平衡閥在暖通空調(diào)系統(tǒng)中控制水力失調(diào)注意事項(xiàng)及應(yīng)用效果分析

1、平衡閥在暖通空調(diào)系統(tǒng)中控制水力失調(diào)注意事項(xiàng)及應(yīng)用效果分析發(fā)布時(shí)間：2011-2-22 14:12:00 點(diǎn)擊數(shù)：340在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中水力失調(diào)有兩方面的含義：一是指雖然經(jīng)過(guò)水力計(jì)算并達(dá)到規(guī)定要求，但由于理論計(jì)算與實(shí)際情況總存在差異，所以在運(yùn)行后各用戶(hù)末端的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求不完全相符，這種水力失調(diào)是穩(wěn)定的、根本性的，如不加以解決影響將始終存在，我們稱(chēng)之為穩(wěn)態(tài)失調(diào)。二是指系統(tǒng)中，當(dāng)一些用戶(hù)末端的水流量改變時(shí)(關(guān)閉或調(diào)節(jié)水閥時(shí))，會(huì)使其他用戶(hù)的流量隨之變化，我們稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)(穩(wěn)定性)失調(diào)，也就是系統(tǒng)在變負(fù)荷工況下運(yùn)行造成的水力失調(diào)。一、解決水力失調(diào)的辦法解決空調(diào)水管路的水力失調(diào)問(wèn)題可采用如下幾種方法

2、：安裝靜態(tài)平衡閥、安裝動(dòng)態(tài)平衡閥，加節(jié)流孔板以及安裝球閥、蝶閥、閘閥等手動(dòng)調(diào)節(jié)閥。1、靜態(tài)平衡閥靜態(tài)平衡閥亦稱(chēng)平衡閥、手動(dòng)平衡閥、數(shù)字鎖定平衡閥、雙位調(diào)節(jié)閥等，它是通過(guò)改變閥芯與閥座的間隙(開(kāi)度)，來(lái)改變節(jié)流面積及調(diào)節(jié)閥阻力，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。從流體力學(xué)觀點(diǎn)看，靜態(tài)平衡閥相當(dāng)于一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。其作用對(duì)象是系統(tǒng)的阻力，能夠?qū)⑿碌乃堪凑赵O(shè)計(jì)計(jì)算的比例平衡分配，各支路同時(shí)按比例增減，仍然滿(mǎn)足當(dāng)前氣候需要下的部分負(fù)荷的流量需求，起到水力平衡的作用。靜態(tài)平衡閥的特點(diǎn)有：閥門(mén)特性為直線型流量特性，即閥門(mén)前后壓差不變的情況下，流量與開(kāi)度大體上成線性關(guān)系；有精確的開(kāi)度指示，通過(guò)指示可查出

3、相應(yīng)的流通能力或阻力系數(shù)；有開(kāi)度鎖定裝置；閥體前后有兩個(gè)測(cè)量孔，可與儀表連接，方便地測(cè)出閥門(mén)前后的壓差，從而計(jì)算出流經(jīng)閥門(mén)的流量；靜態(tài)閥門(mén)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用需要逐級(jí)安裝，逐級(jí)調(diào)試。2、動(dòng)態(tài)平衡閥動(dòng)態(tài)平衡閥分為動(dòng)態(tài)流量平衡閥，動(dòng)態(tài)壓差平衡閥等。動(dòng)態(tài)流量平衡閥亦稱(chēng)自力式流量控制閥、自力式平衡閥、定流量閥、自動(dòng)平衡閥等，其基本定義是：在一定的壓差范圍內(nèi)，恒定被控系統(tǒng)的流量，作用對(duì)象是系統(tǒng)的流量。當(dāng)外網(wǎng)壓力波動(dòng)時(shí)被控系統(tǒng)不受影響。但是，當(dāng)壓差小于或大于閥門(mén)的正常工作范圍時(shí)，它畢竟不能提供額外的壓頭，此時(shí)閥門(mén)打到全開(kāi)或全關(guān)位置，流量仍然比設(shè)定流量低或高，不能控制。其基本要求是最小工作壓差(一般大于30k

