論暖通空調變流量水力系統平衡問題

【摘要】近年來，大型商場、工作室飛速發展，中央空調成為改善室內溫度、環境、及建筑品味的主要設施。隨著人們對空調質量的要求以及節能意識的不斷提高等的變化，如何改善空調系統的質量變得越來越重要，研究變流量水力系統在空調設計中的作用也顯得尤其重要。基于此，本文對暖通空調變流量水力系統平衡問題進行了研究。

【關鍵詞】暖通空調 變流量水力系統 平衡問題

隨著人們生活品質要求、節能意識的不斷提高，以及空調系統的大型化，變流量水力系統在暖通空調系統中占有越來越重要的位置。變流量系統在運行過程中各分支路的流量是隨著外界環境負荷的變化而變化，因此變流量系統的全面平衡問題成為暖通空調設計界的一個重要課題。

一、水力平衡

1、靜態水力失調和靜態水力平衡

靜態水力失調是指由于設計、施工、設備材料等方面存在的限制條件導致系統管道特性阻力數比值與設計要求的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流量不一致引起的水力失調。靜態水力失調是穩定的、根本性的，是系統本身所固有的。圖1 為某異程系統的靜態水力失調及其平衡措施示意圖。假設各支路的流量和阻力相等，則不難看出，支路5 為最不利支路。水泵揚程根據最不利支路的阻力確定，應保證最不利支路的作用壓差滿足要求。水壓圖中末端壓降等于各支路實際所需要的作用壓差， 此時正好能夠滿足最不利支路5的需求。從圖中可以看出，大部分支路兩端的作用壓差大于末端壓降，例如支路2 上作用壓差的余量為 ，并且支路離冷熱源越近， 壓差余量越大。壓差余量正是產生靜態水力失調的原因，壓差余量越大，靜態水力失調越嚴重。靜態水力失調可以采用靜態平衡閥來消除。即通過改變靜態平衡閥閥芯與閥座的間隙（開度） ，改變節流面積及閥門的阻力，從而達到調節流量的目的。靜態平衡閥安裝在各個支路上，通過設定其阻力來消除作用壓差的余量。當各支路的流量平衡后，一般不再改變平衡閥的開度，此時各支路和各管段的阻抗分布也就確定下來了。

2、動態水力失調和動態水力平衡

動態水力失調是指系統實際運行過程中，當某些末端設備的閥門開度改變引起流量變化時，系統的壓力產生波動，其他末端的流量隨之發生改變、偏離末端要求流量而引起的水力失調。圖2 為某兩支路異程式水系統的動態水力失調平衡措施示意圖。設計工況下，對兩支路進行了靜態水力平衡，各支路的流量為設計流量。水泵的工作點在管網特性曲線圖（見圖3） 上為A 點。當某一支路上的閥門開度減小，使通過該支路的流量減小時，管網的阻抗將會增大，管網特性曲線與水泵工作特性曲線的交點變為B 點。從圖中可以看出B 點的揚程大于A 點的揚程，此時作用在另一支路上的作用壓差將增大，流量也會跟著增大。

二、變流量系統的全面水力平衡

1、靜態水力平衡的實現

通過在相應的部位安裝靜態水力平衡設備，使系統達到靜態水力平衡。實現靜態水力平衡的判斷依據是：當系統所有的自力式閥門均設定到設計參數位置，所有末端設備的溫控閥（電、氣動閥）均處于全開位置時，系統所有末端設備的流量均達到設計流量。從以上可以看出，實現靜態水力平衡的目的是使系統能均衡地輸送足夠的水量到各個末端設備，并保證末端設備同時達到設計流量。但是，末端設備在大部分時間是不需要這么大流量的。

2、動態水力平衡的實現

通過在相應部位安裝動態水力平衡設備，使系統達到動態水力平衡。實現動態水力平衡的判斷依據是：在系統中各個末端設備的流量達到末端設備實際瞬時負荷要求流量的同時，各個末端設備流量的變化只受設備負荷變化的影響，而不受系統壓力波動的影響，即系統中各個末端設備流量的變化不互相干擾。變流量系統的動態水力平衡在保證系統供給和需求水量瞬時一致性（這個功能是由各類調節閥門來實現的）的同時，避免了各末端設備流量變化的相互干擾，從而保證系統高效穩定地將設備在各個時刻所需的流量準確地輸送過去。目前在暖通空調變流量系統中常用的兼具動態平衡與調節功能的動態水力平衡設備主要有動態平衡電動二通閥（風機盤管用）、動態平衡電動調節閥（各類空調箱用）等。

