淺析平衡閥在暖通系統中的應用

■霍 剛 ■西華大學，四川 成都 610039

就熱水采暖與空調水系統而言，為了更好的保證其能夠滿足設計的要求，確保進行合理的分配能到達設備的末端和環路，使所有的建筑與房間都能達到對冷熱負荷的需要，發揮出采暖與空調的最佳作用，另外，能夠最大程度的對能源進行充分利用，在對冷熱水系統進行設計和調節中應該實現和維持完善的水力平衡，這也是采暖和空調系統成功與否的一個關鍵。而目前，由于科技、工程和產業自身的原因，水力失調的現象比比皆是。為了更好的保護水系統的阻力平衡，建設者盡量采取同程式水管路體系，加強水管干管及主要支管的口徑，以減少比摩阻的辦法得以消除阻力的不均衡，但鑒于其超控環路間的負荷及使用、時間等差別，還是有阻力不均衡的問題發生;而且，在現實操作中，鑒于條件的影響，設計者也會采取異程式水系統，所以水力平衡更是不可輕視。

1 水力失調的原因及解決方法

水力失調分為靜態失調和動態失調兩種。

1．1 靜態水力失調

由于系統起初的設計、就設備而言，在對材料進行選擇的時候，包括最終的安裝與連接時，所出現的管道阻力會和設計時的要求產生一定的差異，也就會導致流量出現設計與實際上的差異性的變化，對于該系統自身所具備的穩態水力失調來講，稱其為靜態水力失調，這一點也是暖通系統中導致水力出現失調的主要原因。通過在管道結構中添加靜態平衡閥的方法，對該結構的阻力實施調整，使其和設計規定的阻力相一致，此時在系統總流量達到設計流量時，各末端用戶流量均能達到設計流量，從而消除了靜態水力失調產生的冷熱不均現象。

1．2 動態水力平衡

在系統運轉進程中當有些使用客戶閥門開度改變招致水流量改變的時候，因為系統的壓力形成波動，其他使用客戶的流量也跟著產生變化，與系統制定的要求流量有偏差，進而造成水力失調，此類在體系運轉進程中形成的失調稱為動態水力失調。通過動態流量平衡閥的設置，能夠有效進行定流量的控制，準確保證別的用戶的閥門開度控制，保證流量并不受到其他用戶的動作變化，對于其他的末端流量也是如此，這樣情況下，就能夠有效保證系統中的水力失調問題得到一定消除。

2 靜態水力平衡閥和動態流量閥的工作機理與區別

2．1 靜態水力平衡閥

靜態水力平衡閥屬于手動調節閥范疇。它是通過改變閥芯與閥座的間隙，來改變流經閥門的阻力，進而達到調節流量的目的。

它屬于調節型閥門，具有數字鎖定的獨特功能，選用的是直流型的結構設計，其較好的等百分比流量的優點使得它可以恰當的分派流量，暖氣(空調)調節室內溫度時的溫度不均衡的問題得以解決。為了保證在管網中流動的有效性，可以通過實現流量和壓降的條件來進行一定的控制，這樣無疑能夠更好保證能源的節約和液體的平衡。在平衡閥的閥門處裝有開啟與關閉度的指示燈，設有開度限定配置和檢驗流量的閥，按要求在每個支路處和住戶接入口安裝好合適標準的閥門，并且事先用專業儀器調試檢測好后設定，把整個體系的總水量限制在特定的值內，以避免流量大、溫差小的不良情況。

在管道系統中安裝靜態水力平衡閥，通過對其的調節來改變系統管道特性阻力數比值，達到與設計要求一致。系統調試合格后，不存在靜態水力失衡問題。調試合格的系統如處于部分負荷運行狀態，在總流量減少時由靜態平衡閥所調節的各分支管道會自動同比減少流量，但各分支管道所設定的流量比值不變。

2．2 動態流量平衡閥

動態流量平衡閥亦稱作自力式流量控制器。原理上看，在一定的工作差壓范圍內，它可以有效地控制住通過的流量。隨著閥門前后壓強間的差距增加后，經過它的自動調節系統的調節，仍然可以使流量不增加;相反，當壓強差距降低時，它會自動擴大，使流量維持不變。但是，在前后壓強差距小于它正常工作范圍的時候，因為它不可能有更多的壓頭作為供給，所以這時候閥門就是全部打開的，流量就會低于原定數值，導致失控。因此，有的公司稱其為最大流量限制器。

