暖通空调水力平衡调节设计研究

摘要：对于暖通空调工程来说，水力平衡的调节是个关键性问题，也是学者们研究的重要的课题。本文着重提出了静态水力平衡和动态水力平衡两个概念，并结合了两种水力平衡各自的特点，分析了定流量系统和变流量系统等几种比较典型的方式，提出了水力平衡技术的应用是改善供热(冷)空调系统现状和促进节能改造的有效途径。
关键词：水力平衡水力失调定流量系统变流量系统节能改造
一、水力平衡与水力失调概念及分类
1 概念：
水力平衡指的是网路中各个热用户在其它热用户流量有变化时保持本身流量不变的能力，通常用热用户的水力稳定性系数r来表示。r＝1/XMAX＝QJ/QMAX
（QJ：用户的设计要求流量，QMAX：用户出现的最大流量）
在热水供热系统以及空调冷冻水系统中各热(冷)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。水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值X来衡量, X 称水力失调度。X=QS/QJ(QS:用户的实际流量,QJ:用户的设计要求流量）
2 分类：
静态水力失调和静态水力平衡：由于设计、施工、设备材料等各种原因导致的系统管道的特性阻力数降低，从而使系统每个用户的实际流量值与设计要求流量值不一致，就会引起系统的水力失调，这就叫做静态水力失调。通过在管道系统中增设静态水力平衡设备（水力平衡阀）进而对系统管道的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，此时当系统总流量值达到设计流量值时，各末端设备流量值均同时达到设计流量值，系统呈现静态水力平衡。
动态水力失调和动态水力平衡：当用户的阀门开度变化导致水流量改变时，其它用户的流量会发生改变，偏离设计要求的流量，从而导致的水力失调，叫做动态水力失调。通过在管道系统中增设动态水力平衡设备，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，末端设备流量彼此不互相干扰，此时系统实现动态水力平衡。
二、目前供热(冷)系统存在问题
在供热(冷)空调系统中,由于输配环路及热(冷)源机组(并联)环路存在水力失调、水泵选型偏大、水泵运行不合适的工作点处、水泵运行效率低、用户处室温不一致等等原因,造成了能耗高,供热(冷)品质差的弊病。如：①水系统处于大流量、小温差情况，水输送系数不能达标。②每t/h锅炉出力能提供的供热面积大大减小。③采暖煤耗量指标高。④室内温度不均匀。另外，空调系统也存在着大流量，室温不均的现象，严重影响了供冷品质。
三、定流量系统和变流量系统
1 定流量系统水力平衡分析
定流量水力平衡系统是暖通空调设计中常见的水力系统，在运行过程中系统各处的流量基本保持不变。常用的主要有以下三种形式：
①完全定流量系统：完全定流量系统指的是系统中不存在任何动态阀门，系统在初调试完成后阀门开度也不需要作任何变动，系统各处流量值始终不变。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。这种系统主要存在静态水力失调，在水平分支管上由于三通或二通温控阀的调节作用而存在一定的动态水力失调。因此只需在相关部位增设相关的水力平衡设备即可使系统保持水力平衡。具体如下：1、在系统机房集水器上安装水力平衡阀；2、在立管回水管上设水力平衡阀；3、在水平分支管上安装流量调节器保证各分支环路流量恒定。
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。这种系统主要是静态水力失调，在末端管路上也有一定的动态水力失调。因此只需在相应部位增加相应的水力平衡设备即可使系统保持水力平衡。
2 变流量水力平衡分析
变流量系统一般既存在静态水力失调，也存在动态水力失调，因此必须采取相应的水力平衡措施来实现系统的水力平衡。
①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。实现静态水力平衡的判断依据是：设计参数位置（设计流量或压差），温度控制阀门等等。
②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。
四、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。
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。
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。
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，对系统进行调节，应使所有的水力平衡阀同时达到设计流量
由上可知，变流量系统动态水力平衡一般是通过动态水力平衡设备将双管并联系统关键点压差恒定在设计压差来实现的。压差调节是变流量系统的主要调节方式。实际上，动态水力平衡的另一关键设备流量调节器也是通过阀体内部关键点恒定压差来保持流量不变的。
在系统中使用自动平衡比例积分调节阀能为您带来众多的利益。由于不需要进行系统调试，所以省去许多不必要的麻烦，节约了大量的宝贵时间，竣工日期缩短；还能节约了较多的管材，保温材料及安装费用和时间；使水系统时时刻刻都处于平衡状态，所以无论安装分期施工或设备分期使用都不会影响水系统的平衡；即使工程后期或投入运行后因改变某些用途而需要改变某些区域的水系统设计，也不会影响其他区域的水系统设计，更不会影响其他区域的水系统平衡；由于整个系统处于动态平衡状态，所以制冷机组及水泵将以最节能状态运行，节省了大量的运行维护费；由于系统的流量平衡是自动进行的,使安装维护更加便利,并坚决杜绝了人为操作失误以致破坏平衡的可能.
五、结束语
目前,我国的空调系统中大多存在水力失调现象,容易造成供热(冷)质量差,增加了能耗，浪费资源。对于定流量系统与变流量系统这里只简单地分析一下，在实际的工作中，应根据工程投资和系统的精度要求合理地选用水力平衡设备。到目前为止，水力平衡技术是改善供热(冷)现状和促进节能的最有效途径。在暖通空调水系统中，既要满足工程设计和技术规范要求，同时又应采用合理的方案，使系统接近或达到水力平衡，从而既为系统的正常运行提供了保证，同时又节省了能源，使系统经济高效地运行。