三、變頻水泵水系統的水力平衡措施

在一次泵變流量系統中，必然存在一個壓差設定值，例如圖1 所示系統采用末端壓差控制法時，壓差設定值大小等于末端壓降。壓差設定值是保證系統正常運行的關鍵， 它可以用來控制水泵運行，也可以用來平衡用戶側和冷熱源側的流量。壓差設定值可以分為三類，分別對應圖4 中的0， H 1 和H 2。H 2 為干管壓差控制的設定值；H 1為末端壓差控制的設定值；0 為無旁通的溫差控制法的壓差設定值，可以近似認為壓差設定值為0。不同的壓差設定值， 對應的水力平衡措施是不同的，下面分別加以說明。

1、末端壓差控制的水力平衡措施

末端壓差控制的壓差設定值等于設計工況下被控支路（ 一般為最不利環路） 的作用壓差，其大小等于圖5 中的末端壓降。圖5 以某異程系統為例，介紹了H 1 壓差設定值下的水力失調情況及其水力平衡措施。當關閉支路3 時，支路3 前面的干管流量將減小，水壓線變得平緩，支路1，2 的作用壓差將減小，減小值分別為 。支路3 后面的干管流量不變，支路4，5 的作用壓差不變。當關閉其他支路時，有類似的變化趨勢。對于同程系統及環形管網，流量的變化趨勢略有不同，但是某些支路的作用壓差依然會減小。如果對該系統進行靜態水力平衡，則支路1，2的有效作用壓差小于末端壓降， 會出現冷熱輸送量不足、系統無法正常換熱的情況。因此，該系統不能采用靜態平衡閥消除靜態水力失調，而應該采用動態壓差平衡閥消除靜態水力失調及動態水力失調。在實際的空調工程中，尤其對于大型空調水系統，各支路的作用壓差相差懸殊，對于作用壓差大而自身阻力小的支路，可以適當裝設靜態平衡閥消除部分靜態水力失調。這樣設置平衡閥有利于減小動態壓差平衡閥的調壓范圍，有利于選擇壓差控制精度高的動態壓差平衡閥。

2、干管壓差控制的水力平衡措施

干管壓差控制的壓差設定值等于設計工況下供回水干管之間的作用壓差，其大小等于圖6 中旁通管兩端的作用壓差。圖6 以某異程系統為例，介紹了H 2 壓差設定值下的水力失調情況及其水力平衡措施。當關閉支路5 時，各支路的作用壓差將增大，增大值分別為 ， 。圖6 中給出的是關閉支路5 時的系統水壓圖，雖然實際的流量調節方法可以是減小該支路的開度，但是其影響是類似的，具有可比性。當關閉其他支路時，系統也具有類似的變化趨勢。對于同程系統及環形管網，不能用水壓圖直觀地反映各支路的作用壓差變化情況，但是也具有相同的變化規律。該系統可以采用靜態平衡閥和動態壓差平衡閥的組合來消除水力失調。其中作用壓差余量 采用靜態平衡閥消除，作用壓差余量 采用動態壓差平衡閥消除。

總結

隨著我國經濟的快速發展和人們生活質量的提高，能源問題顯得越來越重要。在保障舒適性的前提下，節約現有能源、開發利用新能源成為制冷空調新產品研制過程中考慮的重要因素。隨著電子技術的發展，變水量空調系統應運而生，并得到越來越普遍的推廣應用，也得到了很大的社會效益和經濟效益。因此近些年來，在越來越多的暖通空調工程水系統選用水力平衡閥來對系統的流量分配進行調節。

參考文獻

[1]高養田。空調變流量水系統設計技術發展[J].暖通空調，1996.

[2]高養田。空調變流量水系統設計技術發展（續）[J].暖通空調，1996.