【摘要】近年來，大型商場、工作室飛速發(fā)展，中央空調(diào)成為改善室內(nèi)溫度、環(huán)境、及建筑品味的主要設(shè)施。隨著人們對空調(diào)質(zhì)量的要求以及節(jié)能意識的不斷提高等的變化，如何改善空調(diào)系統(tǒng)的質(zhì)量變得越來越重要，研究變流量水力系統(tǒng)在空調(diào)設(shè)計(jì)中的作用也顯得尤其重要?；诖?，本文對暖通空調(diào)變流量水力系統(tǒng)平衡問題進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào) 變流量水力系統(tǒng) 平衡問題

隨著人們生活品質(zhì)要求、節(jié)能意識的不斷提高，以及空調(diào)系統(tǒng)的大型化，變流量水力系統(tǒng)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中占有越來越重要的位置。變流量系統(tǒng)在運(yùn)行過程中各分支路的流量是隨著外界環(huán)境負(fù)荷的變化而變化，因此變流量系統(tǒng)的全面平衡問題成為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)界的一個(gè)重要課題。

一、水力平衡

1、靜態(tài)水力失調(diào)和靜態(tài)水力平衡

靜態(tài)水力失調(diào)是指由于設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備材料等方面存在的限制條件導(dǎo)致系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值與設(shè)計(jì)要求的管道特性阻力數(shù)比值不一致，從而使系統(tǒng)各用戶的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量不一致引起的水力失調(diào)。靜態(tài)水力失調(diào)是穩(wěn)定的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的。圖1 為某異程系統(tǒng)的靜態(tài)水力失調(diào)及其平衡措施示意圖。假設(shè)各支路的流量和阻力相等，則不難看出，支路5 為最不利支路。水泵揚(yáng)程根據(jù)最不利支路的阻力確定，應(yīng)保證最不利支路的作用壓差滿足要求。水壓圖中末端壓降等于各支路實(shí)際所需要的作用壓差， 此時(shí)正好能夠滿足最不利支路5的需求。從圖中可以看出，大部分支路兩端的作用壓差大于末端壓降，例如支路2 上作用壓差的余量為 ，并且支路離冷熱源越近， 壓差余量越大。壓差余量正是產(chǎn)生靜態(tài)水力失調(diào)的原因，壓差余量越大，靜態(tài)水力失調(diào)越嚴(yán)重。靜態(tài)水力失調(diào)可以采用靜態(tài)平衡閥來消除。即通過改變靜態(tài)平衡閥閥芯與閥座的間隙（開度） ，改變節(jié)流面積及閥門的阻力，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。靜態(tài)平衡閥安裝在各個(gè)支路上，通過設(shè)定其阻力來消除作用壓差的余量。當(dāng)各支路的流量平衡后，一般不再改變平衡閥的開度，此時(shí)各支路和各管段的阻抗分布也就確定下來了。

2、動(dòng)態(tài)水力失調(diào)和動(dòng)態(tài)水力平衡

動(dòng)態(tài)水力失調(diào)是指系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)某些末端設(shè)備的閥門開度改變引起流量變化時(shí)，系統(tǒng)的壓力產(chǎn)生波動(dòng)，其他末端的流量隨之發(fā)生改變、偏離末端要求流量而引起的水力失調(diào)。圖2 為某兩支路異程式水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水力失調(diào)平衡措施示意圖。設(shè)計(jì)工況下，對兩支路進(jìn)行了靜態(tài)水力平衡，各支路的流量為設(shè)計(jì)流量。水泵的工作點(diǎn)在管網(wǎng)特性曲線圖（見圖3） 上為A 點(diǎn)。當(dāng)某一支路上的閥門開度減小，使通過該支路的流量減小時(shí)，管網(wǎng)的阻抗將會(huì)增大，管網(wǎng)特性曲線與水泵工作特性曲線的交點(diǎn)變?yōu)锽 點(diǎn)。從圖中可以看出B 點(diǎn)的揚(yáng)程大于A 點(diǎn)的揚(yáng)程，此時(shí)作用在另一支路上的作用壓差將增大，流量也會(huì)跟著增大。

二、變流量系統(tǒng)的全面水力平衡

1、靜態(tài)水力平衡的實(shí)現(xiàn)

通過在相應(yīng)的部位安裝靜態(tài)水力平衡設(shè)備，使系統(tǒng)達(dá)到靜態(tài)水力平衡。實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水力平衡的判斷依據(jù)是：當(dāng)系統(tǒng)所有的自力式閥門均設(shè)定到設(shè)計(jì)參數(shù)位置，所有末端設(shè)備的溫控閥（電、氣動(dòng)閥）均處于全開位置時(shí)，系統(tǒng)所有末端設(shè)備的流量均達(dá)到設(shè)計(jì)流量。從以上可以看出，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水力平衡的目的是使系統(tǒng)能均衡地輸送足夠的水量到各個(gè)末端設(shè)備，并保證末端設(shè)備同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)流量。但是，末端設(shè)備在大部分時(shí)間是不需要這么大流量的。

2、動(dòng)態(tài)水力平衡的實(shí)現(xiàn)

