變流量水系統(tǒng)中水力平衡問題的探討

1、變流量水系統(tǒng)中水力平衡問題的探討北京外交人員服務(wù)局房屋服務(wù)公司唐曉川a中國建筑科學(xué)研究院黃濤a袁東立摘要分別從靜態(tài)水力平衡動態(tài)水力平衡角度分析了靜態(tài)水力平衡閥謅力式流量控制 閥謅力式壓差控制閥與電動調(diào)節(jié)閥組合使用的特性，認(rèn)為自力式流量控制閥與電動調(diào)節(jié)閥組 合不適合應(yīng)用在變流量水系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞變流w:水系統(tǒng)靜態(tài)水力平衡動態(tài)水力平衡流w:調(diào)節(jié)discussion of hydraulic balance of variable flow water systemsby tang xiaochuan ，huang tao and yuan dongliabstract analyses the pe

2、rformance of each of the static balance valve，self2operated flow contro valve and self2operated differential pressure control valve combined with electric control valve for static anc dynamic hydraulic balancing. considers that the combination of self2operated flow control valve ant electric control

3、 valve is not applicable for the variable flow water system.keywords variable flow water system , static hydraulic balancing, dynamic hydraulic balancing, flow control beijing housing service corporation for diplomatic missions，beijing , chinao引言變流量水系統(tǒng)在運行過程中各分支環(huán)路的漭 量是隨著外界環(huán)境負(fù)荷的變化而變化的，因此對系 統(tǒng)的水力平衡和調(diào)節(jié)提出

4、了較高的要求m。保鈕 變流量水系統(tǒng)的水力平衡是目前暖通空調(diào)界專業(yè) 人員面臨的新問題。全面水力平衡是保證暖通空調(diào)工程的舒適穩(wěn) 定以及高效節(jié)能的關(guān)鍵。工程設(shè)計中，對水力平換 的基本要求是：1）在設(shè)計工況下所有末端設(shè)備必 須迖到設(shè)計流量；2）系統(tǒng)中任何一組末端設(shè)備進(jìn) 行調(diào)節(jié)時，不會影響其他末端設(shè)備的正常運行；3 控制閥兩端的壓差不能有太大變化，保證控制閥能 正常工作;4）二次環(huán)路水流量必須兼容121。據(jù)筆者了解，現(xiàn)有的平衡手段有自力式壓差g 制閥靜態(tài)水力平衡閥和自力式流量控制閥。其牛 靜態(tài)水力平衡閥能否用于變水量系統(tǒng)，許多設(shè)計人 員都存在疑慮。本文通過對各種平衡手段的性能分析以及右 實際變流量空調(diào)系

5、統(tǒng)工程屮進(jìn)行平衡調(diào)試時的問 題總結(jié)，針對變流量水系統(tǒng)水力平衡問題進(jìn)行探 討，也希望業(yè)內(nèi)同行展開討論。1各種水力調(diào)節(jié)閥的工作特f主1.1靜態(tài)水力平衡閥靜態(tài)水力平衡閥是通過改變閥芯與閥座的間隙（幵度），來改變流經(jīng)閥門的流動阻力以迖到調(diào)節(jié) 流量的0的。其作用對象是系統(tǒng)的阻力，能將水量 按照設(shè)計計算的比例平衡分配。當(dāng)系統(tǒng)流量發(fā)生 變化時，各支路流量同時按比例增減，仍然滿足圭 前氣候條件下部分負(fù)荷的流量需求，起到水力平換 的作用。靜態(tài)平衡閥實際上是一個在運行過程牛 變流量定阻力系數(shù)變阻力的元件。1.2自力式流量控制閥自力式流量控制閥簡稱定流量閥，也叫做流量3 唐曉川，男,1976年12月生，大學(xué)，本科，

6、工程師 100013北京市北三環(huán)東路30號中國建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院 （010） 64517770 email:huangtao_ht 126. com收稿日期:2009203218'74 '專業(yè)論壇暖通空調(diào)hv&ac 2009年第39卷第7期限制器（flow limiter）。將定流量閥俗稱為動態(tài)平 衡閥是不妥的，因為沒有哪種閥能單獨實現(xiàn)動態(tài)系 統(tǒng)的水力平衡，不如按照它的控制對象（阻力玨 差流量）來命名更確切。定流w:閥是通過改變平衡閥閥芯的過流面積 來自動適應(yīng)閥門前后壓差的變化，從而迖到保持流 量恒定的目的。定流量閥是一個局部阻力可以自 動調(diào)節(jié)的節(jié)流元件

