吳鈞 方勇

摘 要：近年來，智慧閥門在暖通及新風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，其主要是立足于嵌入式軟件技術(shù)，融合了流體力學(xué)、控制學(xué)、傳感技術(shù)等多個(gè)學(xué)科技術(shù)，具備多種管道流體參數(shù)的測量功能、通信功能與控制功能，同一個(gè)智慧閥門能夠?qū)Σ煌δ艿妮斉溥M(jìn)行節(jié)能控制，并且具備實(shí)現(xiàn)壓力無關(guān)型的閥門智慧調(diào)節(jié)特征，從而切實(shí)提高暖通及新風(fēng)系統(tǒng)的能效與信息化水平，為減少建筑能耗做出極大的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智慧閥門;暖通及新風(fēng)系統(tǒng);類型;應(yīng)用

引言

近年來，我國建筑數(shù)量和規(guī)模正在不斷擴(kuò)大，這也使得我國能源消耗不斷增大，其中暖通空調(diào)的能源消耗在整個(gè)建筑能耗的占比超過50%，而空調(diào)系統(tǒng)總能耗中，中央空調(diào)水利輸配系統(tǒng)的能源消耗占比為15%至25%。因此，要想實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，首先必須提高水系統(tǒng)的輸配能效。而通過將智慧閥門應(yīng)用到中央空調(diào)、工業(yè)循環(huán)等流體輸配中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的水力平衡，改善室內(nèi)的空氣品質(zhì)，還能夠切實(shí)提高系統(tǒng)的輸配能效，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

1.智慧閥門的概述

隨著微電子技術(shù)與IT技術(shù)的不斷發(fā)展，智能控制器、壓力傳感器、模擬量電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥等產(chǎn)品技術(shù)越來越成熟，而且價(jià)格優(yōu)勢愈加明顯。智慧閥門創(chuàng)造性地把機(jī)電一體化高級智能控制技術(shù)取代了以往的機(jī)械自力式控制原理，借助配流板的使用，不僅改進(jìn)了閥門固有流量特性，還借助智能控制器對模擬量電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對閥門流量或是系統(tǒng)壓差的控制，從而實(shí)現(xiàn)對調(diào)節(jié)閥的流量的監(jiān)測，對外界控制信號或是通訊進(jìn)行控制，也能夠借助對應(yīng)用程序的調(diào)整，使得在一個(gè)閥門上實(shí)現(xiàn)不同功能的控制要求[1]。

針對智慧閥門的設(shè)計(jì)，主要是盡量多使軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能，也就是硬件功能的軟件化，這是因?yàn)橛布Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜化將會(huì)大大增加閥門的整體阻力，增高起始工作壓差，從而造成閥門的“平衡效果”和“阻力效果”相互抵消，還會(huì)大大降低兩種效果;同時(shí)，若閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，將極易引發(fā)堵塞等故障問題?；诖?，智慧閥門摒棄了以往的引壓銅管，采用了高精度的進(jìn)口壓力傳感器，用電信號取代了水壓力信號，由控制器對電信號進(jìn)行平衡計(jì)算，從而取得壓力無關(guān)型的控制特性曲線。智慧閥門主要由智能控制器、控制箱、溫度傳感器、電動(dòng)執(zhí)行器、壓力傳感器、閥體法蘭段、配流板、碟閥閥體所構(gòu)成。

智慧閥門的特點(diǎn)主要有：（1）在相同工況下，其壓降為傳統(tǒng)方案的20%～50%，在極大程度上降低了系統(tǒng)運(yùn)行能耗;（2）可結(jié)合水溫來對冬夏模式進(jìn)行自動(dòng)判定，然后及時(shí)轉(zhuǎn)換冬、夏水量;

（3）實(shí)現(xiàn)通暢的專利流道設(shè)計(jì)，可有效避免由于水質(zhì)較差而引起的堵塞;（4）安裝調(diào)試異常簡單;（5）具備智能控制器功能，涉及到多種模塊程序，應(yīng)用簡單靈活;（6）具備與樓宇系統(tǒng)的通訊接口，可對一定數(shù)量的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄;（7）具備強(qiáng)大的無線通訊功能，在很大程度上節(jié)約了布線的成本;（8）結(jié)合專業(yè)軟件可對系統(tǒng)的運(yùn)行能耗進(jìn)行評估;（9）借助比例積分微分（PID）控制模式，以實(shí)現(xiàn)較好的控制精度;（10）產(chǎn)品功能靈活，具備很高的性價(jià)比;

（11）可對系統(tǒng)運(yùn)行流量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠進(jìn)行快速診斷和定位工作等。