4、Pa)，工作壓差范圍為30kPa600kPa。動(dòng)態(tài)壓差平衡閥，亦稱(chēng)自力式壓差控制閥、差壓控制器、穩(wěn)壓變量同步器、壓差平衡閥等，其基本定義是：在水力工況下，一定的流通能力范圍內(nèi)，恒定被控系統(tǒng)的壓差，作用對(duì)象是被控系統(tǒng)的壓差。它是用壓差作用來(lái)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，利用閥芯變化來(lái)彌補(bǔ)管路阻力的變化，從而使在水力工況發(fā)生變化時(shí)保持被控系統(tǒng)的壓差不變。其基本要求是最小資用壓差(最小啟動(dòng)壓差)，基本功能為消耗掉多余壓頭，保證資用壓頭。動(dòng)態(tài)平衡閥的特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)平衡閥既可以在一定的壓力范圍內(nèi)限制空調(diào)末端設(shè)備的最大流量、自動(dòng)恒定流量，也可以在一定的流通能力范圍內(nèi)，恒定被控系統(tǒng)的壓差。在大型、復(fù)雜、空調(diào)采暖負(fù)荷不恒定的工

5、程中，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程，并縮短了調(diào)試時(shí)間。特別是在異程式、變流量水系統(tǒng)中使用平衡閥，可以很容易實(shí)現(xiàn)水力工況平衡，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)環(huán)境溫度的要求，并且在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行中末端設(shè)備可以不受其他末端的啟停及調(diào)節(jié)干擾。二、空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)置平衡閥時(shí)的注意事項(xiàng)1、靜態(tài)平衡閥與動(dòng)態(tài)平衡閥只能起到水力平衡的作用，不能用于負(fù)荷調(diào)節(jié)在空調(diào)水系統(tǒng)中設(shè)置了平衡閥后，各個(gè)空調(diào)末端的流量變化不會(huì)干擾影響其他設(shè)備的水流量，平衡閥起到了水力平衡的作用。而空調(diào)末端水量的調(diào)節(jié)是由調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目前，帶電動(dòng)自控調(diào)節(jié)功能的電動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)閥已經(jīng)面市，按負(fù)荷需求動(dòng)態(tài)平衡空調(diào)系統(tǒng)實(shí)行節(jié)能就更容易實(shí)現(xiàn)了。因此采用電動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)閥，可以將水力平衡

6、與負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)合二為一，還簡(jiǎn)化了安裝，便于安裝在狹小的空間內(nèi)。2、靜態(tài)平衡閥及動(dòng)態(tài)平衡閥的設(shè)置在空調(diào)系統(tǒng)中，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥以及靜態(tài)平衡閥都是多極設(shè)置的，一旦調(diào)節(jié)完成以后，系統(tǒng)的總流量及各個(gè)支路、空調(diào)末端的流量不應(yīng)發(fā)生變化。如果系統(tǒng)總流量發(fā)生變化，則系統(tǒng)各個(gè)支路及末端的流量就會(huì)發(fā)生等比例變化；而如果某一支路或是末端的流量發(fā)生變化，那么其他支路或是末端就會(huì)出現(xiàn)流量失調(diào)，調(diào)試工作就必須重做。動(dòng)態(tài)平衡閥是按照控制對(duì)象(空調(diào)水系統(tǒng)某個(gè)支路或是空調(diào)末端)的工作點(diǎn)(工作壓差或是工作流量)來(lái)進(jìn)行設(shè)置的。在一定的流量或是壓差范圍內(nèi)，閥內(nèi)控制對(duì)象在工作點(diǎn)的波動(dòng)，不會(huì)對(duì)其他閥的控制對(duì)象產(chǎn)生影響。各個(gè)動(dòng)態(tài)平衡閥間相對(duì)獨(dú)立

