暖通空调变流量水力系统的全面平衡

暖通空调变流量水力系统的全面平衡

张彦丛

张彦丛

摘要：本文主要分析了暖通空调变流量水力系统的平衡问题，随着我国建筑数量的增多，暖通空调技术也在不断发展，变流量的全面平衡成为了暖通空调的重点问题。本文就此展开讨论，分析了暖通空调变流量水力系统的全面平衡方法和具体的对策。

关键词：暖通空调；变流量；水利系统；全面平衡

一、前言

暖通空调发展过程中，对水力系统的研究一直在不断深入，与此同时，为了能够提升暖通空调发展的效果，人们研发出了一些比较有效的动态的水力平衡阀，这些产品的出现，使得暖通空调的水力系统全面平衡成为了一种可能，时至今日，水力系统的全面平衡技术越来越成熟，提升了暖通空调系统的运行效果和效率。

二、变流量水利平衡系统的现状

变流量水利平衡系统制造理念是在选择设施和管道时都需要按负荷最大化设计，然而在实际变流量水利系统运行中，安装在终端装置上的控制阀门会调节水流量来满足相应负荷情况需要，因为暖通空调在多数时间段都是在一种负荷的状态下运转，所以高效和节能得到了很大的提升。暖通空调设备绝大部分时间内在远低于设计负荷情况下运转，空调水系统供回水温差远低于供暖系统的温差，无法进行质调节，流量调节才是合理的做法让暖通空调变流水系统精准度出现偏差，达不到舒适节能的效果，随着暖通空调越来越大型化，这样动态水力失衡的情况也就越来越显著。

暖通空调水系统中，水力失调是我们最常见的问题，就是因为水力的失调直接导致了系统流量分配不均匀，有些地方太过于充裕，有些地方又太多余贫乏，直接造成了区域的四季温度不协调，从而导致了其能量的浪费。当然现在己经有人使用水泵扬程要提高其平衡，但是其有一个很大的缺陷，就是很难调节，并且对于电源的消耗量也是极大的。

在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。由于水力失调经常导致系统的流量分配不合理，造成某些地区热量输送不合理的情况，严重地浪费能量。不过，针对这个现象，越来越多的暖通空调工程水系统，特别是在一些国外设计公司设计的工程项目中，均大量地选用水力平衡阀来对系统的流量分配进行调节。

近年来，很多国外设计公司设计的工程项目已经大量的采用水力平衡阀来对系统的流量进行调节。但是，在国内由于种种条件的限制仍然采用通用阀门，如截比阀、球阀等，它们虽然也具有一定的调节能力，但是调节性能不好并且无法对调节后的流量进行测量，因此这种调节是定性地、不精确地，会导致安装完毕后的调试工作和运营管理非常不便。因此，水力平衡阀的采用相当有必要。

三、静态和动态水力平衡分析

1、静态水力失调和静态水力平衡

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的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的流量不一致引起的水力失调,叫做静态水力失调。静态水力失调是稳态的、根本性的,是系统本身所固有的。通过增设静态水力平衡设备,在水系统初调试时对系统管道特性阻力数比值进行调节,使其与设计要求的管道特性阻力数比值一致,从而使系统总流量达到设计总流量,同时使各末端设备流量达到设计流量,可以实现静态水力平衡。

2、动态水力失调和动态水力平衡

系统实际运行过程中当某些末端阀门开度改变引起水流量变化时,系统的压力产生波动,其他末端的流量也随之发生改变,偏离末端要求流量,引起水力失调,这种水力失调叫做动态水力失调。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。在管道系统中增设动态水力平衡设备,利用其屏蔽作用使末端设备流量在用户阀门开度改变时互不干扰,可以实现动态水力平衡。

