1、精品 料推薦暖通空調水力平衡分析德國歐文托普中國代表處王曉松(本文刊載于供熱制冷雜志2004 年 1 月刊 )摘要：本文揭示了水力失調與水力平衡的概念及其分類，并對定流量系統(tǒng)及變流量系統(tǒng)水力失調的特點、實現(xiàn)水力平衡的措施及典偷募鋼窒低承問澆辛松釗氳姆治觥?lt;br關鍵詞：靜態(tài)水力平衡動態(tài)水力平衡定流量系統(tǒng)變流量系統(tǒng)hydronic balancing analysis of heating and air conditioningby wang xiaosongabstractanalysing the conception and classify of hydronic maladjus

2、tment and hydronicbalancing.analysingthe characteristicofhydronicmaladjustmentand stepofrealizinghydronicbalancing ininvariablenessflowratesystem and variablenessflowratesystem.deepanalysing a few typical system form.keywordsstatic hydronic balancing,dynamic hydronic balancing,invariablenessflowrate

3、 system,variableness flowrate system在建筑物暖通空調工程中，水力平衡的調節(jié)是個重要的課題。本文提出了靜態(tài)水力平衡和動態(tài)水力平衡的概念，并結合二種水力平衡的特點，分析了定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)幾種典型方式的水力平衡設備的選擇及實現(xiàn)水力平衡的方式。一、水力失調和水力平衡的概念：在熱水供熱系統(tǒng)以及空調冷凍水系統(tǒng)中各熱（冷）用戶的實際流量與設計要求流量之間的不一致性稱為該用戶的水力失調。水力失調的程度可以用實際流量與設計要求流量的比值x 來衡量， x 稱水力失調度。x = qs/qj（ qs：用戶的實際流量，qj：用戶的設計要求流量）水力平衡是指網(wǎng)路中各個熱用戶在其它

4、熱用戶流量改變時保持本身流量不變的能力，通常用熱用戶的水力穩(wěn)定性系數(shù)來表示。 =1/ xmax = qj/ qmax（qj：用戶的設計要求流量，qmax：用戶出現(xiàn)的最大流量）二、水力失調和水力平衡的分類：1、靜態(tài)水力失調和靜態(tài)水力平衡：由于設計、施工、設備材料等原因導致的系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比與設計要求管道特性阻力數(shù)比值不一致，從而使系統(tǒng)各用戶的實際流量與設計要求流量不一致，引起系統(tǒng)的水力失調，叫做靜態(tài)水力失調。1精品 料推薦靜態(tài)水力失調是穩(wěn)態(tài)的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的，是當前我國暖通空調水系統(tǒng)中水力失調的重要因素。通過在管道系統(tǒng)中增設靜態(tài)水力平衡設備（水力平衡閥）對系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值

5、進行調節(jié)，使其與設計要求管道特性阻力數(shù)比值一致，此時當系統(tǒng)總流量達到設計流量時，各末端設備流量均同時達到設計流量，系統(tǒng)實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。2、動態(tài)水力失調和動態(tài)水力平衡：當用戶閥門開度變化引起水流量改變時，其它用戶的流量也隨之發(fā)生改變，偏離設計要求流量，從而導致的水力失調，叫做動態(tài)水力失調。動態(tài)水力失調是動態(tài)的、變化的，它不是系統(tǒng)本身所固有的，是在系統(tǒng)運行過程中產生的。通過在管道系統(tǒng)中增設動態(tài)水力平衡設備（流量調節(jié)器或壓差調節(jié)器），當其它用戶閥門開度發(fā)生變化時，通過動態(tài)水力平衡設備的屏蔽作用，使自身的流量并不隨之發(fā)生變化，末端設備流量不互相干擾，此時系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。三、定流量系統(tǒng)水力平衡分