通過在相應(yīng)部位安裝動(dòng)態(tài)水力平衡設(shè)備，使系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)水力平衡。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)水力平衡的判斷依據(jù)是：在系統(tǒng)中各個(gè)末端設(shè)備的流量達(dá)到末端設(shè)備實(shí)際瞬時(shí)負(fù)荷要求流量的同時(shí)，各個(gè)末端設(shè)備流量的變化只受設(shè)備負(fù)荷變化的影響，而不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，即系統(tǒng)中各個(gè)末端設(shè)備流量的變化不互相干擾。變流量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)水力平衡在保證系統(tǒng)供給和需求水量瞬時(shí)一致性（這個(gè)功能是由各類調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)的）的同時(shí)，避免了各末端設(shè)備流量變化的相互干擾，從而保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定地將設(shè)備在各個(gè)時(shí)刻所需的流量準(zhǔn)確地輸送過去。目前在暖通空調(diào)變流量系統(tǒng)中常用的兼具動(dòng)態(tài)平衡與調(diào)節(jié)功能的動(dòng)態(tài)水力平衡設(shè)備主要有動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通閥（風(fēng)機(jī)盤管用）、動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（各類空調(diào)箱用）等。

三、變頻水泵水系統(tǒng)的水力平衡措施

在一次泵變流量系統(tǒng)中，必然存在一個(gè)壓差設(shè)定值，例如圖1 所示系統(tǒng)采用末端壓差控制法時(shí)，壓差設(shè)定值大小等于末端壓降。壓差設(shè)定值是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵， 它可以用來控制水泵運(yùn)行，也可以用來平衡用戶側(cè)和冷熱源側(cè)的流量。壓差設(shè)定值可以分為三類，分別對應(yīng)圖4 中的0， H 1 和H 2。H 2 為干管壓差控制的設(shè)定值；H 1為末端壓差控制的設(shè)定值；0 為無旁通的溫差控制法的壓差設(shè)定值，可以近似認(rèn)為壓差設(shè)定值為0。不同的壓差設(shè)定值， 對應(yīng)的水力平衡措施是不同的，下面分別加以說明。

1、末端壓差控制的水力平衡措施

末端壓差控制的壓差設(shè)定值等于設(shè)計(jì)工況下被控支路（ 一般為最不利環(huán)路） 的作用壓差，其大小等于圖5 中的末端壓降。圖5 以某異程系統(tǒng)為例，介紹了H 1 壓差設(shè)定值下的水力失調(diào)情況及其水力平衡措施。當(dāng)關(guān)閉支路3 時(shí)，支路3 前面的干管流量將減小，水壓線變得平緩，支路1，2 的作用壓差將減小，減小值分別為 。支路3 后面的干管流量不變，支路4，5 的作用壓差不變。當(dāng)關(guān)閉其他支路時(shí)，有類似的變化趨勢。對于同程系統(tǒng)及環(huán)形管網(wǎng)，流量的變化趨勢略有不同，但是某些支路的作用壓差依然會(huì)減小。如果對該系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)水力平衡，則支路1，2的有效作用壓差小于末端壓降， 會(huì)出現(xiàn)冷熱輸送量不足、系統(tǒng)無法正常換熱的情況。因此，該系統(tǒng)不能采用靜態(tài)平衡閥消除靜態(tài)水力失調(diào)，而應(yīng)該采用動(dòng)態(tài)壓差平衡閥消除靜態(tài)水力失調(diào)及動(dòng)態(tài)水力失調(diào)。在實(shí)際的空調(diào)工程中，尤其對于大型空調(diào)水系統(tǒng)，各支路的作用壓差相差懸殊，對于作用壓差大而自身阻力小的支路，可以適當(dāng)裝設(shè)靜態(tài)平衡閥消除部分靜態(tài)水力失調(diào)。這樣設(shè)置平衡閥有利于減小動(dòng)態(tài)壓差平衡閥的調(diào)壓范圍，有利于選擇壓差控制精度高的動(dòng)態(tài)壓差平衡閥。

2、干管壓差控制的水力平衡措施

干管壓差控制的壓差設(shè)定值等于設(shè)計(jì)工況下供回水干管之間的作用壓差，其大小等于圖6 中旁通管兩端的作用壓差。圖6 以某異程系統(tǒng)為例，介紹了H 2 壓差設(shè)定值下的水力失調(diào)情況及其水力平衡措施。當(dāng)關(guān)閉支路5 時(shí)，各支路的作用壓差將增大，增大值分別為 ， 。圖6 中給出的是關(guān)閉支路5 時(shí)的系統(tǒng)水壓圖，雖然實(shí)際的流量調(diào)節(jié)方法可以是減小該支路的開度，但是其影響是類似的，具有可比性。當(dāng)關(guān)閉其他支路時(shí)，系統(tǒng)也具有類似的變化趨勢。對于同程系統(tǒng)及環(huán)形管網(wǎng)，不能用水壓圖直觀地反映各支路的作用壓差變化情況，但是也具有相同的變化規(guī)律。該系統(tǒng)可以采用靜態(tài)平衡閥和動(dòng)態(tài)壓差平衡閥的組合來消除水力失調(diào)。其中作用壓差余量 采用靜態(tài)平衡閥消除，作用壓差余量 采用動(dòng)態(tài)壓差平衡閥消除。

總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，能源問題顯得越來越重要。在保障舒適性的前提下，節(jié)約現(xiàn)有能源、開發(fā)利用新能源成為制冷空調(diào)新產(chǎn)品研制過程中考慮的重要因素。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，變水量空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并得到越來越普遍的推廣應(yīng)用，也得到了很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此近些年來，在越來越多的暖通空調(diào)工程水系統(tǒng)選用水力平衡閥來對系統(tǒng)的流量分配進(jìn)行調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]高養(yǎng)田。空調(diào)變流量水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展[J].暖通空調(diào)，1996.

[2]高養(yǎng)田?？照{(diào)變流量水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展（續(xù)）[J].暖通空調(diào)，1996.