空调水系统的平衡阀应用分析

空调水系统的平衡阀应用分析

郭超

上海市安装工程集团有限公司

摘要  所有大型的空调供回水系统都需要进行水力平衡，而水力平衡离不开各种类型的平衡阀的使用。本文将分别阐述几种应用较为广泛的平衡阀的应用场合和设置方案，再以实际项目案例对平衡阀的设置进行分析。

关键词  静态平衡；动态平衡；阀门设置

1.引言

过去，空调水系统大多采用定流量系统，系统无法根据末端冷热需求的变化而调整流量，经常造成系统不平衡，冷热不均匀，能量损失等结果。随着对节能理念的追求和科技的进步，出现了变流量系统，随之也出现了各种平衡阀配合变流量系统。虽然厂商一直大力宣传动态平衡阀的动态水力平衡功能，更有甚者号称只要所有末端都配置了动态平衡阀，系统的水力平衡问题就能一劳永逸地解决。但事实上市面上绝大多数动态平衡阀由于自身的结构，无法准确测量出实时的流量，导致系统运行时无法准确地对空调供回水系统进行动态平衡调节。另外，平衡阀的设置方案也是系统水力平衡的重要环节，合适的平衡设置方案不仅能降低投资成本，更能方便达成系统水力平衡的目的。

2.平衡阀的种类

2.1静态平衡阀

静态平衡阀又称手动平衡阀，是一种解决系统由于自身管路特性而产生的水力不平衡发阀门。流体经过静态平衡阀的流量可以通过测量流经静态平衡阀前后的流体的压差后再根据计算得出。根据前期设计的水力计算知道每个静态平衡阀应该的流量，然后可以知道理论上每个静态平衡阀对应的开度圈数。在阀门出厂时就标定好流量和开度圈数，然后在系统调试时根据实际测量的流量进行手动微调，将流量按需分配，最终完成系统的静态水力平衡。

2.2动态流量平衡阀

动态流量平衡阀是一种自力式的，能够保持经过的流体的流量恒定的一种平衡阀。但是动态流量平衡阀有个问题，当系统总流量增加时，系统近端的动态流量平衡阀可以通过自我调节保持流量恒定，使多余的流量进入系统远端；而当系统总流量减小时，系统近端的动态流量平衡阀则会将阀门开度调到最大使流量尽量满足设定值，此时系统远端的流量将会变小且无法调整。这就导致了无法有效解决系统总体流量减小时的水力平衡问题，此时动态流量平衡阀只起到了限流的作用。

2.3动态压差平衡阀

动态压差平衡阀，又名自力式压差控制阀。它可以在工作压差范围内，限定其控制区域的两点间的压差变化值不超过事先设定的值。自力式压差平衡阀适用于变流量系统中，可以应对该系统负荷变化比较大，回路间互相扰动情况比较严重以及容易出现噪声的现象。其优点在于使回路间不再互相扰动，从而每个回路都可以独立调试，使调试过程大为简化，并且系统的回路数量变化后也无需对已有回路做重复调试。

3.平衡阀的应用分析

3.1静态平衡阀

经过设计前期水力计算，在异程式空调供回水系统中，若存在某个并联环路，其与其他并联环路的压力损失的计算差值达到15%时，就必须设置静态平衡阀，并且此时系统中的静态平衡阀应分级安装，即在主干管、立管和分支管等各个控制回路上都应安装；其次，应所有并联分支管都安装；最后，静态平衡阀应安装在空调回水管上。

3.2动态流量平衡阀

动态流量平衡阀一般应用于流量固定的场景，进行排布时应注意以下几点：

（1）必须根据设计流量选型；

（2）一般安装在末端FCU风机盘管或AHU空气处理机组及PAU新风处理机组出水的回水管上；

（3）若在上一条所述的末端设备出水的回水管上安装了动态平衡阀，那么在立管和主干管上就不必再重复安装动态流量平衡阀，即不需像静态平衡阀一样在各个分级控制回路上安装；

