空調“水力平衡”問題及平衡閥的合理應用

發(fā)布時間：2021-12-08 瀏覽次數：0

保證空調水系統(tǒng)的“水力平衡”是空調系統(tǒng)正常、效率高運行的基礎，是空調系統(tǒng)設計、安裝、維護人員工作中重點關注的問題；實踐表明，空調水系統(tǒng)“水力平衡”問題很難避免，唯有通過“調節(jié)”來使其恢復或者保持一種相對平衡狀態(tài)。鑒于平衡閥良好的調節(jié)功能，其被越來越多的空調系統(tǒng)設計、安裝、維護人員用來緩解、改進空調水系統(tǒng)“水力平衡”問題，相應如何保證平衡閥應用的科學性、合理性，也成為一個具有研究價值的課題，逐漸引起同行專家、學者們的關注。本著為了解決空調水系統(tǒng)“水力平衡”平衡問題、加快平衡閥的合理應用的目標與原則，筆者結合工作實際，在總結闡釋空調水系統(tǒng)“水力平衡”及不同種類平衡閥工作原理的基礎上，就不同種類平衡閥的科學合理應用問題探索性提出應對策略與改進建議。

1 空調水系統(tǒng)“水力平衡”問題概述

1.1 空調水系統(tǒng)“水力平衡”的重要性

空調水系統(tǒng)，是以水為介質，傳輸冷水機組制冷量或者熱源供熱量至末端設備，進而與空氣進行熱量交換類型空調系統(tǒng)的重要組成部分；空調水系統(tǒng)設計科學、合理與否，直接關系到空調系統(tǒng)各部分及整體工作的效果和運行效率的發(fā)揮。就空調水系統(tǒng)形式而方，可以分為定流量和變流量兩種，不論是哪一種形式的空調水系統(tǒng)，其都涉及到“水力平衡”，從而滿足不利環(huán)路的水力需求。在任何一個相對大型的空調系統(tǒng)中，都需要結合相關運行管理要求，以不同功能區(qū)域、運行時間等為依據，將空調水系統(tǒng)劃分成不同的分路，這些分路相互之間要設法維持一種“水力平衡”狀態(tài)，不致出現為了緩解某一分路的流量不足問題而專門提高水泵的輸送能力。維持空調水系統(tǒng)“水力平衡”之所以重要，是因為一個“水力平衡”、功能完善的空調循環(huán)水系統(tǒng)能夠很好的維持效率高運行狀態(tài)，不致因為局部過冷、過熱等而反復的調節(jié)、調整系統(tǒng)運行，無形中增加運行成本。

1.2 平衡閥的空調“水力平衡”緩解作用

關于空調水系統(tǒng)的“水力平衡”，一般都是通過優(yōu)化、調節(jié)輸水管網自身各項指標來達到“水力平衡”目的，在空調水系統(tǒng)中設置平衡閥來人為增加部分空調水系統(tǒng)支路的阻力，從而使其與不利環(huán)路達到一種平衡狀態(tài)。如果采用的空調水系統(tǒng)是“變流量”形式的，不利環(huán)路的不確定性增強，這時如果在管路中設置平衡閥，則會無形中增大整個空調水系統(tǒng)管網的壓差，相應則需要增加水泵的輸送功率，也就增加了系統(tǒng)的初期投資。就空調水系統(tǒng)中平衡閥的應用而言，其只能作為解決“水力平衡”問題的一種輔助水段，保證管網自身水力平衡才是重要的。

2 空調水系統(tǒng)“平衡閥”種類及相應工作原理

用于緩解、改進空調水系統(tǒng)“水力平衡”問題的平衡閥可以分為三種，它們分別稱為靜態(tài)平衡閥、動態(tài)流量平衡閥和壓差控制閥。就靜態(tài)平衡閥而言，其采用人工手動調節(jié)方式，同時具有流量測定和閥門調節(jié)功能；從工作原理角度，該平衡閥的主要構成是可變流量的孔板，且?guī)в嘘P斷功能，工作過程中通過對閥門前后測量孔壓降的測量，再參考“閥門開度”讀數，就可以計算經閥門調節(jié)后管道系統(tǒng)的水流量及變化情況。就動態(tài)流量平衡閥而言，其能夠實現閥體前后定壓差范圍內自動保持管道系統(tǒng)水流量的穩(wěn)定不變；這主要是緣于閥芯筒體上的曲線節(jié)流孔口加工設計，其在閥前后壓降和閥芯控制彈簧共同作用下，通過改變節(jié)流孔大小實現壓差范圍內管道系統(tǒng)水流量穩(wěn)定不變的目標。就壓差控制閥而言，其閥體具有感應壓差變化的功能，通過感應到的壓差信號與事先設定信號之間的比較來確定閥門開度，進而調節(jié)閥門將壓差維持在設定值范圍內；壓差控制閥在設計上采用了彈簧-隔膜組合方法，在三種類型平衡閥中是設計比較科學、效率比較高的一種。