7、但又保持平衡，所以動(dòng)態(tài)平衡閥不需要多級(jí)設(shè)置。3、空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)冬夏供回水溫差及水量合理設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡閥在夏熱冬冷地區(qū)，冬、夏季節(jié)負(fù)荷大小不同且空調(diào)供熱、冷水溫差不同時(shí)，水流量差異很大。 根據(jù)公式：其中：P管路(空調(diào)末端)阻力損失S管路(空調(diào)末端)阻抗Q管路(空調(diào)末端)流量可知：由于管路及空調(diào)末端沒(méi)有發(fā)生變化，管路(空調(diào)末端)阻抗S也未變化，當(dāng)流量減少后，管路(空調(diào)末端)的水力阻力會(huì)成平方關(guān)系衰減。因此冬季及夏季空調(diào)水系統(tǒng)的總水流量及管路阻力是有很大差異的。在四管制空調(diào)系統(tǒng)中，用兩組不同流量壓差設(shè)定的平衡閥是可以滿(mǎn)足冬季及夏季不同的流量及揚(yáng)程要求的。但是兩管制水系統(tǒng)中則應(yīng)根據(jù)冬、夏季不同流量及揚(yáng)

8、程的要求設(shè)置平衡閥。方法一，設(shè)置可變流量或是可變壓差型動(dòng)態(tài)平衡閥，冬夏換季時(shí)轉(zhuǎn)換閥門(mén)設(shè)定。此方法在系統(tǒng)支路較多，且平衡閥設(shè)置位置不便于調(diào)節(jié)時(shí)，可操作性很低。反之則有一定可行性。方法二，采用帶自控裝置的電動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)閥，該閥門(mén)通過(guò)溫度傳感器感知室內(nèi)負(fù)荷變化，由電動(dòng)調(diào)節(jié)部分調(diào)節(jié)流量，再由動(dòng)態(tài)平衡部分過(guò)濾掉外部壓力變化，維持通過(guò)閥門(mén)的流量穩(wěn)定。三、平衡閥在一級(jí)泵變流量?jī)晒苤瓶照{(diào)水系統(tǒng)中的應(yīng)用一級(jí)泵變流量?jī)晒苤瓶照{(diào)水系統(tǒng)就是采用冷(熱)源側(cè)定流量，負(fù)荷側(cè)變流量的方式。冷(熱)源側(cè)設(shè)置多臺(tái)冷水機(jī)組及多臺(tái)熱水鍋爐，在冷(熱)源側(cè)冷(熱)水總管接入分、集水器處設(shè)置季節(jié)切換閥組，進(jìn)行切換。使用戶(hù)側(cè)的管路在夏

9、季能提供空調(diào)冷水，冬季能提供空調(diào)熱水。根據(jù)用戶(hù)側(cè)負(fù)荷變化，控制冷(熱)源側(cè)機(jī)組及水泵的運(yùn)行數(shù)量。由于是相同水泵并聯(lián)運(yùn)行，在各自運(yùn)行季節(jié)內(nèi)，即使流量變化較大時(shí)，系統(tǒng)的揚(yáng)程(資用壓頭)也相對(duì)穩(wěn)定，變化較小。1、平衡閥組設(shè)置方案一(見(jiàn)圖1)圖1圖中各末端設(shè)置靜態(tài)平衡閥及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。在其上一級(jí)支路中設(shè)置靜態(tài)平衡閥及壓差控制閥組。在上級(jí)支路及干路中除了測(cè)試及維護(hù)的原因外，可不再設(shè)置閥門(mén)。此閥組設(shè)置在一次調(diào)定后，可維持夏季或冬季時(shí)各負(fù)荷率情況下，各空調(diào)水支路及空調(diào)末端壓差的平衡，維持各空調(diào)末端水流量的穩(wěn)定。由于冬、夏季需要不同的調(diào)定值，故而在季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)，需要對(duì)每個(gè)靜態(tài)平衡閥及壓差控制閥組重新調(diào)定。由于在一

