗居高不下等现象，本文通过考虑合理地安装水力平衡阀，实现暖通系统水力平衡，以求达到暖通系统的舒适与节能。

关键词：水力平衡以及失调；平衡方式；特性；系统水力平衡

一、关于水力的平衡及失调

1.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，这我们称水力平衡。

2.水力失调就是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。暖通空调系统水力失调分为静态水力失调和动态水力失调。由于设计、施工、设备材料等原因导致的在设计工况下，通过每个末端实际流量比值与设计要求流量比值不一致，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。静态水力失调是静态、根本的、系统本身固有。 系统运行过程中，由于一些末端设备调节阀门开度变化引起水流量改变时，从而引起系统压差改变，使其它末端设备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、是在系统运行过程中产生的。

二、水力平衡的必要性

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，造成不同区域冷热不均的情况。系统输送冷、热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，设计人员一味提高水泵扬程，进而产生热（冷）不均及更大的电能浪费。因此，必须采用相应的水力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。因此近些年来，在越来越多的暖通空调工程水系统的关键部位（如集水器、末端机组），均大量地选用水力平衡阀来对系统的流量分配进行调节，以达到水力平衡，实现暖通空调系统节能、舒适。

三、关于定流量与变流量系统

定流量系统是指系统不含任何调节阀门，系统在初调试完成后阀门开度无须做任何改变，系统各处流量始终保持恒定。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，如采用变风量来调节的风机盘管和空调机组等。定流量系统一般只存在静态水力失调，基本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。工程上通常在系统机房集水器以及一些主要分支回水管上安装静态水力平衡阀。

变流量系统是指系统在运行过程中各分支环路的流量随外界负荷的变化而变化。由于暖通空调工程在一年的大部分时间均处于部分负荷运行工况，变流量系统大部分时间管道流量都低于设计流量，因此这种系统是高效节能的。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全面平衡。

四、变流量系统动态水力平衡方式

暖通空调机房主要有以下三种变流量动态水力平衡方式：

1）.自力式压差调节器方式：，在分集水器旁通管上设压差调节器PV调节分集水器压差，当某一分支环路如V1-J1流量变化时，由于压差调节器的调节作用，使分集水器压差△P保持不变。这样，其余分支环路V2-J2、V3-J3的流量并不随之发生变化，从而使系统实现动态水力平衡。

2）.电动调节阀方式： 电动调节阀方式可以分為电动二通阀和电动三通合（分）流调节阀方式三种，以电动二通阀方式为例：从分集水器上采集压力信号P1、P2输入压差变送器，压差变送器输出4-20mA标准电流信号到调节计（或DDC），通过与调节计上设定压差相比较，输出4-20mA控制信号到电动调节阀控制其动作，通过调节电动调节阀改变旁通水量从而保证分集水器压差△P恒定到设计压差，这时分集水器上任一分支回路流量变化时对其它回路不产生影响，系统实现动态水力平衡。

3）.调频水泵方式：从分集水器上采集压力信号P1、P2输入到压差变送器，压差变送器输出4-20mA标准电流信号到调节计（或DDC），与调节计设定压差比较后输出4-20mA控制信号到调频器，通过调频器输出已调频的电压信号到水泵，控制水泵转速改变水流量，从而保证分集水器压差与设定压差保持一致，使系统达到动态水力平衡。

五、水力平衡阀的两个特性

1.流量实时可测性。通过专用的流量测量仪表可以在现场对流过水力平衡阀的流量进行实测。

2.具有良好的调节特性。一般质量较好的水力平衡阀都具有直线流量特性，即在阀二端压差不变时，其流量与开度成线性关系。

六、系统水力平衡调节

系统水力平衡调节水系统水力平衡调节的实质就是将系统中所有水力平衡阀的测量流量同时调至设计流量。

1.单个水力平衡阀调节单个水力平衡阀的调节是简单的，只需连接专用的流量测量仪表，将阀门口径及设计流量输入仪表，根据仪表显示的开度值，旋转水力平衡阀手轮，直至测量流量等于设计流量即可。

2.一般系统水力平衡阀的联调对于目前绝大部分的暖通空调水系统，对系统进行调节，应使所有的水力平衡阀同时达到设计流量。

3.已有精确计算的水力平衡阀的调节，对于某些水系统，在设计时已对系统进行了精确的水力平衡计算，系统中每个水力平衡阀的流量和所分担的设计压降是已知的。这时水力平衡阀的调节步骤如下：①.在设计资料中查出水力平衡阀的设计压降；②.根据设计图纸，查出（或计算出）水力平衡阀的设计流量；③.根据设计压降和设计流量以及阀口径，查水力平衡阀压损列线图，找出这时水力平衡阀所对应的设计开度；④旋转水力平衡阀手轮，将其开度旋至设计开度即可。

4.系统水力平衡调节的分析

1）.并联水系统流量分配的特点：并联系统各个水力平衡阀的流量与其流量系数KV值成正比，如调节阀V1、V2、V3组成的并联系统，则QV1：QV2：QV3=KV1：KV2：KV3（Q为流量，KV为流量系数）。当调节阀V1、V2、V3调定后，KV1、KV2、KV3保持不变，则调节阀V1、V2、V3的流量QV1、QV2、QV3的比值保持不变。

2）.串联水系统流量分配的特点：串联系统中各个平衡阀的流量是相同的，调节阀G1和调节阀V1、V2、V3组成一串联系统，则QG1=QV1+QV2+QV3；串并联组合系统流量分配的特点：是一个串并联组合系统。其中平衡阀V1、V2、V3组成一并联系统，平衡阀V1、V2、V3又与平衡阀G1组成一串联系统。

3）水力平衡联调的步骤

①将系统中的断流阀和水力平衡阀全部调至全开位置，对于其它的动态阀门也将其调至最大位置，例如，对于散热器温控阀必须将温控头卸下或将其设定为最大开度位置。

②对水力平衡阀进行分组及编号：按一级并联阀组1～6、二级并联〈阀组I、系统主阀G顺序进行。

③测量水力平衡阀V1～V18的实际流量Q实，并计算出流量比q=Q实/Q设计。

④对每一个并联阀组内的水力平衡阀的流量比进行分析，例如，对一级并联阀组1的水力平衡阀V1～V3的流量比进行分析，假设﹤q3，则取水力平衡阀V1为基准阀，先调节V2，使q1=q2，再调节V3，使q1=q3，则q1=q2=q3；

⑤按步骤④对一级并联阀组2～6分别进行调节，从而使各一级并联阀组内的水力平衡阀的流量比均相等；

⑥测量二级并联阀组I内水力平衡阀G1～G6的实际流量，并计算出流量比Q1-Q6；

⑦调节系统主阀G，使G的实际流量等于设计流量。

总结

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。因此，必须采用相应的调节阀门对系统流量分配进行调节。