3 “平衡閥”在空調水系統(tǒng)中的科學合理應用

3.1 靜態(tài)平衡閥在空調水系統(tǒng)中的科學合理應用

如果空調水系統(tǒng)是變流量形式，那么靜態(tài)平衡閥的應用只能用于空調水系統(tǒng)“水力平衡”問題的初步調節(jié)。靜態(tài)平衡閥在空調水系統(tǒng)中的作用不是時刻保證系統(tǒng)中某單個管道的流量值不變，其作用主要體現在空調水系統(tǒng)初次調試時保證與維持系統(tǒng)各個管路的流量比值符合設計流量比值；即空調系統(tǒng)初調時，如果水系統(tǒng)的總流量等于設計值，而空調水系統(tǒng)各個末端設備及管道流量也同時達到設計流量，那么我們說空調水系統(tǒng)實現了“靜態(tài)水力平衡”；與其他種類平衡閥相比，靜態(tài)平衡閥更多的應用于空調系統(tǒng)初調。

3.2 動態(tài)流量平衡閥在空調水系統(tǒng)中的科學合理應用

動態(tài)流量平衡閥的工作原理決定其更適合應用于空調水系統(tǒng)中需保持恒定水流量的管路。只需要在空調水系統(tǒng)中某一個需要恒定流量設備的分支管路上安裝動態(tài)流量平衡閥，就可以保證該設備始終運行在設計流量狀態(tài)下，這即是動態(tài)流量平衡閥的奇妙功用所在；既使并聯的外網管道由于流量變動而造成壓力變化△Ｐ（△Ｐ須保持在閥門設定范圍），安裝該平衡閥的設備流量也不會發(fā)生變化。由此我們可以根據需要將動態(tài)流量平衡閥安裝在冷凍機房冷熱源設備上；這主要是因為動態(tài)流量平衡閥，一方面可以始終保證機組運行在額定狀態(tài)下，保證流量始終穩(wěn)定在設計值，對機組有很好的保護作用，另一方面則可以保證機組的運行效率，使其較長時間的處于一種效率高運行狀態(tài)，還就是可以保證系統(tǒng)運行的水溫正常。如果壓差△Ｐ處于平衡閥的設定范圍內，那么不論壓力是增大還是減小，流量都不會發(fā)生變化；如果壓差△Ｐ超出平衡閥的設定范圍外，隨著壓力的增大流量也會隨著增大。關于動態(tài)流量平衡閥的應用，切忌不能與電動調節(jié)閥組合使用，特別是將二者嘗試用于穩(wěn)定空調水系統(tǒng)末端設備流量，可以肯定的說這一目標不可能實現，因為用于空調水系統(tǒng)末端設備支路上的電動調節(jié)閥基本都是依據室溫變化來調整開度進而完成流量調節(jié)的，也就是說流量是不斷的變化的，而動態(tài)流量平衡閥作用恰恰是保持流量的恒定、穩(wěn)定。

3.3 壓差控制閥在空調水系統(tǒng)中的科學合理應用

就壓差控制閥作用可以概括為兩點，一是被控環(huán)路出現外擾和內擾時，保證被控環(huán)路壓差的穩(wěn)定不變，所謂外擾是指來自于網路的壓力波動，而內擾則是指內部管路阻力的改變；二是保證各環(huán)路之間調節(jié)不相互干擾，對其中一個環(huán)路進行調節(jié)不會引起其它環(huán)路流量的變化。一般相對大型、中型空調系統(tǒng)都采用分區(qū)分環(huán)路設計，一方面在進行具體工程設計時關于循環(huán)水泵的選型都是以不利環(huán)路的阻力為依據的，這就使得水泵近端支路往往要承受更高的揚程，而末端支路的壓差控制閥也要因此承受更大的壓差；另一方面空調水系統(tǒng)中各環(huán)路之間、各層支路之間的壓差值可能有很大的不同，該種情況下為了避免發(fā)生“水力平衡”失調問題，需要在立管或者支管上專門安裝壓差控制閥，從而保證立管或者支管壓差始終處于一個穩(wěn)定、合適范圍內，由于各環(huán)路調節(jié)是互不干擾的，因此可以分別進行平衡。

在實際應用過程中，壓差控制閥還可以用來彌補電動調節(jié)閥的不足，即壓差控制閥可以與電動調節(jié)閥可配合使用，達到優(yōu)化各自功能的目的。

一般情況下，我們選擇使用的電動調節(jié)閥尺寸都是偏大的，這也造成了電動閥大多數時間是工作在較小開度下的，此時電動調節(jié)閥兩端的壓差會不斷變化，導致不能穩(wěn)定控制電動調節(jié)閥，重要的是無法保證電動調節(jié)閥調節(jié)的準確性，而且電動調節(jié)閥的噪聲也會隨著壓差增大而增大；如果電動調節(jié)閥處于“全開”狀態(tài)，那么則會引發(fā)被控末端設備過流問題。

針對上述情況，一個比較簡單的解決方法是在電動調節(jié)閥上串聯一個靜態(tài)平衡閥，這樣可以在電動調節(jié)閥發(fā)揮作用之前消耗一部分壓差，使電動調節(jié)閥門的開度變大，進而將流量限制在設計值。

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