2.暖通及新風(fēng)系統(tǒng)智慧閥門的類型及應(yīng)用

針對智慧閥門在暖通及新風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是通過對控制程序的改變，以實(shí)現(xiàn)不同用途控制功能，見圖1。

第一，應(yīng)用原理。動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)，智慧閥門中具有的接受控制系統(tǒng)開對閥門調(diào)節(jié)信號進(jìn)行收集，然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓差平衡智能運(yùn)算，獲取閥門機(jī)械開度，然后對閥位進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。智慧閥門能夠把外部控制信號轉(zhuǎn)換成流經(jīng)閥門的流量大小，也就是電子開度，最后以線性曲線或是等百分比實(shí)現(xiàn)流量的控制。

第二，安裝事項(xiàng)。智慧閥門控制器不能直接接入220V電源，通常選擇AC24V電源;智慧閥門的電壓不可超過42V;全部接線端子與外殼的間隔距離應(yīng)控制在8毫米以上;不允許讓內(nèi)部流體凍結(jié);使用滿足EN60742的雙絕緣安全變壓器;如果選擇有線通訊，必須使用隔離設(shè)備來隔離信號。在具體安裝過程中，應(yīng)由專業(yè)人士負(fù)責(zé)智慧閥門的接線工作，嚴(yán)格依據(jù)內(nèi)線規(guī)范和流程、電氣設(shè)備技術(shù)基準(zhǔn)來進(jìn)行配線;為避免短路問題的發(fā)生，需要將帶有絕緣保護(hù)層的壓線端子設(shè)置到連線端子板的電線末端;為避免設(shè)備被損壞或是發(fā)生外部泄露問題，需要在法蘭段連接位置使用高品質(zhì)的密封墊;智慧閥門應(yīng)安裝在良好的環(huán)境中，注意不可安裝在易腐蝕的環(huán)境中;以水平或是垂直方向?qū)χ腔坶y門進(jìn)行安裝，安裝過程中水流方向可任意;在水平安裝過程中，應(yīng)讓控制器面板朝上;若將智慧閥門安裝在室外，必須做好防潮、防銹、防雨等保護(hù)工作;智慧閥門前可預(yù)留1～10D直管段，閥門后可預(yù)留3～5D直管段，這樣能夠減少水流對閥門控制精度的影響等[2]。

第三，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的方法。具體包括：（1）智慧閥門可對實(shí)際通過流量進(jìn)行控制，每個(gè)智慧閥門在運(yùn)行時(shí)一直會(huì)隨著管網(wǎng)壓力的變化加以平衡調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對流量的精準(zhǔn)性控制，不論在滿負(fù)荷或是一些負(fù)荷狀態(tài)下，都能夠不過流、不欠流，從而實(shí)現(xiàn)能量、流量的按需分配，讓暖通及新風(fēng)系統(tǒng)的全部末端設(shè)備均可以獲得最佳流量;（2）智能閥門能夠?qū)崿F(xiàn)最佳流量的控制，讓整個(gè)管網(wǎng)始終處于水力平衡狀態(tài)，這就減少了控制閥自身的阻力，讓水泵能夠以低能耗實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行;（3）智慧閥門可實(shí)現(xiàn)冬夏模式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，這就對水力系統(tǒng)由于冬夏季極大差異而引發(fā)的水利失調(diào)問題進(jìn)行有效解決，從而讓水利系統(tǒng)處于全面平衡的狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.結(jié)語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，加上人們越來越重視環(huán)境保護(hù)與節(jié)能減排，促使智慧閥門應(yīng)運(yùn)而生。通過在暖通及新風(fēng)系統(tǒng)中對智慧閥門進(jìn)行有效應(yīng)用，能夠大幅降低系統(tǒng)的能源消耗量，從而顯著降低建筑物的能耗。目前我國高鐵站、大型酒店辦公樓等場所的中央空調(diào)中都已廣泛應(yīng)用了智慧閥門，可見以智慧閥門替代傳統(tǒng)控制閥的應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢青江.智慧閥門試驗(yàn)裝置研究[J].中國機(jī)械，2014（21）：209-210.

[2]李金峰，周麗.智慧閥門在實(shí)際工程中的應(yīng)用研究[J].科學(xué)大眾，2018（2）：5-6.

作者簡介：

吳鈞（1971，10-）男，民族：漢，浙江杭州，學(xué)歷：?？疲瑢I(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及制造，職稱：助理工程師，研究方向：機(jī)電/暖通。

方勇（1980，12-）男，民族：漢，浙江杭州，學(xué)歷：?？疲瑢I(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)，職稱：助理工程師，研究方向：機(jī)電技術(shù)服務(wù)。

（1杭州浦盈環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310000;2杭州崇德物業(yè)管理有限公司，浙江 杭州 310003）