6、析：定流量水力平衡系統(tǒng)是暖通空調設計中常見的水力系統(tǒng)，在運行過程中系統(tǒng)各處的流量基本保持不變。常用的主要有以下三種形式：1、完全定流量系統(tǒng)：完全定流量系統(tǒng)是指系統(tǒng)中不含任何動態(tài)閥門，系統(tǒng)在初調試完成后閥門開度無須作任何變動，系統(tǒng)各處流量始終保持恒定。完全定流量系統(tǒng)主要適用于末端設備無須通過流量來進行調節(jié)的系統(tǒng)，如末端風機盤管采用三速開關調節(jié)風速和采用變風量空氣處理機組的空調系統(tǒng)以及系統(tǒng)要求較低、只需氣候補償器調節(jié)供暖水溫即可滿足基本需要的供暖系統(tǒng)等。完全定流量系統(tǒng)只存在靜態(tài)水力失調，不存在動態(tài)水力失調，因此只需在相關部位安裝靜態(tài)水力平衡設備即可。通常在系統(tǒng)機房集水器上安裝水力平衡閥（如圖1 所

7、示）；對于空調水系統(tǒng)，可以在建筑物各層水平回水管上安裝水力平衡閥。2精品 料推薦對于某些系統(tǒng)，雖然也不包含任何動態(tài)閥門，但由于無法通過其它非流量手段進行調節(jié)，因此在實際運行中用戶會因為房間過冷或過熱而改變閥門開度從而改變流量，因此可以認為這種系統(tǒng)介于定流量和變流量之間。2、單管串聯(lián)（帶旁通管）供暖系統(tǒng)：單管串聯(lián)供暖系統(tǒng)包括垂直雙管水平單管串聯(lián)系統(tǒng)以及垂直單管系統(tǒng)等。這種系統(tǒng)主管的流量基本不變，因此是定流量系統(tǒng)。以前者為例，來說明實現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡的方式。這種系統(tǒng)主要存在靜態(tài)水力失調，在水平分支管上由于三通或二通溫控閥的調節(jié)作用而存在一定的動態(tài)水力失調。因此只需在相關部位增設相關的水力平衡設備即可

8、使系統(tǒng)保持水力平衡。具體如下：、在系統(tǒng)機房集水器上安裝水力平衡閥；、在立管回水管上設水力平衡閥（如圖2 所示）；、在水平分支管上安裝流量調節(jié)器保證各分支環(huán)路流量恒定（既可在本分支環(huán)路內部管道特性變化時保持流量恒定，也可在其它環(huán)路流量變化時避免受其干擾）。如圖 3 所示，該系統(tǒng)與系統(tǒng)2 類似。系統(tǒng)各分支環(huán)路的流量基本不變，是定流量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要存在靜態(tài)水力失調，在末端管路上也存在一定的動態(tài)水力失調。因此只需在相應部位增加相應的3精品 料推薦水力平衡 即可使系 保持水力平衡。具體措施同系 2，只需將措施的流量 器安裝在末端 （ 機 管或空氣 理機 ）水管道即可。四、 流量水力平衡分析：由于人

9、系 品 的要求以及 能意 的不斷提高， 流量水力系 在暖通空 工程中占據(jù)越來越重要的位置。 流量系 在運行 程中各分支 路的流量是隨著外界 境 荷的 化而 化的。由于暖通空 工程在一年運行的大部分 均 于部分 荷運行工況，因此 流量系 大部分 系 流量都是低于 流量的。因此 種系 是 、靈敏、高效、 能的。 流量系 一般既存在靜 水力失 ，也存在 水力失 ，因此必 采取相 的水力平衡措施來 系 的水力平衡。1、靜 水力平衡的 ：通 在相 的部位安裝靜 水力平衡 ，使系 達到靜 水力平衡。 靜 水力平衡的判斷依據(jù)是：當系 所有 水力平衡 均 定到 參數(shù)位置（ 流量或 差），所有末端 的溫度控制