7、，能在一定的壓差范圍內(nèi)限制未 端設(shè)備的最大流量。定流量閥實質(zhì)上是一個在運 行過程中定流量變阻力系數(shù)變阻力的元件。1.3自力式壓差控制閥自力式壓差控制閥是根據(jù)壓差變化來自動調(diào)t 閥門的幵度，利用閥芯的壓力變化來彌補管路阻力的 變化，從而在工;兄變化時能保持控制點的壓差基本不 變。在一定壓差范圍內(nèi)，自力式壓差控制閥可以保ifl 控制對象的壓差恒定，即當(dāng)控制対象的壓差增大時， 閥門自動關(guān)小，保證控制對象的壓差恒定;反之，當(dāng)擋 制對象的壓差減小時，閥門自動幵大，控制對象的3 差仍保、持恒定。自力式壓差控制閥實質(zhì)上是一個右 運行過程屮變流量變阻力系數(shù)變阻力的元件。2消除末端設(shè)備阻力差產(chǎn)生的水力失調(diào)在一個

8、集中空調(diào)工程中，末端設(shè)備眾多，形式 各異，阻力可能會相差幾倍甚至幾十倍。在定流fl 水系統(tǒng)中，選用靜態(tài)水力平衡閥就能解決水力失調(diào) 問題。但是，在變流量水系統(tǒng)中僅僅靠裝一個電動 調(diào)節(jié)閥是不夠的。電動調(diào)節(jié)閥是樓宇控制系統(tǒng)根 據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行水量精調(diào)的元件，當(dāng)動態(tài)調(diào)節(jié)的 幅度較大時，電動調(diào)節(jié)閥的工作壓差就會產(chǎn)生變 化，調(diào)節(jié)性能就會受到影響，甚至?xí)a(chǎn)生噪聲或者 無法關(guān)閉。為了保證電動調(diào)節(jié)閥的正常工作，還應(yīng) 該通過其他元件來實現(xiàn)水力平衡?？傊还苁亲粤κ綁翰羁刂崎y靜態(tài)水力平 衡閥還是自力式流量控制閥，其目的都是為了消除 局部阻力和沿程阻力弓i起的水力失調(diào)，保證末端電 動閥正常工作。3各種水力調(diào)節(jié)閥與電

9、動調(diào)節(jié)閥組合的性能比較 如果在一個變流量水系統(tǒng)中的每個末端支路都設(shè) 置一個水力調(diào)節(jié)閥和電動調(diào)節(jié)閥，其中，電動調(diào)節(jié)閥起到負(fù)荷調(diào)節(jié)的作用，水力調(diào)節(jié)閥起到水力 調(diào)節(jié)保證電動調(diào)節(jié)閥正常工作的作用。那么這戸 種閥門結(jié)合功能如何？對系統(tǒng)的水力調(diào)節(jié)是否有 影響呢？下面從系統(tǒng)的靜態(tài)水力平衡動態(tài)水力耳 衡兩個方面對3種水力調(diào)節(jié)閥與電動調(diào)節(jié)閥組臺 的性能進(jìn)行比較分析。3.1靜態(tài)水力平衡靜態(tài)水力平衡是指系統(tǒng)中所 有末端設(shè)備的電動控制閥均処于全幵的位置，所有動態(tài)水力平衡招 備幵度也都固定在設(shè)計參數(shù)位置，這時，如果所有 末端設(shè)備的流量均能迖到設(shè)計值，則可認(rèn)為系統(tǒng)迖 到靜態(tài)水力平衡。可見，在總水量能滿足的前援 下，只要進(jìn)

10、行合理設(shè)定，使用靜態(tài)水力平衡閥定沸 量閥以及自力式壓差控制閥與電動調(diào)節(jié)閥組合sf 可以實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。3種閥門組合在靜態(tài)才 力平衡上沒有明顯區(qū)別。3.2動態(tài)水力平衡對于變流以系統(tǒng)來說，除了必須迖到靜態(tài)水丈 平衡外，還必須較好地實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。即在系 統(tǒng)運行過程中，各個末端設(shè)備的流量均能迖到隨瞬 時負(fù)荷改變的瞬時要求流量;而且各個末端設(shè)備的 流量只隨負(fù)荷的變化而變化，而不受其他因素的黨 響。動態(tài)水力平衡實際上包含兩方面內(nèi)容：一是要 消除和屏蔽其他分支的流量變化帶來的干擾；二是 支路自身流以根據(jù)負(fù)荷的變化有較好的調(diào)節(jié)性。 3.2.1消除流量干擾當(dāng)其他分支流量變化帶來干擾，各種閥門組會 消除流量