10、年中部分負(fù)荷率出現(xiàn)的小時(shí)數(shù)很大。在冬季供熱時(shí)，有80%以上的運(yùn)行時(shí)間負(fù)荷率低于40%；夏季供冷時(shí)，負(fù)荷率在50%以下的小時(shí)數(shù)約占全部運(yùn)行時(shí)間的50%以上。因此有必要對(duì)系統(tǒng)在部分負(fù)荷率時(shí)的運(yùn)行工況進(jìn)行分析。查看空調(diào)水支路I的工作狀態(tài)如圖2所示：圖2假定空調(diào)水支路I供回水接口處已設(shè)置平衡閥壓差調(diào)節(jié)，則隨著流量的減小，支路I所獲得的資用壓頭跟著提高，同時(shí)壓差控制器作用，增大阻力，克服系統(tǒng)多余壓頭，使空調(diào)水支路I的供回水壓差維持不變。冬夏季的情況相類(lèi)似，只是由于冬夏季設(shè)計(jì)空調(diào)水流量及水泵揚(yáng)程的不同，導(dǎo)致冬夏季控制壓差大小和資用壓頭不一樣。由于空調(diào)系統(tǒng)對(duì)房間負(fù)荷的處理是通過(guò)空調(diào)末端來(lái)進(jìn)行的，所以還必須深

11、入空調(diào)水支路內(nèi)部，分析各個(gè)空調(diào)末端在冬、夏季變流量情況下的運(yùn)行工況?？照{(diào)水支路I內(nèi)部空調(diào)末端的夏季工況如圖3：圖3假定支路內(nèi)部已經(jīng)用靜態(tài)平衡閥進(jìn)行了平衡調(diào)節(jié)。以夏季工況為例：由于整個(gè)系統(tǒng)為一級(jí)并聯(lián)泵變流量空調(diào)水系統(tǒng)，用戶(hù)側(cè)的資用壓差由分集水器旁通管上的壓差控制器恒定在近似直線的曲線L1上。而空調(diào)水支管路I實(shí)際獲得的資用壓差曲線L2位于L1下方。只有當(dāng)用戶(hù)側(cè)除空調(diào)水支管路I以外的其余空調(diào)水支管路均斷路，且不計(jì)干路部分沿程水頭損失，那么曲線L2就重合于L1上，此時(shí)空調(diào)水支管路I能獲得最大資用壓差L1。曲線W為空調(diào)水支管路I在設(shè)計(jì)工況下的管路特性曲線。A點(diǎn)就是該管路在設(shè)計(jì)工況下的工作點(diǎn)，同時(shí)A點(diǎn)也是

12、整個(gè)系統(tǒng)在調(diào)定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)工況后該管路的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)。此時(shí)該支管路上的壓差受到來(lái)自管路內(nèi)與管路外兩方面的擾動(dòng)。來(lái)自管路外的擾動(dòng)會(huì)使系統(tǒng)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)，則整系統(tǒng)的負(fù)荷減小，系統(tǒng)總水量減小，干管上壓力損失也減少，外網(wǎng)給支管路I處所提供的資用壓差提高到了曲線L2，此時(shí)壓差控制閥作用，吸收掉多余的壓頭AA，使管路內(nèi)的壓差P1保持在A點(diǎn)，由于管路特性曲線S1沒(méi)有變化，根據(jù)P1=S1Q1，管路內(nèi)流量也不會(huì)發(fā)生變化，從而也就保證了管路內(nèi)空調(diào)末端制冷量的恒定。來(lái)自管路內(nèi)的擾動(dòng)產(chǎn)生是由于管路內(nèi)部空調(diào)水流量改變而產(chǎn)生的。如空調(diào)末端I-1所在房間暫時(shí)不再需要制冷，則空調(diào)末端I-1上的電動(dòng)二通閥關(guān)閉，造成空調(diào)總水流量減少，

13、干管上的壓力損失減少，管路資用壓差升高；同時(shí)，由于并聯(lián)環(huán)路的減少會(huì)造成本環(huán)路的總管路阻抗增大。管路特性曲線由W變成W，曲線W與壓力控制線交于B點(diǎn)，多余的壓力BB被壓差控制閥吸收。從而保證該管路內(nèi)部的壓力P1恒定。管路內(nèi)部的空調(diào)末端I-1，I-2，I-3并聯(lián)，忽略掉很小的支干管沿程壓力損失后，由P1=P1-2=P1-3可知，壓力沒(méi)有變化，其阻抗也沒(méi)有變化，根據(jù)P1-2=S1-2 Q1-2，可以看出空調(diào)末端I-2，I-3的流量維持不變，沒(méi)有受到空調(diào)末端I-1關(guān)斷的影響。冬季工況如圖4： 22圖4對(duì)于冬季工況，其工作情況與夏季類(lèi)似，至少由于熱負(fù)荷(特別是重慶等冷熱負(fù)荷相差較大的地區(qū))較冷負(fù)荷小，且工

