暖通空调工程中水力平衡调节分析

暖通空调工程中关于水力平衡调节的分析

摘要：本文在了解水力失调和水力平衡概念的基础上探讨了系统水力平衡调节问题，并对定流量系统水平衡和变流量水力平衡进行了分析。

关键词：暖通空调水力平衡调节平衡阀

随着科技进步和人民生活水平的提高，建筑物耗能量也在不停地增加，暖通空调就是应需求而产生的一种节能的中央空调。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，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。近些年来，在越来越多的暖通空调供水系统的关键部位，大量地选用水力平衡阀来对系统的流量分配进行调节。

1.水力失调

在暖通空调供水系统中各用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。水力失调分为静态失调和动态失调两种情况。静态失调是指系统中各用户在设计状态下．实际流量与设计流量不符，这种失调是稳态的、根本性的，如不加以解决，这类问题将始终存在。特别是在现有的定流量系统中，静态失调问题比较突出。动态失调是指系统中一些用户的水流量改变时，引起系统的阻力分布变化，导致其他用户流量随之改变产生失调，这种

失调是变化的、动态的。水力失调的程度可以用水力失调度来衡量。水力失调度可表示为：

其中，为用户的实际用量，为用户的设计要求流量。

2．水力平衡调节

2.1水力平衡及元器件

水力平衡是指系统管网中各个用户在其它用户流量改变时保持本身流量不变的能力，通常通过用户的水力稳定性系数来表示：其中，表示用户出现的最大流量。目前常用的水力平衡元件有流量平衡阀，分为静态流量平衡阀和动态流量平衡阀，它们在特性和使用功能上是有所差别的，在实际应用中应根据使用需要进行正确选择。

静态流量平衡阀静态平衡阀的工作原理是通过调节阀芯与阀座的间隙，改变流体流经阀门的阻力，达到调节流量的目的。对于不可压缩流体，

其中，表示流过平衡阀的流量( )，表示阀门的阻力系数；表示阀门前后的压力差（）。其特点是可以使建筑物内各环路之间达到水力平衡，保证各个支路所需的热量，使建筑物供暖系统按照设计总流量运行就可以满足各建筑物，以及最不利点建筑物内房间的室温要求，不需要使供暖系统加大流量运行。

动态流量平衡阀动态流量平衡阀的作用是在阀的进出口压差变化的情况下，维持通过阀门的流量恒定，维持管路的流量恒定。管

网中应用动态流量平衡阀，可直接根据设计来设定流量，阀门可在水压作用下，自动消除管线的剩余压头及压力波动所引起的流量偏差。动态流量平衡阀的作用是能够锁定流经阀门的水量。

2.2水力调节

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。有单个水力平衡阀调节、有精确计算的水力平衡阀的调节和一般系统水力平衡阀的联调三种。

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。因此，下面我们就一般系统水力平衡阀的联调进行分析。⑴并联水系统流量分配；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。如图1所示，调节阀vi、v2、v3组成的并联系统，则qvl：qv2：qv3=kvl：kv2：kv3。当调节阀v1、v2、v3调定后，kvl、kv2、kv3保持不变，则qvl、qv2、qv3的比值保持不变。⑵串联水系统流量；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gl和调节阀v1、v2、v3组成串联系统，则qgi=qvl+qv2+qv3；

⑶串并联组合系统流量分配的特点：如图1所示，实际e是—个串并联组合系统。其中平衡阀v1、v2、v3组成并联系统，平衡阀v1、v2、v3又与平衡阀gl组成串联系统。

图 1串并联系统示意图

系统水力平衡联调的具体步骤如下：

①将系统中的断流阀和水力平衡阀全都调至全开位置，对于其它的动态阀门也将其调至最大位置；

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顺进行，见图1；

③测量水力平衡阀vi-v18的实际流量，并计算水力失调度；

④对每个并联阀组内的水力平衡阀的水力失调度进行分析；

⑤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，并计算出水力失调度；

⑦调节系统主阀g，使g的实际流量等于设计流量。

暖通空调供水系统在不同的情况下，都需要进行相应的水力调节。根据供暖系统的不同特点，可以从不同方面进行分析。根据供暖系统的水力学流动特性，可分为定流量系统和变流量系统。

定流量系统通常是指使用三通阀控制进入末端设备的热水水量的水力系统。当供热负荷下降时，阀门将会旁通部分流量。因此，整个系统的总流量保持恒定。主要有以下三种：①完全定流量系统，完全定流量系统是指系统中不含任何动态阀门，系统在初调试完成后阀门开度无须作任何变动，系统各处流量始终保持恒定。完全定

流量系统主要适用于末端设备无须通过流量来进行调节的系统。②单管串联供暖系统，单管串联供暖系统包括垂直双管水平单管串联系统以及垂直单管系统等。这种系统主管的流量基本不变，因此是定流量系统。③末端设备带三通调节阀的空调系统，该系统各分支环路的流量基本不变，是定流量系统。这种系统主要存在静态水力失调，在末端管路上也存在一定的动态水力失调。

变流量系统，变流量系统通常是指使用两通阀控制进入末端设备的热水水量的水力系统，根据供暖的实际需要变化流量。变流量系统一般分为静态水力实现和动态水力实现。

静态水力平衡的实现，通过在相应的部位安装静态水力平衡设备，使系统达到静态水力平衡。如图2所示，是在末端安装静态流量平衡阀的情况。旁通回路上加装平衡阀，通过调节使得旁通管路的总阻力系数等于末端设备的总阻力系数。

动态水力平衡的实现，通过在相应部位安装动态水力平衡设备，使系统达到动态水力平衡。如图3所示，是在末端安装动态流量平衡阀的情况。在分支处安装动态流量平衡阀，当水流过末端设备管路时，动态流量平衡阀开大，流量为设定值。当水流经旁通回路时，动态流量平衡阀自动关小，流量保持为设定值，应用这种方法会造成系统阻力增加。

图2系统安装静态流量图3系统安装动态流量

平衡阀示意图平衡阀示意图