暖通空调水力平衡分析_0

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1、暖通空调水力平衡分析 - 暖通论文摘要：本文揭示了水力失调与水力平衡的概念及其分类，并对定 流量系统及变流量系统水力失调的特点、实现水力平衡的措施及典 型的几种系统形式进行了深入的分析。关键词：水力平衡 水力失调 定流量 变流量在建筑物暖通空调工程中，水力平衡的调节是个重要的课题。 本文提出了静态水力平衡和动态水力平衡的概念，并结合二种水力 平衡的特点，分析了定流量系统和变流量系统几种典型方式的水力 平衡设备的选择及实现水力平衡的方式。一、水力失调和水力平衡的概念：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

2、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）水力平衡是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保 持本身流量不变的能力，通常用热用户的水力稳定性系数来表示。=1/ XMAX = QJ/ QMAX（QJ：用户的设计要求流量，QMAX：用户出现的最大流量） 二、水力失调和水力平衡的分类：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

3、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、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

4、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。三、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

5、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（如图 1 所示） ；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。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

6、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：、在系统机房集水器上安装水力平衡阀；、在立管回水管上设水力平衡阀；、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） 。3、末端设备带三通调节阀的空调系统：四、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

7、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。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

8、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。2、动态水力平衡的实现：通过在

9、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：、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；如图 4 所示，当 C、D 点压差变化时，通 过动态水力平衡设备（压差调节器 PV）的调节作用，使 A 、B 二点压差并不发生变化，如果各支路电动二通阀 VM1、VM2 开度保 持不变，则流经风机盘管 FP1、FP2 的流量保持不变；、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。当风机盘管 FP

10、1 所在房间负荷变 化导致电动二通阀 FM1 由开启到关闭，由于压差调节器 PV1 的作 用，A、B 二点的压差并不随之发生变化，这样，风机盘管 FP2 的 流量保持不变。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） 。下面就变流量系统几种典型动态水力平衡方式进行分析：、暖通空调机房三种主要变流量动态

11、水力平衡方式：、自力式压差调节器方式：、电动调节阀方式：电动调节阀方式可以分为电动二通阀和电动三通合（分）流 调节阀方式三种，以电动二通阀方式为例：、调频水泵方式：、供热系统典型的变流量水力平衡方式： 通过对变流量供热系统关键点压差的层层整定，使系统中每 个散热器的流量只会因为自身负荷变化而通过温控阀的调节来改变， 并不会因为系统中其它散热器流量变化而发生变化。这样，系统真 正地实现了动态水力平衡。垂直双管、带分集水器的散热器及地暖分户设环系统也是变 流量系统，其水力平衡特性同以上是一致的。对于单、双管组合系统，分支管为单管串联的按定流量系统 进行分析，分支管为双管并联及主管、机房部分按变流量

12、系统进行 分析。、空调系统典型的变流量水力平衡方式：、带电动二通阀的风机盘管变流量水力平衡方式：该系统的水力平衡分析参看四。2（动态水力平衡的实现）部分。值得注意的是，目前市场上有一种自动平衡电动调节阀，其 功能和上述方式是一致的，均能保证每个风机盘管达到动态水力平 衡。它将上述功能和电动二通阀集成到一个阀内，安装在每个风机 盘管支路上，其缺点是价格较高。、带电动调节阀的空气处理机组（或柜式换热机组）变流 量水力平衡方式：、带动态平衡电动调节阀的空气处理机组（柜式换热机组） 变流量水力平衡方式：动态平衡电动调节阀是一种新颖高效、调节性能极佳的电动调节阀，它实质上是压差调节器与电动调节阀的集成。

13、当系统其它 管路的特性发生变化时，由于动态平衡电动调节阀内置压差调节器 的作用，使 A、B 二点的压差保持不变。如果电动调节阀 VM 开度 不变，则通过空气处理机组的水流量保持不变。当空气处理机组回 风温度 T 发生变化时，输入到调节计的测量回风温度与设定回风温 度相比较，输出一个 4-20mA 的控制信号去控制电动调节阀的开度， 以调节水流量，保证回风温度与设定温度一致。在电动调节阀动作 时，由于压差调节器的作用，电动调节阀二端压差（A、B 二点）保 持不变，因此这种调节是灵敏高效的，且调节阀流量特性曲线与理 想的流量特性曲线一致，没有变形。这种电动调节阀比普通的电动 调节阀具有更好的调节特性。五、结束语：定流量系统与变流量系统是多种多样的，在这里只简单地分 析几种典型的形式。需要注意的是，在实际的工程设计中，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，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，为甲方节约资 金。