11、干擾的過程見表1。靜態(tài)平衡閥+ 電動調(diào)節(jié)閥a力式壓差控制閥+ 電動調(diào)節(jié)閥定流螢閥+電動 調(diào)節(jié)閥表1各種閥門組合消除流景干擾能力的比較消除下擾過程性能分析流堂調(diào)節(jié)干擾k端設(shè)備流堂變化-«令（加 熱）景變化一§標(biāo)區(qū)域溫度/偏離一標(biāo)區(qū) 域溫度/與設(shè)定溫度比較y顯控器輸出信 號變化一電動閥開度變化-流量干擾糾正流量調(diào)節(jié)干擾統(tǒng)壓力波動一定壓差技 術(shù)h荒雖干擾糾正流螢調(diào)節(jié)干擾一系統(tǒng)壓力波動流甭技 術(shù)k甭下擾糾正這種糾正是滯后式糾正。由于空調(diào)系統(tǒng)（特別是風(fēng)系統(tǒng)）的熱情 性較大，調(diào)節(jié)過程的滯后時問較長，電動閥未及改變幵度削弱 原來的流埜干擾，新的流景干擾又已產(chǎn)生。因此，采用靜態(tài)平 衡閥+電

12、動調(diào)節(jié)閥組合來削弱流量干擾的效果是有限的這祌干擾實際上還沒釘影響到屯動閥就狂管道中被屏蔽棹了 .因 此通過這種方式來消除末端流景調(diào)tj之間的相互干擾很迅速。 實際上，定玉差技術(shù)足暖通空調(diào)變流量水系統(tǒng)動態(tài)水力y衡的 主要調(diào)節(jié)方式。實現(xiàn)了定壓差技術(shù).系統(tǒng)就不存在末端設(shè)鉻流 景調(diào)節(jié)的相互干擾消除流堂干擾的過程與自力式壓差控制閥+電動調(diào)節(jié)閥組合相似， w此通過送種方式來消除末端流堂調(diào)節(jié)之間的相互干擾也很迅速© 1994-2015 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved, http:/www

13、.ctiki.fwt由表1可知，就消除其他支路流量干擾的能力 而言，自力式壓差控制閥+電動調(diào)節(jié)閥=定流tt 閥+電動調(diào)節(jié)閥 > 靜態(tài)平衡閥+電動調(diào)節(jié)閥。佢 是，現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)大多采用水泵變頻技術(shù)，水泵的 揚程通過變頻基本恒定，不隨流以的變化而變化。因此，對于恒壓變頻水系統(tǒng)，消除其他支路流量干 擾并不是各種平衡閥的主要功能。3.2.2自身流量調(diào)節(jié)性當(dāng)自身負(fù)荷發(fā)生變化需要根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)流量 吋，各種閥門組合流量調(diào)節(jié)過程見表2。表2各種閥門組合自身流量凋節(jié)能力的比較流螢調(diào)節(jié)過稈性能分析靜態(tài)平衡閥+ 電動調(diào)節(jié)閥自力式壓差控制閥+ 電動調(diào)節(jié)閥定流量閥+電動 調(diào)節(jié)閥負(fù)荷變化一冃標(biāo)區(qū)域溫度f與設(shè)定溫 度比

14、較-溫控器輸出信號變化-< 動閥開度變化h荒蜇變化負(fù)荷變化一目標(biāo)區(qū)域溫度 < 與設(shè)定溫 度比較-溫控器輸出信號變化一哇 動閥開度變化h荒景變化負(fù)荷變化一目標(biāo)區(qū)域溫度 < 與設(shè)定溫 度比較h盤控器輸出倍號變化-哇 幻閥開度變化h荒童變化一定流g 閥動作d荒堂恢復(fù)一電動閥定流璽 閥反貨動作一定流量閥失效h荒蓮 變化此時靜態(tài)平衡閥沒有調(diào)節(jié)作用，只是一個阻力元件，但是會影響電動調(diào) 節(jié)閥的閥權(quán)度，使電動凋節(jié)閥與理想工作狀態(tài)偏差變大.閥門的凋節(jié) 性能受到一些影響調(diào)試過程與靜態(tài)平衡閥+電動調(diào)節(jié)閥組合相似，只是由于s力式壓差摶 制閥的存在會使電動調(diào)節(jié)閥的兩側(cè)保持侃定的壓差，電動調(diào)節(jié)閥會旮 理