14、作溫差也比夏季大，造成冬季流量很可能只有夏季的三分之一甚至更少，這時(shí)管路消耗的阻力還不到夏季的一半，熱水泵的揚(yáng)程也相應(yīng)減小，以節(jié)約能源。這時(shí)壓差控制閥的壓差控制線就必須重新設(shè)定，否則它已經(jīng)超過(guò)了管路所能獲得的實(shí)際資用壓頭，沒(méi)辦法通過(guò)卸壓來(lái)平衡壓力了。2、平衡閥組設(shè)置方案二(見(jiàn)圖5)圖5圖中各空調(diào)末端設(shè)置了動(dòng)態(tài)壓差平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其余各級(jí)管路不需要再設(shè)置用于平衡作用的閥門(mén)，整個(gè)系統(tǒng)就能自動(dòng)達(dá)到平衡。這是由動(dòng)態(tài)壓差平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的特性所決定的，動(dòng)態(tài)壓差平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)就是將一個(gè)壓差控制器與一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥組合在一起的雙閥芯結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓差控制器來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差恒定。根據(jù)調(diào)節(jié)閥公式：Q流經(jīng)

15、閥門(mén)的流量Kv閥門(mén)流通能力(與閥門(mén)的開(kāi)度有關(guān))P閥前后的壓差從公式可以看出，經(jīng)過(guò)閥門(mén)的流量大小與閥門(mén)的開(kāi)度機(jī)閥前后的壓差有關(guān)。而控制系統(tǒng)則根據(jù)負(fù)荷變化向閥門(mén)輸出信號(hào)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，從而達(dá)到相應(yīng)的流量。因此，只要能恒定調(diào)節(jié)閥前后的壓差，就能保證流量的變化完全由閥門(mén)的開(kāi)度而決定，即與負(fù)荷變化相對(duì)應(yīng)，而不受其它閥門(mén)開(kāi)關(guān)影響產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的效果。動(dòng)態(tài)壓差平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在不同開(kāi)度時(shí)的流量與閥門(mén)兩邊的壓差的關(guān)系曲線如圖6所示。圖6通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥的最大開(kāi)度進(jìn)行限定，即可實(shí)現(xiàn)最大流量的限定。從圖6中可以看出，此類(lèi)閥門(mén)要想達(dá)到所需的流量，需要一個(gè)最小的工作壓差。當(dāng)調(diào)節(jié)閥芯開(kāi)度一定，整個(gè)

16、閥兩端的實(shí)際壓差小于最小工作壓差時(shí)，流量隨著閥門(mén)兩端壓差的增加而增加，當(dāng)達(dá)到閥門(mén)的最小工作壓差后，經(jīng)過(guò)閥門(mén)的流量將保持恒定，不再隨閥門(mén)兩端的壓差增加而變化。只有當(dāng)調(diào)節(jié)閥芯的開(kāi)度發(fā)生變化時(shí)，流量才發(fā)生變化。裝有動(dòng)態(tài)壓差平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的空調(diào)末端在空調(diào)系統(tǒng)中的工作狀態(tài)如圖7所示：圖7從圖中可以看到，不管外界壓力如何變化，動(dòng)態(tài)壓差平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的壓力損失是恒定不變的。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量公式若P恒定，則Q只與Kv呈線性關(guān)系，只要調(diào)節(jié)閥位置確定，那么流經(jīng)空調(diào)末端的水量也是不變的，空調(diào)的制冷量也不會(huì)改變，不會(huì)受外界壓力變化的影響。對(duì)于冬夏工況均是如此。四、結(jié)論綜合方案一、方案二，我們可以得出如下結(jié)論：對(duì)于一級(jí)泵變流量?jī)晒苤瓶照{(diào)水系統(tǒng)采用靜態(tài)平衡閥加壓差控制閥組的平衡閥設(shè)置方案，能夠解決冬夏季各自工況內(nèi)水利失調(diào)的情況，但是在冬夏季節(jié)轉(zhuǎn)換的時(shí)候需