暖通空調水系統水力平衡閥應用與調節

陳健

中信建筑設計研究總院有限公司 湖北武漢 430014

摘要：隨著社會的發展，暖通空調越來越多的應在了各個領域，與此同時，暖通空調各個方面的性能也越來越受到重視，其中水系統的水力平衡問題越加引起人們的關注。本文簡單的介紹了水系統水力平衡的原理以及特性等，并結合實例闡述水力平衡閥對水力平衡調節過程以及結論等。

關鍵詞：水力失調；平衡閥；系統平衡調試

一、前言

在建筑暖通空調水系統中，水力失調是最為常見的問題。水力失調引起系統水流量分配不合理，某些空調區域的空調水流量過剩，某些空調區域的空調水流量不足，從而造成了某些室內空調房間出現過冷或過熱的現象，沒有達到相應的室內設計溫度。不合理的系統輸送冷、熱，造成能源的浪費；或者為了解決這個問題，一味的提高水泵的壓頭，依然產生冷、熱量的不平衡和造成更大的能源浪費。因此，必須選用相應的調節閥門和采取正確的調節措施，以平衡水系統的流量分配。

二、水力平衡調節概況

盡管一些常見的閥門，如截止閥、球閥等也有一定的調節能力，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，所以只是定性調節，具有不準確性，給工程結束后的調試工作帶來不便。所以近年來，越來越多的暖通空調工程水系統的關鍵部件（如集水器），特別是在一些外國設計公司設計項目中，有很多選擇水力平衡閥對系統的流量分配進行調節（包括系統安裝后的調整和經營管理調整，本文主要闡述了前者，也可以做后者的參考）。

水利平衡閥有兩個特點：（1）具有良好的調節功能。優質水利平衡閥的具有直線流量特性，即在兩端壓差不變情況下，其流量與開度成線性關系；（2）流量實時可測性。通過專用的流量測量儀可以在現場測量通過水力平衡閥的流量。

三、系統水力平衡調節

水系統水力平衡調節的實質就是將系統中所有水力平衡閥的測量流量同時調至設計流量。

1、單個水力平衡閥調節

單個水力平衡閥的調節較為簡單，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。

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已知的。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，查水力平衡閥壓損曲線圖，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。

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，而不知道平衡閥前后的壓差，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。這時要對系統進行調節，使所有的水力平衡閥同時都達到設計流量。

（1）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），如圖1所示，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QV1、QV2、QV3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，如圖1所示，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：如圖1所示，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。

（2）水力平衡聯調的步驟：

如圖2所示，該系統為一個二級并聯和二級串聯的組合系統，（V1～V3、V4～V6、….V16～V18）為一級并聯系統，又分別與閥組I（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（圖中未表示）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，見圖2；

③測量水力平衡閥V1～V18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1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～Q6；

⑦對二級并聯閥組的流量比進行分析，假設Q1

⑧調節系統主閥G，使G的實際流量等于設計流量。

這時，系統中所有的水力平衡閥的實際流量均等于設計流量，系統實現水力平衡。但是，由于并聯系統的每個分支的管道流程和閥門彎頭等配件有差異，造成各并聯平衡閥兩端的壓差不相等。因此，當進行后一個平衡閥的調節時，將會影響到前面已經調節過的平衡閥，產生誤差。當這種誤差超過工程允許范圍時，則需進行再一次的測量和調節。