3、全面水力平衡

全面水力平衡就是消除了静态和动态水力失调,使系统同时达到静态和动态水力平衡。

四、空调水系统的变流量设计原理与方法

关于空调水系统的变流量设计，近来在节能要求的驱动下其应用日益广泛，实现的方法也多种多样。其基本的判断都是认为在以水为冷（热）传递媒介的空调系统中，其水的循环输送能量占整个空调能耗的比重较大，节省了输送能量也即节省了空调能耗，对此行家们都有共识，所不同的是采用什么样的原理、什么样的方法和什么样的设备才能实现最大限度的节能，方式方法不同结果可能很不一样。因此本文推荐采用二级或三级分布式动力设备布置模式和脉动控制模式相结合的方法，并就这一方式进行分析，认为这应是一种既在理论上成立，又在设备的实现上可行的一种设计方法，主要包含有二种思想，第一，控制模式，第二设备布置模式。

分布动力与脉动变流量系统设计的基本节能理念与方法：

1.尽可能降低系统的总阻力，包括机器阻力、阀门管件阻力（动态，静态）、末端盘管的阻力。

2.以供回水温度差作为变流量控制调节的依据。

3.将总供水泵，管道加压泵和末端空调机的开关控制三级设计作为一个完整可靠的分布式动力变流量系统的必须。

4.不设旁流、旁通管路。当然对于保证冷水机组最小流量的旁通，水系统净化用旁通净化器等功能用途另当别论。

5.采用变流量管道加压泵（或称三次泵）这种有源变动力方式代替固定或变阻力的无源无动力调节阀件。理论上说在各个支管环路上都装上变流量管道加压泵，具有最好的节能性与平衡性，究竟设多少？在何处设置？需要进行经济比较后决定。

6.尽可能用二通阀控制末端空调机，对于水流量较大的单台空调机采用温差控制调节阀调节水量以保证供水质量，另用变风量方式调节空调机组的负荷。不宜用回风温度作为水量调节的依据。

五、变流量系统的全面水力平衡方法

1、静态水力平衡的实现

通过在对应部位安装静态水力的平衡设备，使系统达到静态水力平衡。当系统所有的自力式阀门均设定到设计参数位置，所有末端设备的温控阀均处于全开位置时，系统所有末端设备的流量均达到设计流量：实现静态水力平衡的目的是使系统能均衡地输送足够的水量到各个末端设备，并保证末端设备同时达到设计流量。

2、变流量系统几种典型动态水力平衡方式分析

供热系统典型的变流量水力平衡方式垂直双管、水平双管并联分户设环供热系统，在垂直立管回水管上设压差调节器PV1，当其它立管的管道特性发生变化时，由于立管底部压差调节器PV1的调节作用，垂直立管底部接干管处的压差保持不变；在各层水平支管回水管上设压差调节器PV2，当其它不同楼层水平管管道特性发生变化时，由于压差调节器的调节作用，水平支管供回水连接立管处的压差保持不变。这时当该环路某一散热器所在房间负荷变化引起温控阀开度变化时，由于压差调节器的调节作用，关键点PV2的压差不变，这样该环路其余散热器的流量并不会随之变化。通过对变流量供热系统关键点压差的层层整定，使系统中每个散热器的流量只会因为自身负荷变化而通过温控阀的调节来改变，并不会因为系统中其它散热器流量变化而发生变化。这样，系统真正地实现了动态水力平衡。垂直双管、带分集水器的散热器及地暖分户设环系统也是变流量系统，其水力平衡特性同以上是一致的。对于单、双管组合系统，分支管为单管串联的按定流量系统进行分析，分支管为双管并联及主管、机房部分按变流量系统进行分析。

（一）空调系统典型的变流量水力平衡方式：带电动二通阀的风机盘管变流量水力平衡方式：目前市场上有一种自动平衡电动调节阀，其功能和上述方式是一致的，均能保证每个风机盘管达到动态水力平衡。它将上述功能和电动二通阀集成到一个阀内，安装在每个风机盘管支路上，其缺点是价格较高；带电动调节阀的空气处理机组（或柜式换热机组）变流量水力平衡方式：在回水管上安装压差调节器，当系统其它分支管路的管道特性发生变化时，通过压差调节器的调节作用，使压差保持不变。这时如果电动二通阀的开度不变，则空气处理机的水流量保持不变，系统实现动态水力平衡；带动态平衡电动调节阀的空气处理机组（柜式换热机组）变流量水力平衡方式：动态平衡电动调节阀是一种新颖高效、调节性能极佳的电动调节阀，它实质上是压差调节器与电动调节阀的集成。当空气处理机组回风温度T发生变化时，输入到调节计的测量回风温度与设定回风温度相比较，输出一个控制信号去控制电动调节阀的开度，以调节水流量，保证回风温度与设定温度一致。这种电动调节阀比普通的电动调节阀具有更好的调节特性。

