暖通空调水系统设计中水力平衡调节分析

暖通空调水系统设计中水力平衡调节分析
摘要：随着经济的发展，空调系统成为现代建筑物中不可缺少的设施之一，本文概述了水力平衡技术及系统水力平衡调节，并对空调水系统设计中应注意的问题进行分析。

关键词：暖通空调;水系统设计;水力平衡;分析
Abstract: with the development of economy, air conditioning system a modern building one of the indispensable facilities, this article summarizes the hydraulic balance technology and system hydraulic balance adjustment, and the air conditioning water system design should pay attention to the problems are analyzed.
Keywords: hvac; Water system design; Hydraulic balance; analysis
前言：
在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。

由于水力失调导致系统流量分配不合理，某些区域流量过剩，某些区域流量不足，造成某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，提高水泵扬程，但仍会产生热（冷）不均及更大的电能浪费。

因此，必须采用相应的调节阀门对系统流量分配进行调节。

虽然某些通用阀门如截止阀、球阀等也具有一定的调节能力，但由于其调节性能不好以及无法对调节后的流量进行测量，因此这种调节只能说是定性的和不准确的，常常给工程安装完毕后的调试工作和运行管理带来极大的不便。

因此近些年来，在越来越多的暖通空调工程水系统的关键部位（如集水器）、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。

2水力失调和水力平衡的分类：
2.1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与设计要求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流量不一致，引起系统的水力失调，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，是当前我国暖通空调水系统中水力失调的重要因素。

通过在管道系统中增设静态水力平衡设备（水力平衡阀）对系统管道特性阻力数比值进
行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，此时当系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，系统实现静态水力平衡。

2.2动态水力失调和动态水力平衡：
当用户阀门开度变化引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致的水力失调，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。

通过在管道系统中增设动态水力平衡设备（流量调节器或压差调节器），当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰，此时系统实现动态水力平衡。

3 水力平衡阀的特性
3.1具有良好的调节特性。

一般质量较好的水力平衡阀都具有直线流量特性，即在阀二端压差不变时，其流量与开度成线性关系；
3.2流量实时可测性。

通过专用的流量测量仪表可以在现场对流过水力平衡阀的流量进行实测。

4 系统水力平衡调节
水系统水力平衡调节的实质就是将系统中所有水力平衡阀的测量流量同时调至设计流量。

4.1 单个水力平衡阀调节
单个水力平衡阀的调节是简单的，只需连接专用的流量测量仪表，将阀门口径及设计流量输入仪表，根据仪表显示的开度值，旋转水力平衡阀手轮，直至测量流量等于设计流量即可。

4.2 已有精确计算的水力平衡阀的调节
对于某些水系统，在设计时已对系统进行了精确的水力平衡计算，系统中每个水力平衡阀的流量和所分担的设计压降是已知的。

这时水力平衡阀的调节步骤如下：⑴、在设计资料中查出水力平衡阀的设计压降；⑵、根据设计图纸，查出（或计算出）水力平衡阀的设计流量；⑶、根据设计压降和设计流量以及阀口径，查水力平衡阀压损列线图，找出这时水力平衡阀所对应的设计开度；⑷、旋转水力平衡阀手轮，将其开度旋至设计开度即可。

4.3 一般系统水力平衡阀的联调
对于目前绝大部分的暖通空调水系统，其设计只有水力平衡阀的设计流量，而不知道压差，而且系统中包含多个水力平衡阀，在调节时这些阀的流量变化会互相干扰。

这时如何对系统进行调节，使所有的水力平衡阀同时达到设计流量呢？
4.3.1 系统水力平衡调节的分析：
①并联水系统流量分配的特点：并联系统各个水力平衡阀的流量与其流量系数KV值成正比（由于管道中水流速度较低，假定各并联支路上平衡阀两端的压差相等），如图1所示，调节阀V1、V2、V3组成的并联系统，则QV1 ：QV2 ：QV3= KV1 ：KV2 ：KV3（Q为流量，KV为流量系数）。

