暖通空調系統水力平衡調節的有效措施

【摘 要】在建筑物暖通空調水系統中水力失調是最常見的問題，由于水力失調導致系統流量分配不合理，造成某些區域冬天不熱，夏天不冷的情況。系統輸送冷、熱量不合理，從而引起能量的浪費。本文對水力失調和水力平衡的概念進行闡述，并對產生水力失調的原因和調節措施進行了分析。

【關鍵字】空調；水系統；水力失調；平衡調節

在暖通空調水力系統中，雖然某些通用閥門如截止閥、球閥等也具有一定的調節能力，但由于其調節性能不好以及無法對調節后的流量進行測量，因此這種調節只能說是定性的和不準確的，常常給工程安裝完畢后的調試工作和運行管理帶來極大的不便。因此近些年來，在越來越多的暖通空調工程水系統的關鍵部位（如集水器）、特別是在一些國外設計公司設計的工程項目中，均大量地選用水力平衡閥來對系統的流量分配進行調節。

一、水力失調和水力平衡的概念

在熱水供熱系統以及空調冷凍水系統中各熱（冷）用戶的實際流量與設計要求流量之間的不一致性稱為該用戶的水力失調。水力失調的程度可以用實際流量與設計要求流量的比值X來衡量，X稱水力失調度。

X=QS／QJ（QS：用戶的實際流量，QJ：用戶的設計要求流量）

水力平衡是指網路中各個熱用戶在其它熱用戶流量改變時保持本身流量不變的能力，通常用熱用戶的水力穩定性系數r來表示。

r=1／XMAX=QJ／QMAX

（QJ：用戶的設計要求流量，QMAX：用戶出現的最大流量）

二、水力失調和水力平衡的分類

2.1 靜態水力失調和靜態水力平衡

由于設計、施工、設備材料等原因導致的系統管道特性阻力數比與設計要求管道特性阻力數比值不一致，從而使系統各用戶的實際流量與設計要求流量不一致，引起系統的水力失調，叫做靜態水力失調。靜態水力失調是穩態的、根本性的，是系統本身所固有的，是當前我國暖通空調水系統中水力失調的重要因素。通過在管道系統中增設靜態水力平衡設備（水力平衡閥）對系統管道特性阻力數比值進行調節，使其與設計要求管道特性阻力數比值一致，此時當系統總流量達到設計流量時，各末端設備流量均同時達到設計流量，系統實現靜態水力平衡。

2.2 動態水力失調和動態水力平衡

當用戶閥門開度變化引起水流量改變時，其它用戶的流量也隨之發生改變，偏離設計要求流量，從而導致的水力失調，叫做動態水力失調。動態水力失調是動態的、變化的，它不是系統本身所固有的，是在系統運行過程中產生的。通過在管道系統中增設動態水力平衡設備（流量調節器或壓差調節器），當其它用戶閥門開度發生變化時，通過動態水力平衡設備的屏蔽作用，使自身的流量并不隨之發生變化，末端設備流量不互相干擾，此時系統實現動態水力平衡。

三、產生水力失調的原因

水力不平衡常會導致：

3.1 系統中某些用戶流量過大引起其他用戶流量過小，不利環路無法獲得所需要的流量。

3.2 由于冷熱源與輸配管路流量不匹配，在滿負荷時，供熱溫度比預期值低，供冷溫度比預期值高，導致水系統處于大流量、小溫差運行工況。

3.3 水泵選型偏大，水泵運行在偏離高效區不合適的工作點處。能量輸配效率低下，無法進行整體調控和節能運行。

3.4 在大流量小溫差的工況下運行，冷熱源難以達到其額定出力，使實際運行的機組超負荷或運行機組臺數超過實際負荷要求的臺數。

3.5 在裝備有自動控制的系統中，往往由于水量不符合設計要求，而使自控裝置失靈或不能充分發揮其控制功能，導致溫控效果差。

3.6由于調節閥的調節相互影響，電機頻繁動作，使用壽命縮短。

四、系統水力平衡調節的有效措施

4.1 單個水力平衡閥的調節

單個水力平衡閥的調節是簡單的，只需連接專用的流量測量儀表，將閥門口徑及設計流量輸入儀表，根據儀表顯示的開度值，旋轉水力平衡閥手輪，直至測量流量等于設計流量即可。

4.2 已有精確計算的水力平衡閥的調節

對于某些水系統，在設計時已對系統進行了精確的水力平衡計算，系統中每個水力平衡閥的流量和所分擔的設計壓降是己知的。這時水力平衡閥的調節步驟如下：（1）在設計資料中查出水力平衡閥的設計壓降；（2）根據設計圖紙，查出（或計算出）水力平衡閥的設計流量；（3）根據設計壓降和設計流量以及閥口徑，查水力平衡閥壓損列線圖，找出這時水力平衡閥所對應的設計開度；（4）旋轉水力平衡閥手輪，將其開度旋至設計開度即可。

