平衡阀应用知识讲解

使用平衡阀在夏热冬冷地区一级泵变流量两管制空调水系统中的应用

1 关于暖通空调设计中水力失调的含义

水力失调有两方面的含义：一是指虽然经过水力计算并达到规定要求，但由于理论计算与实际情况总存在差异，所以在运行后，各用户末端的实际流量与设计要求不完全相符，这种水力失调是稳定的、根本性的，如不加以解决，影响将始终存在，我们称之为稳态失调。二是指系统中，当一些用户末端的水流量改变时(关闭或调节水阀时)，会使其他用户的流量随之变化，我们称之为动态(稳定性)失调，也就是系统在变负荷工况下运行造成的水力失调。

2 解决水力失调的办法

解决空调水管路的水力失调问题可采用如下几种方法：安装静态平衡阀、安装动态平衡阀，加节流孔板以及安装球阀、蝶阀、闸阀等手动调节阀。

2.1 静态平衡阀

静态平衡阀亦称平衡阀、手动平衡阀、数字锁定平衡阀、双位调节阀等，它是通过改变阀芯与阀座的间隙(开度)，来改变节流面积及调节阀阻力，以达到调节流量的目的。从流体力学观点看，静态平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件。其作用对象是系统的阻力，能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部分负荷的流量需求，起到水力平衡的作用。静态平衡阀的特点有：阀门特性为直线型流量特性，即阀门前后压差不变的情况下，流量与开度大体上成线性关系；有精确的开度指示，通过指示可查出相应的流通能力或阻力系数；有开度锁定装置；阀体前后有两个测量孔，可与仪表连接，方便地测出阀门前后的压差，从而计算出流经阀门的流量；静态阀门在空调系统中的应用需要逐级安装，逐级调试。

2.2 动态平衡阀

动态平衡阀分为动态流量平衡阀，动态压差平衡阀等。

动态流量平衡阀亦称自力式流量控制阀、自力式平衡阀、定流量阀、自动平衡阀等，其基本定义是：在一定的压差范围内，恒定被控系统的流量，作用对象是系统的流量。当外网压力波动时被控系统不受影响。但是，当压差小于或大于阀门的正常工作范围时，它毕竟不能提供额外的压头，此时阀门打到全开或全关位置，流量仍然比设定流量低或高，不能控制。其基本要求是最小工作压差(一般大于30kPa)，工作压差范围为30kPa~600kPa。

动态压差平衡阀，亦称自力式压差控制阀、差压控制器、稳压变量同步器、压差平衡阀等，其基本定义是：在水力工况下，一定的流通能力范围内，恒定被控系统的压差，作用对象是被控系统的压差。它是用压差作用来调节阀门的开度，利用阀芯变化来弥补管路阻力的变化，从而使在水力工况发生变化时保持被控系统的压差不变。其基本要求是最小资用压差(最小启动压差)，基本功能为消耗掉多余压头，保证资用压头。

动态平衡阀的特点：动态平衡阀既可以在一定的压力范围内限制空调末端设备的最大流量、自动恒定流量，也可以在一定的流通能力范围内，恒定被控系统的压差。在大型、复杂、空调采暖负荷不恒定的工程中，简化了系统调试过程，并缩短了调试时间。特别是在异程式、变流量水系统中使用平衡阀，可以很容易实现水力工况平衡，满足设计环境温度的要求，并且在空调系统的运行中末端设备可以不受其他末端的启停及调节干扰。

3 空调系统中设置平衡阀时应该注意的问题

3.1 静态平衡阀与动态平衡阀只能起到水力平衡的作用，不能用于负荷调节

在空调水系统中设置了平衡阀后，各个空调末端的流量变化不会干扰影响其他设备的水流量，平衡阀起到了水力平衡的作用。而空调末端水量的调节是由调节阀来实现的。

目前，带电动自控调节功能的电动动态平衡调节阀已经面市，按负荷需求动态平衡空调系统实行节能就更容易实现了。因此采用电动动态平衡调节阀，可以将水力平衡与负荷自动调节合二为一，还简化了安装，便于安装在狭小的空间内。

3.2 静态平衡阀及动态平衡阀的设置

在空调系统中，手动调节阀以及静态平衡阀都是多极设置的，一旦调节完成以后，系统的总流量及各个支路、空调末端的流量不应发生变化。如果系统总流量发生变化，则系统各个支路及末端的流量就会发生等比例变化；而如果某一支路或是末端的流量发生变化，那么其他支路或是末端就会出现流量失调，调试工作就必须重做。

动态平衡阀是按照控制对象(空调水系统某个支路或是空调末端)的工作

点(工作压差或是工作流量)来进行设置的。在一定的流量或是压差范围内，阀内控制对象在工作点的波动，不会对其他阀的控制对象产生影响。各个动态平衡阀间相对独立但又保持平衡，所以动态平衡阀不需要多级设置。

3.3 空调设计中应根据冬夏供回水温差及水量合理设置动态平衡阀

在夏热冬冷地区，冬、夏季节负荷大小不同且空调供热、冷水温差不同时，水流量差异很大。

根据公式：

其中：

△P—管路(空调末端)阻力损失

S——管路(空调末端)阻抗

Q——管路(空调末端)流量

可知：由于管路及空调末端没有发生变化，管路(空调末端)阻抗S也未变化，当流量减少后，管路(空调末端)的水力阻力会成平方关系衰减。因此冬

季及夏季空调水系统的总水流量及管路阻力是有很大差异的。

在四管制空调系统中，用两组不同流量压差设定的平衡阀是可以满足冬季及夏季不同的流量及扬程要求的。但是两管制水系统中则应根据冬、夏季不同流量及扬程的要求设置平衡阀。

方法一，设置可变流量或是可变压差型动态平衡阀，冬夏换季时转换阀门设定。此方法在系统支路较多，且平衡阀设置位置不便于调节时，可操作性很低。反之则有一定可行性。

方法二，采用带自控装置的电动动态平衡调节阀，该阀门通过温度传感器感知室内负荷变化，由电动调节部分调节流量，再由动态平衡部分过滤掉外部压力变化，维持通过阀门的流量稳定。

4 平衡阀在一级泵变流量两管制空调水系统中的应用

一级泵变流量两管制空调水系统就是采用冷(热)源侧定流量，负荷侧变流量的方式。冷(热)源侧设置多台冷水机组及多台热水锅炉，在冷(热)源侧冷(热)水总管接入分、集水器处设置季节切换阀组，进行切换。使用户侧的管路在夏季能提供空调冷水，冬季能提供空调热水。根据用户侧负荷变化，控制冷(热)源侧机组及水泵的运行数量。由于是相同水泵并联运行，在各自运行季节内，即使流量变化较大时，系统的扬程(资用压头)也相对稳定，变化较小。

4.1 平衡阀组设置方案一(见图1)