建筑物暖通空调水系统的水力平衡分析

摘　要：文章简单介绍了水力失调和水力平衡的分类，结合工程实践，对定流量系统水力平衡以及变流量水力平衡进行了分析。

关键词：设计；暖通空调；水力平衡
　　1引言
　　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。
　　水力平衡阀有两个特性：⑴、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；⑵、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。
　　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。常用的主要有以下几种形式：
　　3.1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，如末端风机盘管采用三速开关调节风速和采用变风量空气处理机组的空调系统以及系统要求较低、只需气候补偿器调节供暖水温即可满足基本需要的供暖系统等。
　　完全定流量系统只存在静态水力失调，不存在动态水力失调，因此只需在相关部位安装静态水力平衡设备即可。通常在系统机房集水器上安装水力平衡阀；对于空调水系统，可以在建筑物各层水平回水管上安装水力平衡阀。
　　对于某些系统，虽然也不包含任何动态阀门，但由于无法通过其它非流量手段进行调节，因此在实际运行中用户会因为房间过冷或过热而改变阀门开度从而改变流量，因此可以认为这种系统介于定流量和变流量之间。
　　3.2单管串联（带旁通管）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。以前者为例，来说明实现系统水力平衡的方式。
　　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：
　　⑴、在系统机房集水器上安装水力平衡阀；
　　⑵、在立管回水管上设水力平衡阀；
　　⑶、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（既可在本分支环路内部管道特性变化时保持流量恒定，也可在其它环路流量变化时避免受其干扰）。
　　4变流量水力平衡分析：由于人们对系统品质的要求以及节能意识的不断提高，变流量水力系统在暖通空调工程中占据越来越重要的位置。
　　变流量系统在运行过程中各分支环路的流量是随着外界环境负荷的变化而变化的。由于暖通空调工程在一年运行的大部分时间均处于部分负荷运行工况，因此变流量系统大部分时间系统流量都是低于设计流量的。因此这种系统是实时、灵敏、高效、节能的。
　　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。
　　4.1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：当系统所有动态水力平衡设备均设定到设计参数位置（设计流量或压差），所有末端设备的温度控制阀门（温控阀、电动二通阀和电动调节阀等）均处于全开位置时（这时系统是完全定流量系统，各处流量均不变），系统所有末端设备的流量均达到设计流量。
　　从上可以看出，实现静态水力平衡的目的是保证末端设备同时达到设计流量，即设备所需的最大流量。避免了一般水力失调系统一部分设备还没有达到设计流量，而另一部分已远高于设计流量的问题。因此它解决的是静态平衡和系统能力问题，即保证系统能均衡地输送足够的水量到各个末端设备。
　　变流量系统静态水力平衡设备的选择可参照定流量系统的描述来进行，在这里就不再赘述。
　　但是，末端设备在大部分时间是不需要这么大的流量的。因此，系统不但要实现静态水力平衡，还要实现动态水力平衡。
　　4.2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。它包含二方面内容：
　　①、当系统其它环路发生变化时，自身环路关键点压差并不随之发生变化，当自身的动态阀门（如温控阀、电动调节阀）开度不变时，流量保持不变。
　　②、当外界环境负荷变化导致系统自身环路变化时，通过动态水力平衡设备的作用，使关键点压差并不发生变化，此时自身其它并联支路的流量也不发生变化。
　　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。因此变流量动态水力平衡系统也可叫做变流量定压差系统。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（关键点间的节流装置开度不变）来保持流量不变的（固定阀胆式除外）。　　
　　结束语
　　在暖通空调水系统中，应根据工程投资和系统的精度要求合理地选用水力平衡阀。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，节约资金。合理地安装水力平衡阀以及采用正确的方法进行系统联调，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。
　　参考文献：
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