4.3 一般系統水力平衡閥的聯調

對于目前絕大部分的暖通空調水系統，其設計只有水力平衡閥的設計流量，而不知道壓差，而且系統中包含多個水力平衡閥，在調節時這些閥的流量變化會互相干擾，這時如何對系統進行調節，使所有的水力平衡閥同時達到設計流量呢？

4.4 系統水力平衡調節的分析

①并聯水系統流量分配的特點：并聯系統各個水力平衡閥的流量與其流量系數KV值成正比（由于管道中水流速度較低，假定各并聯支路上平衡閥兩端的壓差相等），調節閥V1、V2、V3組成的并聯系統，則QV1：QV2：QV3==KV1：KV2：KV3（Q為流量，KV為流量系數）。當調節閥V1、V2、V3調定后，KV1、KV2、Kv3保持不變，則調節閥V1、V2、V3的流量Q V1、Q V2、Q V3的比值保持不變。如果將調節閥V1、V2、V3流量的比值調至與設計流量的比值一致，則當其中任何一個平衡閥的流量達到設計流量時，其余平衡閥的流量也同時達到設計流量。

② 串聯水系統流量分配的特點

串聯系統中各個平衡閥的流量是相同的，調節閥G1和調節閥V1、V2、V3組成一串聯系統，則：QG1=Qv1+Qv2+Qv3；

③ 串并聯組合系統流量分配的特點

實際上是一個串并聯組合系統。其中平衡閥V1、V2、V3組成一并聯系統，平衡閥V1、V2、V3又與平衡閥G1組成一串聯系統。

根據串并聯系統流量分配的特點，實現水力平衡的方式如下：

首先將平衡閥組V1、V2、V3的流量比值調至與設計流量比值一致；再將調節閥G1的流量調至設計流量。這時，平衡閥V1、V2、V3、G1的流量同時達到設計流量，系統實現水力平衡。

實際上，所有暖通空調水系統均可分解為多級串并聯組合系統。

4.5 水力平衡聯調的步驟

該系統為一個二級并聯和二級串聯的組合系統，（V1～V3、V4～V6、… Vl6-Vl8）為一級并聯系統，又分別與閥組1（G1、G2…G6）組成一級串聯系統；閥組I為二級并聯系統，又與系統主閥G組成為二級串聯系統。該系統水力平衡聯調的具體步驟如下：

①將系統中的斷流閥（圖中未標示）和水力平衡閥全部調至全開位置，對于其它的動態閥門也將其調至最大位置，例如，對于散熱器溫控閥必須將溫控頭卸下或將其設定為最大開度位置；

②對水力平衡閥進行分組及編號：按一級并聯閥組1～6，二級并聯閥組I，系統主閥G，順序進行；

③測量水力平衡閥V1—Vl8的實際流量Q實，并計算出流量比q=Q實／Q設計；

④對每一個并聯閥組內的水力平衡閥的流量比進行分析，例如，對一級并聯閥組I的水力平衡閥V1～V3的流量比進行分析，假設q1

⑤按步驟④對一級并聯閥組2-6分別進行調節，從而使各一級并聯閥組內的水力平衡閥的流量比均相等；

⑥測量二級并聯閥組I內水力平衡閥G1—G6的實際流量，并計算出流量比Q1一Q6；

⑦對二級并聯閥組的流量比Q1～Q6。進行分析，假設Q1

總上所述，在暖通空調水系統中，應根據工程投資和系統的精度要求合理地選用水力平衡設備，既要滿足工程設計和技術規范要求，同時又應采用合理的方案，為甲方節約資金。合理地安裝水力平衡閥以及采用正確的方法進行系統聯調，可以極大地改善系統的水力特性，使系統接近或達到水力平衡，從而既為系統的正常運行提供了保證，同時又節省了能源，使系統經濟高效地運行。