（4）制冷机组或锅炉等大型设备的供回水管一般需要限流，此时应安装动态流量平衡阀来避免出现过流的现象；

（5）若动态流量平衡阀控制的设备是空气处理机组及新风处理机组或风机盘管时，阀门的选型流量应与空气处理机组及新风处理机组或风机盘管的设计流量相等，若其控制的设备是制冷机组或锅炉时，一般阀门选型流量应比设备流量大5%。

3.3动态压差平衡阀

动态压差平衡阀应当遵循不重复设置的原则，如果在系统的前端回路中已经设置了动态压差平衡阀，那么在系统的后端回路中就无需再设置了。

上面图示3中动态压差平衡阀的应用场景中，单从平衡效果的角度看，方案3优于方案2，而方案2又优于方案1，因此方案3是最好的解决方案；而从性价比的角度上考虑，方案2则是最佳方案，也是实际应用最多的方案。

动态压差平衡阀并不一定要和静态平衡阀配合使用，在方案3中，若实际情况与设计比较吻合的话，就可以不设置静态流量平衡阀，只需在管道上设置测量用接口即可。但在目前大部分实际应用中，动态压差平衡阀都是和静态平衡阀配合使用，以便于系统的故障诊断和调试。

4.项目实际案例分析

案例的项目是一栋53层的超高层办公楼，建筑高度241.3m，建筑面积为104700㎡。本项目空调供回水系统采用两管制一次泵变流量系统。制冷机组与冷冻水循环泵、锅炉与热水循环泵、闭式冷却塔与冷却水循环泵均一一对应，并且每组泵配设一台备用水泵。泵组采用多泵并联变频控制技术，每台水泵设置变频器，根据末端负荷变化引起的温差变化来实时确定每台水泵的运行状态。

本项目的阀门设置情况如下：

1) 供新风处理机组和空气处理机组的水管与供风机盘管的水管分设立管，在供风机盘管的支管总回水管设置静态流量平衡阀。

2) 空气处理机组及新风处理机组的管道上均安装电动比例积分调节阀，通过改变流经设备的流体流量来控制预先设定好的送风温度。连接风机盘管的管道上均安装电动二通阀。

3) 风机盘管的立管总管上设置静态平衡阀； 连接空气处理机组及新风处理机组设备的管道上设置静态平衡阀。

如上所示，本项目的空气处理机组和风机盘管的立管是分开设置的，那就将空气处理机组和风机盘管的情况分开讨论。

该方案旨在最大程度的节约建设成本而尽可能少地设置平衡阀。若采用这种方案，可能造成的后果是系统的设计满负荷下的水力平衡无法保证。若系统的设计满负荷下的静态水力平衡无法保证，光靠每个末端的静态平衡阀及电动调节阀无法调节系统自身管路特性造成的水力失调，因此从业主节约成本的初衷考虑，建议在总立管处设置一套静态平衡阀和动态压差平衡阀，并在每个楼层出立管的回水支管上设置一个静态平衡阀，如上文3.3节的方案（1）。

其次是风机盘管的立管回路，风机盘管由于管径较小，没有必要每个风机盘管都设置静态平衡阀，可以近似地认为本项目风机盘管的立管回路也是按照上文3.3节的方案（1）设置平衡阀的。

5.结论

各种平衡阀的使用，极大程度地改善了空调供回水系统的水力平衡失调问题。平衡阀有多种不同的种类，不同种类的平衡阀之间有着互不相同的原理和功能，分别应用于不同的场合，因此要根据实际情况进行选用。其中，静态平衡阀通常用于调节空调供回水系统自身管路特性引起的水力不平衡，它可以使系统在设计满负荷的运行情况下保证系统水力平衡；而动态流量平衡阀一般用于需要流量恒定的场合，如制冷机组或锅炉的出口处，防止过流；最后，动态压差平衡阀能够自力调节其控制区域的系统的压差，进而达到调节流量的效果。系统在前期设计时，应充分考虑这几种平衡阀的搭配方案、设置位置及其他各种因素，以此来达到最好的实际运行效果。