10、（溫控 、 二通 和 等）均 于全開位置 （ 系 是完全定流量系 ，各 流量均不 ），系 所有末端 的流量均達到 流量。從上可以看出， 靜 水力平衡的目的是保 末端 同 達到 流量，即 所需的最大流量。避免了一般水力失 系 一部分 沒有達到 流量，而另一部分已 高于 流量的 。因此它解決的是靜 平衡和系 能力 ，即保 系 能均衡地 送足 的水量到各個末端 。 流量系 靜 水力平衡 的 可參照定流量系 的描述來 行，在 里就不再 述。但是，末端 在大部分 是不需要 么大的流量的。因此，系 不但要 靜 水力平衡， 要 水力平衡。2、 水力平衡的 ：通 在相 部位安裝 水力平衡 ，使系 達到 水力平

11、衡。它包含二方面內容：、當系 其它 路 生 化 ，自身 路關 點 差并不隨之 生 化，當自身的 （如溫控 、 ）開度不 ，流量保持不 ；如 4 所示，當c、 d點 差 化 ，通 水力平衡 （ 差 器pv）的 作用，使a、b 二點 差并不 生 化，如果各支路 二通 vm1、vm2開度保持不 , 流 機 管fp1、fp2的流量保持不 ；、當外界 境 荷 化 致系 自身 路 化 ，通 水力平衡 的作用，使關 點 差并不 生 化，此 自身其它并 支路的流量也不 生 化。如 4，當 機 管fp1所在房 荷 化 致 二通 fm1由開啟到關 ，由于 差 器pv1 的作用， a、b 二點的 差并不隨之 生 化

12、， ， 機 管fp2 的流量保持不 。4精品 料推薦由上可知，變流量系統(tǒng)動態(tài)水力平衡一般是通過動態(tài)水力平衡設備將雙管并聯(lián)系統(tǒng)關鍵點壓差恒定在設計壓差來實現(xiàn)的。因此變流量動態(tài)水力平衡系統(tǒng)也可叫做變流量定壓差系統(tǒng)。壓差調節(jié)是變流量系統(tǒng)的主要調節(jié)方式。實際上，動態(tài)水力平衡的另一關鍵設備流量調節(jié)器也是通過閥體內部關鍵點恒定壓差（關鍵點間的節(jié)流裝置開度不變）來保持流量不變的（固定閥膽式除外）。下面就變流量系統(tǒng)幾種典型動態(tài)水力平衡方式進行分析：、暖通空調機房三種主要變流量動態(tài)水力平衡方式：、自力式壓差調節(jié)器方式：如圖 5 所示，在分集水器旁通管上設壓差調節(jié)器pv調節(jié)分集水器壓差，當某一分支環(huán)路如v1-j1

13、 流量變化時，由于壓差調節(jié)器的調節(jié)作用，使分集水器壓差p保持不變。這樣，其余分支環(huán)路v2-j2 、v3-j3的流量并不隨之發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。、電動調節(jié)閥方式：電動調節(jié)閥方式可以分為電動二通閥和電動三通合（分）流調節(jié)閥方式三種，以電動二通閥方式為例：如圖 6 所示，從分集水器上采集壓力信號p1、p2 輸入壓差變送器，壓差變送器輸出4-20ma 標準電流信號到調節(jié)計（或ddc），通過與調節(jié)計上設定壓差相比較，輸出4-20ma 控制信號到電動調節(jié)閥控制5精品 料推薦其動作， 通過調節(jié)電動調節(jié)閥改變旁通水量從而保證分集水器壓差p恒定到設計壓差，這時分集水器上任一分支回路流量變化時對

14、其它回路不產生影響，系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。、調頻水泵方式：如圖 7 所示，從分集水器上采集壓力信號p1、p2 輸入到壓差變送器，壓差變送器輸出4-20ma 標準電流信號到調節(jié)計（或ddc），與調節(jié)計設定壓差比較后輸出4-20ma 控制信號到調頻器，通過調頻器輸出已調頻的電壓信號到水泵，控制水泵轉速改變水流量，從而保證分集水器壓差與設定壓差保持一致，使系統(tǒng)達到動態(tài)水力平衡。、供熱系統(tǒng)典型的變流量水力平衡方式：如圖 8 所示為垂直雙管、水平雙管并聯(lián)分戶設環(huán)供熱系統(tǒng)。在垂直立管回水管上設壓差調節(jié)器pv1，當其它立管的管道特性發(fā)生變化時，由于壓差調節(jié)器pv1 的調節(jié)作用，垂直立管供回水關鍵點a、b 的