（二）变流量水系统的控制方法

在变流量系统中，用户末端盘管采用二通阀调节，整个系统循环流量随负荷变化而成比例变化。无论对于一级泵系统还是二级泵系统，冷源侧均为定流量。一级泵的变流量系统是靠分、集水器之间的旁通实现的。二级泵变流量系统中，常见的负荷侧变流鼍方法是通过供回水压差对二次泵进行台数控制。真正意义上的变流量系统，是靠移动水泵工作点使之沿管路特性曲线移动，保持水泵在最高效率点运行。使用传感器的型式及其安装位置对于一个变速泵系统运转顺利与否，有着决定性的影响。压差传感器是最适用于HVAC系统、密闭回路的传感器。压差传感器的位置对系统的运行和系统能耗量都有影响。当压差传感器装在末端设备附近时，水泵的扬程随着系统用水量的减少，在调节阀上的能耗也有所减少。可以节约很多能源。

3、对空调变水量系统全面平衡的控制方法，得出了以下几点结论：

（一）末端定压差控制方法是目前先进的空调变水量系统的控制方法，它在实际中已经得到应用，并且在实际应用中取得了良好的运行效果，大大节约了能源。通过理论分析和实验验证，末端定压差控制方法是空调变水量系统的可靠控制方法，相信它在实际应用中将得到更广泛的应用。

（二）末端变压差控制方法是在末端定压差控制方法基础上提出的一种更为节能的空调变水量系统的控制方法。目前，对于这种方法的研究尚处于理论阶段。提出了两种末端变压差控制方法：控制器根据各个流量计测得的流量与各自相应的设计流量相比得到的流量百分比取平均值，然后根据平均值调整末端压差传感器的压差的设定值，控制器再根据新的末端设定压差与实际末端压差的大小关系调整泵的转速；将阀门的开启度作为一种参考指标，根据阀门的开启度调整定压值的大小的控制方法。即控制器根据各个阀门的开启度调整末端压差传感器的设定值。使至少一个阀门全开。

（三）变压差的控制理念，提出一种集中控制的方法。这种方法不同于传统的控制方法．调节阀对流量进行自主调节，阀门的开启度是不能人为控制．而是在运行过程中利用测量仪器测出各种需妻的数据收集到控制器后．由控制器进行处理，然后对阀门的并启度直接进行调节。这种控制方法比起传统的末端定压差控制方式宥更大的节能空间。它可以用最小的泵的耗能提供系统最适合的流量，同时能满足系统的供回水的温差始终与设计温差相符合。另外美手阀门的阻抗系数和开度的变化的关系式还需要进行事前进行大量的实验工作才能得到。就像泵的性能曲线一样需要厂家来提供。

（四）末端定压差控制方法中的控制曲线在流量非等比例变化时，并不是一条曲线，而是一个区间，称之为“控制带”。控制带的确存在。而它的存在使末端定压差和末端变压差控制方法更为复杂，所以控制带的存在为以后进一步研究空调变水量系统的控制方法提出了新的课题。

还有在空调方案的实际操作方面，除了要对一些空气传染性疾病和有毒有害气体的扩散问题进行预防之外，高层建筑的水力平衡系统也和空调风系统的关系也非常密切，所以要提高系统的运行效率，就必须要计算好系统所产生的空调风的量，以此作为指标来估算空调承受能力。最后，只有通过实际的工程设计的应用效果的分析才可以对其作出准确的判断。

六、结束语

综上所述，暖通空调变流量水力系统的全面平衡是使用过程中必须要关注的问题，针对目前很多地区的水力失调问题，一定要更加深入的分析如何输送冷热的方法。变流量水系统的全面平衡提升了暖通空调的使用效果，使得暖通空调变得更加的高效、稳定、节能、舒适，因此，今后要更加深入的分析暖通空调变流量水力系统的全面平衡问题。

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