15、想流量特性下工作，閥門的調(diào)節(jié)性能好調(diào)節(jié)過程存在著電動調(diào)節(jié)閥定流蜇閥反復(fù)動作的過程，無淪電動調(diào)f- 閥減小或增大流堂，定流蚩閥都要使其變化的流足恢復(fù)到設(shè)定狀態(tài) 也就是說定流量閥與電動調(diào)節(jié)閥是一個相反的調(diào)節(jié)過程，只有當(dāng)定沆 壁閥兩端的壓差超過了它本身的正常工作范圍，它才會失去作用而變 成阻力元件。對于電動調(diào)節(jié)閥之前的調(diào)節(jié)行程，因為沒有起至i凋節(jié)作 用，而變得無意義，成為了空行涅”，這將大大影響電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)t 能力和精度。山于調(diào)節(jié)過程變得漫長，滯后性嚴(yán)沮，閥門凋節(jié)性差柺 導(dǎo)致系統(tǒng)很難迖到平衡狀態(tài)由表2可知，就隨負(fù)荷變化的自動調(diào)節(jié)能力而 言，自力式壓差控制閥+電動調(diào)節(jié)閥 > 靜態(tài)平換 閥+電動

16、調(diào)節(jié)閥p定流量閥+電動調(diào)節(jié)閥。由以上綜合分析可以得出，定流以閥+電動調(diào) 節(jié)閥組合其動態(tài)平衡性是最差的，由于閥門流量的 調(diào)節(jié)性能很差，將使系統(tǒng)的運行效果受到很大影 響，在工程實際中應(yīng)避免這種組合。4定流量閥對實際工程節(jié)能運行的影響在實際工程中，為了減小水泵的輸配能耗，變水w:系統(tǒng)的水泵的水循環(huán)w:應(yīng)等于建筑的最大負(fù) 荷除以供回水溫差，而不是簡單的末端設(shè)備所需水 m之和。這與定水m系統(tǒng)設(shè)計是不同的，因為當(dāng)蕘 一臺或幾臺設(shè)備迖到最大需水量時，其他設(shè)備的負(fù) 荷必定有所減小，省出來的水量供最大需水量設(shè)備 使用。這是建筑使用過程中的負(fù)荷變化情況所決 定的。當(dāng)冷源系統(tǒng)采用雙泵或更多并聯(lián)泵時，如果末 端分支選

17、用定流量閥，當(dāng)單泵運行時，其總水量 有定流量閥流量之和的一半，甚至更少。這時所有 的定流量閥都因為水量不足処于最大幵度狀態(tài)，近 端的設(shè)備因為沿程阻力小，水量是可以滿足的；而 遠(yuǎn)端的設(shè)備就処于虧水狀態(tài)，各個支路的定流量閥 起不到流量平衡的作用。因此，當(dāng)負(fù)荷減小了，只 需運行一臺機(jī)組時，為了避免水力失調(diào)也得同時運 行兩臺或多臺循環(huán)泵，導(dǎo)致“大流量小溫差”運行， 這是非常不利于系統(tǒng)節(jié)能的。在現(xiàn)有運行的工程 中，存在這種現(xiàn)象。5結(jié)論本文通過對變水量系統(tǒng)的剖析，重點分析了靜 態(tài)水力平衡閥謅力式壓差控制閥定流量閥與電 動調(diào)節(jié)閥組合的平衡性和調(diào)節(jié)性，就動態(tài)水力平換 性而言，自力式壓差控制閥+電動調(diào)節(jié)閥 > 靜態(tài)冰 力平衡閥+電動調(diào)節(jié)閥m定流以閥+電動調(diào)節(jié)閥。 定流量閥+電動調(diào)節(jié)閥山于調(diào)節(jié)性很差，應(yīng)用在變 流量空調(diào)系統(tǒng)中是不合適的。在變流以水系統(tǒng)中，水泵有一個額定水量，末 端設(shè)備有一個最大需水量。水泵隨著末端的需水 量隨時調(diào)節(jié)流量，每臺末端設(shè)備也隨負(fù)荷變化調(diào)節(jié) 流量如果選用定流量閥，這個“定”的流量只能是 設(shè)備的最大需水量。所以確切地說，定流量閥應(yīng)該 叫最大流量限制器。在小于最大流量時，這個閥門 不但不起作用，而且還對電動調(diào)