关于空调水系统全面水力平衡的分析

时间：2024-12-31

李鑫禹超

摘要：本文将分析产生水力失调的原因，着重介绍平衡阀的分类以及各自的功能与特性，分析各类平衡阀在水力平衡调节中所起的作用，总结出平衡阀在设计选用以及合理性布置方面的一些经验。

关键词：静态平衡阀；动态流量平衡阀；动态压差平衡阀；水力失调

在空调水系统中水力失调的现象是普遍存在的，一方面由于设计、施工、设备材料等原因导致的系统管道特性阻力数比值与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计要求流量不一致，引起系统的静态水力失调。另一方面当用户阀门开度变化引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致的动态水力失调。静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是当前我国暖通空调水系统中水力失调的重要因素。动态水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。对于空调水系统存在的静态和动态水力失调，通过在管道系统中增设静态水力平衡阀对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，系统实现静态水力平衡。以及利用动态水力平衡阀的屏蔽作用，使其自身的流量不随其他用户阀门开度发生变化而变化，实现系统的动态平衡。因此平衡阀在空调水系统的水力平衡中具有很好的调节作用，也是保证空调系统正常运行必不可少的重要部件。

1水力失调和水力平衡的概念：

1.1在热水供热系统以及空调冷冻水系统中各热（冷）用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。

水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值X来衡量，X称水力失调度。

X = QS/QJ（QS：用户的实际流量，QJ：用户的设计要求流量）

1.2水力平衡是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力，通常用热用户的水力稳定性系数r来表示。

r=1/ XMAX = QJ/ QMAX

（QJ：用户的设计要求流量，QMAX：用户出现的最大流量）

2产生水力失调的原因与分析

2.1静态失调

空调水系统虽经过详细的水力计算，但在施工安装过程中，各用户的流量仍不能达到设计要求。如管网中流体流动的动力源（一般指泵、重力差等）提供的能量与设计要求不符，泵的型号、规格的变化及其性能参数的差异，流体自由液面差的变化等，导致管网中压头和流量偏离设计值；再比如管材粗糙度，焊接光滑度，管路路由的长度量，三通的增减等参数发生变化时，均会导致管网的实际流动阻力特性与设计值偏离。这种水力失调是稳定的、根本性的，是不以设计为转移的，如不加以解决影响将始终存在。

2.2动态失调

系统在实际运行中，当一些末端用户的水流量发生改变时（关闭或调节），会使其它用户的流量随之产生变化。

因此，在通过详细的水力计算选择合适的管径及设备的基础上，为使水流量合理完善地分配至每一个环路的采暖或空调末端，满足每一栋建筑及功能房间的冷、热负荷需求，我们往往会通过平衡阀来有效的解决这个问题。

接下来，将针对平衡阀的选择设置进行探讨，以供同行在工程设计中参考。

3 平衡阀的选择与应用

3.1平衡阀的分类及特性

结合目前市场上的水力平衡阀，主要可分为两类：静态平衡阀和动态平衡阀。其中，静态平衡阀是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流通阻力，以达到调节流量的目的。而动态平衡阀是根据系统工况（压差）的变动而自动变化阻力系数，在一定的压差范围内，有效地控制通过的流量，使其保持一个常值。

3.2 静态平衡阀的选择与应用

静态平衡阀一般应分级设置，当平衡支路上的各个末端时，可以将支路看作为一个“黑匣子”，即一个单元。该单元对其外部流量的调整起比例的反映，上一级合作阀门能够较容易的补偿这种扰动。接下来，各支路单元使用立管平衡阀作为合作阀门来进行相互平衡。随后立管上的所有单元构成一个较大的单元，其流量可使立管的平衡阀来调节。最后，将每个立管作为一个单元来相互平衡，而主管上的平衡阀作为合作阀门。这样逐级进行调试，以达到管路的水力平衡。

由此可见，静态平衡阀的使用和调试与风管系统中的多叶调节阀相似，几乎可以应用在各类管路系统中。只要有足够的调试时间，系统理论上总能达到水力平衡；但是由于静态平衡阀只能够手动调节，不能根据实际流量需求的变化而变化，所以仅能消除系统的静态水力失调。

3.3动态流量平衡阀的选择与应用

动态流量平衡阀作用的对象是流量，它可以在一定的压差范围内自动保持流量的恒定，一般应用在下列方面：

3.3.1 多个不同的冷热源及冷却塔并联时，自动流量平衡阀设置在每个冷热源和冷却塔的进口或者出口，通常与电磁阀一起使用，保证通过每个冷热源及冷却塔的水流量恒定。

3.3.2 异程式水系统中，动态流量平衡阀设置在每个定流量末端設备的进口或者出口，通常与电动三通阀一起使用，保证通过每个末端设备的水流量恒定。

由此可见，动态流量平衡阀使用方便，设置在定流量管路上，通常与电磁阀或电动三通阀一起使用。它可以自动保持系统的流量恒定，不必进行复杂的调试。它不仅能够消除系统的静态水力失调，而且可以消除系统的动态水力失调，几乎适用于所有定流量系统。并且末端设备设置了动态流量平衡阀以后，支路上不必再设置动态流量平衡阀。

但是，自动流量平衡阀不适用于变流量系统。原因是：如果自动流量平衡阀设置在变流量系统的支路上，当一些末端设备需要小流量时，自动流量平衡阀在一定压差范围内仍维持设定的流量；例如当一些FCU自控阀门关闭时，由于支路总流量恒定，正在使用的FCU流量会增加，会引起FCU控制阀的频繁启闭，因此不应采用。

3.4 动态压差平衡阀的选择与应用

动态压差平衡阀作用的对象是压差，它可以在一定的流量范围内自动保持压差的恒定，

动态压差平衡阀一般与静态平衡阀和电动调节阀配合使用，它可以安装在任何一级管路的进口或者出口，静态平衡阀消除系统的静态水力失调而压差控制阀消除系统的动态水力失调。动态压差平衡阀不应重叠设置，即在使用了动态压差平衡阀的上端回路，不再需要设置任何平衡装置。

4 结束语

近年来，在越来越多的暖通空调水系统中，普遍采用的平衡阀系列产品对水系统的流量分配起到了积极地作用，使管网的运行得到了保证。总结全文并结合多年来的工作经验，针对三类平衡阀（静态平衡阀、动态流量平衡阀、动态压差平衡阀）的应用得出如下结论：

4.1 静态平衡阀可以应用在各类管路系统中，作为系统水力平衡初调试的有效手段，但是它仅能消除系统的静态水力失调。

4.2 动态流量平衡阀适用于定流量系统，不仅能够消除系统的静态水力失调，而且可以消除系统的动态水力失调，但是不适用于变流量系统。

4.3 动态压差平衡阀宜与静态平衡阀配合使用，用于消除系统的动态水力失调，适用于变流量系统。

希望通过此文，能够最大程度地帮助工作人员合理的设置平衡阀，使冷热水系统在设计和运行调节中实现和维持完善的水力平衡，以此最大限度地节约能源，又充分保证理想的采暖及空调品质，保证舒适的生活环境。

空调水系统中的水力失调问题是普遍存在的，为了消除水力失调问题实现各空调区域供热、制冷效果的均衡，达到节能降耗的目的，应针对不同的空调系统采用相应的水力平衡技術措施。平衡装置是随着空调水系统的发展而逐渐出现的，空调系统中合理使用平衡装置是提高空调系统舒适性和节约能耗的有效途径。

参考文献：