根據動態流量平衡閥閥的形狀外觀上區分，現階段掌握的主要由三種構成樣式(1)對于具有定流量元件的閥體來說，在節流內部就具有感應部分。在前后壓差變化的前提下，截流面積也在不斷發生變化，其中，通過有效計算，能夠得到面積的變化情況。一定要保證在有效的工作范圍內進行閥門的操作，比如，根據所提供的auto－flow的曲線，有曲線可以得到，40～400kPa則是滿足需要的有效工作壓力，高于400Kpa閥門全關，低于20Kpa閥門全開)，能夠保持流量變化在設定值的±5%范圍內。定流量部件在完工送出廠家的時候，是有定好的流量控制的，并且在按照客戶需求的規格發貨后不可以自己隨便更改。(2)某廠家的動態流量電動平衡閥，這種形式的平衡閥通過閥體內的導流通道將調節結構兩端的壓力分別引致膜片上下端，通過彈簧力的作用帶動閥桿調節開度，從而保持平衡狀態。當閥門進行流量調節時，為按照等百分比曲線(或者直線曲線)進行流量調節，控制環境溫度，可以與樓宇自控系統配合，接受多種控制信號控制。在閥門打開角度一定的前提下，壓差的變化不會引起閥門通過流量的改變。這種閥門如果想要確定流量值，可以利用改變彈簧預緊力的方法，這種方法在規定的流量變化范圍內都可行。(3)與以上兩種形式不同的還有一種國產雙座閥形式的動態流量平衡閥，結構上可以分作兩部分，通過手動調節段來設定流量，通過自動調節段來控制流量，這種閥門有較寬的流量設定范圍，具有很好的穩定流量的效果。但是相比而言造價較高。

3 靜態水力平衡閥和動態流量平衡閥在系統中的不同作用

靜態水力平衡閥和動態流量平衡閥主要的不同點為，靜態水力平衡閥是一次性手動調節的，不能自動地隨系統工況變化而改變阻力系數;動態流量平衡閥則可以不借助外界能源自力地動作，根據系統工況(差壓)變化而改變阻力系數。對于水力平衡閥而言，可以分為靜態和動態兩種，前者的作用對象主要是阻力，從這一點來看，主要是起到可調孔板的效果，實現對管網阻力以及環路之間的平衡;而后者的主要的作用是對水量起到鎖定的效果。兩種閥門都可以達到在調試工況下(通常是設計工況)合理分配各個環路水量。但是，在不同于調試工況的運行工況時應用兩種閥門是否能平衡水量?這就需要從不同的變工況種類來分析。

3．1 定流量系統的靜態水力平衡

當完成初步檢測調試之后的流量系統無需更改設置，以保證多處流量正常不變。該系統使用最多的是方便終端裝置不需要流量設置的系統。比方說應用改變溫度來改善空調系統，包括僅限于使用氣候補償器來改善供熱溫度的系統等使用。系統中無需安裝動態閥門。

3．2 變流量系統的全面水力平衡

隨著人們對空調品質要求的提高和節能意識的不斷增強，變流量水力系統在暖通空調工程中的位置越來越重要。變流量系統在運行過程中各分支環路的流量隨外界負荷的變化而變化。因此一年的大部分時間均處于部分負荷運行工況，管道流量低于設計流量。

但是正因為這類動態的運作，變流量體系通常會有動態水力失調的問題，也會發生靜態水力的故障，所以一定要采用必要的水力平衡辦法來確保系統的全面協調。具體來說，不但需要裝配靜態水力平衡閥，而且還要選用合理的動態流量平衡裝置。

4 工程實例分析

下圖為某工程暖通空調變流量水力系統中實現全面平衡的一個工程實例。

圖1 工程縮略圖(Engineeringthumbnail)

此工程采用的系統水力平衡措施具有以下特點:

(1)通過安裝靜態水力平衡閥并初調試合格，可以使各個末端設備流量在閥門全開時同時達到設計流量;(2)通過裝配了靜態水力平衡閥，可以使主機需要保持流量恒定的管路一直保持規定的流量;(3)在配裝上動態平衡電動二通閥之后，就風機盤管閥門打開的情況而言，能夠保證達到設計流量的要求，同時可以確保其避免受到系統壓力變化帶來的影響;(4)通過安裝動態平衡電動調節閥，可以使末端設備(如空調箱、新風機組)的流量只受標準控制信號的影響，而不受系統壓力波動的影響，末端設備的流量變化不互相干擾;(5)通過安裝電動壓差旁通系統，讓系統能按照負荷的撥打那個要求自動的調節進入系統的流量，完成供需總流量的瞬時一致性。

5 總結

在關于系統均衡的問題上，大家一般都會更關心主機的環保，還有在監管體系中的節能，很少關心水力均衡帶來的降耗。其實只有在系統水力平衡的情況下，主機與控制體系才會發揮高效節能的功能。掌握靜態水力平衡閥和動態流量平衡閥的功能，合理地應用到系統中，會使系統更高效、合理的運行。

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［2］陸亞俊，暖通空調(第二版)［M］，北京;中國建筑工業出版社，2007;67－80．

［3］陸耀慶，實用供熱空調設計手冊(第二版)［M］，北京;中國建筑工業出版社，2007;1964－2059．

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