当调节阀V1、V2、V3调定后，KV1、KV2 、KV3保持不变，则调节阀V1、V2、V3的流量QV1 、QV2 、QV3的比值保持不变。

如果将调节阀V1、V2、V3流量的比值调至与设计流量的比值一致，则当其中任何一个平衡阀的流量达到设计流量时，其余平衡阀的流量也同时达到设计流量。

图1 系统示意图
②串联水系统流量分配的特点：串联系统中各个平衡阀的流量是相同的，如图1所示，调节阀G1和调节阀V1、V2、V3组成一串联系统，则
QG1= QV1 +QV2 +QV3；
③串并联组合系统流量分配的特点：实际上是一个串并联组合系统。

其中平衡阀V1、V2、V3组成一并联系统，平衡阀V1、V2、V3又与平衡阀G1组成一串联系统。

根据串并联系统流量分配的特点，实现水力平衡的方式如下：
首先将平衡阀组V1、V2、V3的流量比值调至与设计流量比值一致；再将调节阀G1的流量调至设计流量。

这时，平衡阀V1、V2、V3、G1的流量同时达到设计流量，系统实现水力平衡。

实际上，所有暖通空调水系统均可分解为多级串并联组合系统。

4.3.2 水力平衡联调的步骤：
如图2所示，该系统为一个二级并联和二级串联的组合系统，（V1－V3、V4－V6、...。

V16－V18）为一级并联系统，又分别与阀组I（G1、G2 (6)
组成一级串联系统；阀组I为二级并联系统，又与系统主阀G组成为二级串联系统。

该系统水力平衡联调的具体步骤如下：
①将系统中的断流阀（图中未表示）和水力平衡阀全部调至全开位置，对于其它的动态阀门也将其调至最大位置，例如，对于散热器温控阀必须将温控头卸下或将其设定为最大开度位置；
②对水力平衡阀进行分组及编号：按一级并联阀组1－6、二级并联阀组I、系统主阀G顺序进行，见图2；
图2 串并联系统示意图
③测量水力平衡阀V1－V18的实际流量Q实；
④对每一个并联阀组内的水力平衡阀的流量比进行分析，例如，对一级并联阀组1的水力平衡阀V1~V3的流量比进行分析，假设q1<q2<q3，则取水力平衡阀V1为基准阀，先调节V2，使q1=q2，再调节V3，使q1=q3，则q1=q2=q3；
⑤按步骤④对一级并联阀组2~6分别进行调节，从而使各一级并联阀组内的水力平衡阀的流量比均相等；
⑥测量二级并联阀组I内水力平衡阀G1－G6的实际流量，并计算出流量比Q1-Q6；
⑦对二级并联阀组的流量比Q1－Q6进行分析，假设Q1<Q2<Q3<Q4<Q5<Q6，将水力平衡阀G1设为基准阀，对G2~G6依次进行调节，直至调至Q1=Q2=Q3=Q4=Q5=Q6，即二级并联阀组内的水力平衡阀的流量比均相等；
⑧调节系统主阀G，使G的实际流量等于设计流量。

这时，系统中所有的水力平衡阀的实际流量均等于设计流量，系统实现水力平衡。

但是，由于并联系统的每个分支的管道流程和阀门弯头等配件有差异，造成各并联平衡阀两端的压差不相等。

因此，当进行后一个平衡阀的调节时，将会影响到前面已经调节过的平衡阀，产生误差。

当这种误差超过工程允许范围时（如实例中的5%），则需进行再一次的测量和调节。

5 结语
在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题，而水力平衡的调节是个重要的课题。

要确保空调系统按照设计的技术参数运行，对系统的水力平衡控制相当关键。

水力平衡技术的应用是改善供热空调系统现状和促进节能改造的有效途径，它投资少、见效快，具有显著的经济与社会效益。