15、壓差保持不變；在水平管回水管上設壓差調節(jié)器pv2，當其它不同樓層水平管管道特性發(fā)生變化時，由于壓差調節(jié)器的調節(jié)作用，水平支管供回水關鍵點c、 d的壓差保持不變。這時當該環(huán)路某一散熱器所在房間負荷變化引起溫控閥wa開度變化時，由于壓差調節(jié)器的調節(jié)作用，關鍵點c、d 的壓差不變，這樣該環(huán)路其余散熱器的流量并不會隨之變化。6精品 料推薦通過對變流量供熱系統(tǒng)關鍵點壓差的層層整定，使系統(tǒng)中每個散熱器的流量只會因為自身負荷變化而通過溫控閥的調節(jié)來改變，并不會因為系統(tǒng)中其它散熱器流量變化而發(fā)生變化。這樣，系統(tǒng)真正地實現(xiàn)了動態(tài)水力平衡。垂直雙管、帶分集水器的散熱器及地暖分戶設環(huán)系統(tǒng)也是變流量系統(tǒng)，其水力平衡特

16、性同以上是一致的。對于單、雙管組合系統(tǒng)，分支管為單管串聯(lián)的按定流量系統(tǒng)進行分析，分支管為雙管并聯(lián)及主管、機房部分按變流量系統(tǒng)進行分析。、空調系統(tǒng)典型的變流量水力平衡方式：、帶電動二通閥的風機盤管變流量水力平衡方式：該系統(tǒng)的水力平衡分析參看四.2 （動態(tài)水力平衡的實現(xiàn)）部分。值得注意的是，目前市場上有一種自動平衡電動調節(jié)閥，其功能和上述方式是一致的，均能保證每個風機盤管達到動態(tài)水力平衡。它將上述功能和電動二通閥集成到一個閥內，安裝在每個風機盤管支路上，其缺點是價格較高。、帶電動調節(jié)閥的空氣處理機組（或柜式換熱機組）變流量水力平衡方式：如圖 9 所示為帶電動二通閥的空氣處理機組。在回水管上安裝壓差

17、調節(jié)器，當系統(tǒng)其它分支管路的管道特性發(fā)生變化時，通過壓差調節(jié)器的調節(jié)作用，使a、 b 二點的壓差保持不變。這時如果電動二通閥vm的開度不變，則空氣處理機的水流量保持不變，系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。7精品 料推薦、帶動態(tài)平衡電動調節(jié)閥的空氣處理機組（柜式換熱機組）變流量水力平衡方式：動態(tài)平衡電動調節(jié)閥是一種新穎高效、調節(jié)性能極佳的電動調節(jié)閥，它實質上是壓差調節(jié)器與電動調節(jié)閥的集成。如右圖所示，當系統(tǒng)其它管路的特性發(fā)生變化時，由于動態(tài)平衡電動調節(jié)閥內置壓差調節(jié)器的作用，使a、 b 二點的壓差保持不變。如果電動調節(jié)閥vm開度不變，則通過空氣處理機組的水流量保持不變。當空氣處理機組回風溫度t 發(fā)生變化時，輸入到調節(jié)計的測量回風溫度與設定回風溫度相比較，輸出一個4-20ma 的控制信號去控制電動調節(jié)閥的開度，以調節(jié)水流量，保證回風溫度與設定溫度一致。在電動調節(jié)閥動作時，由于壓差調節(jié)器的作用，電動調節(jié)閥二端壓差（ a、b 二點）保持不變，因此這種調節(jié)是靈敏高效的，且調節(jié)閥流量特性曲線與理想的流量特性曲線一致，沒有變形。這種電動調節(jié)閥比普通的電動調節(jié)閥具有更好的調節(jié)特性。五、結束語：定流量系統(tǒng)與變流量系統(tǒng)是多種多樣的，在這里只簡單地分析幾種典型的形式。需要注意的是，在實際的工程設