暖通空调水系统中水力平衡阀的应用探讨-智能科学论文

暖通空调水系统中水力平衡阀的应用探讨
李贵周
摘 要：本文主要阐述了在空调水系统存在的水力失调一些问题，并分析其产生的原因及导致的结果；同时介绍了水力平衡阀的特性,以及应用水力平衡阀对水系统进行水力平衡调节的步骤、方法。
关键词：暖通空调系 水力失调平衡阀 流量限制器
0 引言
随着我国国民经济的高速发展，各类建筑中的集中供热和集中空调面积越来越大,达到几十万m2已不鲜见,水力失调现象变得尤为突出,这就迫使业主或物业管理单位不得不在系统上投入更多的设备和能源,以满足用户的要求。本文笔者主要阐述了在暖通空调水系统存在的水力失调一些问题，并分析其产生的原因及导致的结果；并结合现有水力平衡解决方案介绍了在几种水力系统中平衡阀的应用及特点。
1．产生水力失调的原因和结果
水力失调有两方面：动态水力失调，是指当某些用户的水流量改变时，会影响其它用户的流量也随之变化，偏离设计要求。静态水力失调，是指系统虽然经过水力平衡计算，并达到规定的要求，但由于设计、施工安装、设备材料等原因导致的，各用户的实际流量与设计要求不符引起的系统水力失调。这种水力失调是先天性的、根本的，如果不加以解决，影响将始终存在。
水力不平衡常会导致：
(1)系统中某些用户流量过大引起其他用户流量过小，不利环路无法获得所需要的流量。
(2)由于冷热源与输配管路流量不匹配，在满负荷时，供热温度比预期值低，供冷温度比预期值高，导致水系统处于大流量、小温差运行工况。
(3)水泵选型偏大，水泵运行在偏离高效区不合适的工作点处。能量输配效率低下，无法进行整体调控和节能运行。
(4)在大流量小温差的工况下运行，冷热源难以达到其额定出力，使实际运行的机组超负荷或运行机组台数超过实际负荷要求的台数。
(5)在装备有自动控制的系统中，往往由于水量不符合设计要求，而使自控装置失灵或不能充分发挥其控制功能，导致温控效果差。
(6)由于调节阀的调节相互影响，电机频繁动作，使用寿命缩短。
2、解决水力失调的办法
2.1 加节流孔板
在热力入口或空调靠近冷源环路的部分管段上增加节流孔板。采用这种办法解决水力失调的前提是：水系统阻力计算准确、热力或空调末端流量不能发生变化。因此在末端流量变化时仍会造成水力失调及能源上的浪费。
2.2 安装手动调节阀
对大型空调系统而言，采用手动调节阀调节过程复杂，手动调节前端阀门，后端流量会受影响。对于复杂系统，要求调节阀门的工程师经验丰富。并且一旦系统压力或负荷发生变化仍需要重新调整水力系统。
2.3 安装动态流量平衡阀
热力入口或空调设备末端的设计流量确定后，根据流量及阀门处的压力变化范围选定动态平衡阀，安上设置好的阀门既可使用。只要阀门处的压差变化在阀门的设计压力范围内，无需任何人为的调节。
3、动态平衡阀的特点
3.1 动态平衡阀的工作原理：
通过改变平衡阀的阀芯的过流面积来适应阀门前后的变化，从而达到控制流量的目的。动态平衡阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，对于不可压缩的流体其简化流量的方程为：
Q=KA（△P）
式中：Q——通过平衡阀的流量；
K——阀门开度的流量系数；
A——阀芯的过流面积
△P——阀门进出口压差
由于在阀门的开度不变的前提下，K值的变化可忽略，因此阀门的流量要保持恒定应控制A（△P）不变。弹簧受压差的作用自动控制阀胆上过流面积的大小，从而使通过阀门的流量恒定。
3.2 阀门的工作过程：
当平衡阀前后压差小于最小启动压差是弹簧未被压缩，流通面积最大。当平衡阀前后压差超越工作范围是，阀胆完全压缩弹簧，水流只从阀胆两边的圆孔流过，此时阀胆变成了固定的调节器，流量与压差成正比，随压差的增大而增大。
动态平衡阀具有在一定的压力范围内限制空调末端设备的最大流量、自动恒定流量的特点，在大工型、复杂、空调采暖负荷不恒定的工程中，简化了系统调试过成，并缩短了调试时间。特别是在异程水系统中使用平衡阀，可以容易实现水力工况平衡、满足设计环境温度的要求，并且在空调系统的运行中末端设备可以不受其他末端的启停干扰。
4、动态平衡阀在实际工程中的应用
4.1 区域供暖
热力入口处采用动态平衡阀，保证系统所需流量。
室内采暖系统，温控阀保证每个散热器通过所需流量，动态平衡阀保证各立管流量恒定，解决水平失调。
4.2 空调系统
大型集中空调系统中，在空调设备（空气处理机及风机盘管）末端设置平衡阀，通过三通（或两通）电动阀保证设备所需流量，平衡阀实现水力工况调节。在冷热源，冷却塔、水泵等处当设计管线受限时。用平衡阀来避免负荷偏载，保证设备的正常运行。
5、空调系统设计动态平衡阀反感因该注意的问题
5.1 动态平衡阀只起水力平衡的作用，不能用于负荷调节
由于对动态平衡阀的误解，容易认为平衡阀也能平衡空调或采暖负荷，用平衡阀取代电动三通阀或两通阀。各个设备的启停不会干扰影响其他设备的水流量，平衡阀起到了水力平衡的作用；而电动三通或两通阀节流，能够调节环境负荷所需数量。
目前，带电动自控制功能的动态平衡阀已经面市，按负荷需求动态平衡空调系统实行节能就更容易实现了。因此采用带电动自控功能的动态平衡阀，可以将水力平衡与负荷调节合二为一，并直接用电脑控制设定流量，还简化了安装及便于安装在狭小的空间内。
5.2 动态平衡阀不应该多极设置
在空调设置中，手动调节阀是多极设计的。而按照这一方法多极设置动态平衡阀设计概念是不对的。其理由是：如果下级的一个或多个设备关闭电动阀，而上级平衡阀扔保持流量不变，则会造成下级未关闭的设备流量增加，不但加大了水流噪声，还会影响使用功能，并且也增加了不必要的经济投资。
5.3 空调设计中应根据冬夏供回水温差水量合理设置动态平衡阀
在四管制空调系统中用两个平衡阀是可以满足冬季及夏季不同的水量要求的，当冬、夏季节空调供热、冷水温差不同时，水流量差异很大，因此在两管制水系统中则应根据冬、夏季不同流量的要求设置平衡阀：
方法一，设置可变流量型动态平衡阀，冬夏换季时转换阀门。
方法二，设置两个平衡阀，阀1按冬季流量选择阀门，阀2按夏、冬季最大水量之差选择阀门，冬季阀1，夏季开两个阀，用两个阀门实现空调设备的四管制功能。
方法三，采用带自控装置的动态平衡阀通过电脑设置流量。否则，由于冬季夏季空调水流量不同，而简单在空调末端上设置固定流量的动态平衡阀是不可能满足两个季节的水量平衡的。
6．结束语
合理地应用水力平衡阀是提高供热空调系统的舒适性和节约能耗的有效途径。只有综合了投资、调试和运行成本的水力平衡方案才能带给投资方最大的投资回报。

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