动态水力平衡对实现中央空调系统精确自控的重要性

文/王焕海 天合新源（天津）能源科技有限公司 天津 300000

为什么说即使是应用了目前最先进技术的自动控制系统也经常达不到所要求的舒适度控制效果，这并不是因为自控系统本身的不完善，而是在大多数情况下，问题的根本在于自控系统所要控制的对象本身，也就是传输冷（热）量的媒介——冷（热）水系统的水力工况！即换言之，那么我们也应该从对水力工况的控制，也就是动态水力平衡的角度来找到解决方案。

1、控制阀阀权度

为了表征和衡量控制阀调节特性偏移的程度以及后文的论证，我们再来介绍一个“阀权度”的概念。我们定义控制阀，如电动调节（两通）阀的阀权度为β，

即阀权度=控制阀全开并流过设计流量时的阀门两端压差/控制阀关闭时两端的压差（即该环路的资用压头）。从定义可知阀权度是一个介于0～1的数字，它反映了当控制阀从全开到全关时，有多少额外压差作用在阀门两端，额外压差增加的越多，阀权度越小，阀门的调节特性偏离理想特性——控制阀供应商所提供的阀门工作曲线的程度越严重，实际调节特性也就越差。例如，阀权度β=0.25，表示阀门趋于关闭时，有相当于4倍的阀门全开正常工作时的压差作用在控制阀两端上！通俗点解释，当控制阀关闭时，是因为我们想降低流量，可当阀门关小时，阀门两端所增大的压差又会加快流过阀门流体的流速，会产生增加流量的趋势，所以控制阀不能真正将流量降低到“所需值”，即控制阀的调节特性发生了改变！一般来讲，我们建议控制阀的阀权度不应小于0.5，最小不能小于0.25。

为了更好的量化和分析问题，以典型空调水系统工况建立一个简单的模型来计算说明。在我们所要讨论的环路中，在设计工况下盘管阻力20kpa，从水泵至该环路的管路损失为65kpa，假设设计工况下我们所选的控制阀两端的工作压差为15kpa，则从水泵至该点所需的资用压头为20+15+65=100kpa。

再看一下在50%负荷情况下此控制阀的阀权度将如何变化。如前文中论述，我们以常规的末端空调设备为例，系统在50%负荷情况下设备及管路中的总流量仅为设计流量的20%左右，相应地，此时消耗在系统管路以及末端设备上的压损仅为设计工况时的 4%， 即（65+20）＊4%=3.4kpa， 那 么 此时控制阀趋于关闭时作用在其上的实际压头将增大至100-3.4=96.6kpa！实际阀权度β=15/96.6≈0.155＜0.25！如此低的阀权度将意味着“振荡控制”的问题将出现！我们付出昂贵代价所获得的自控系统将无法实现其应有的控制效果！而且这种问题将可能在整个系统运行时间的50%-70%中出现！

结论：

以往，人们过于单方面依赖自控系统的作用，而忽视了自控系统所要控制的水系统本身问题的复杂性，即水力不平衡所造成危害的严重性。只有合理地应用水力平衡措施，才是提高暖通空调系统的舒适性和节约能耗的有效途径。