孫從云

（中石化上海工程有限公司，上海，200135）

關(guān)鍵字：水力平衡閥；實驗室；空調(diào)水系統(tǒng)；應(yīng)用

0 引言

隨著潔凈空調(diào)技術(shù)在科研、醫(yī)療、高科技生產(chǎn)及實驗室領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計提出了更高的要求。通常對于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足最大負(fù)荷要求，如不能達(dá)到系統(tǒng)狀態(tài)的平衡，將會影響末端設(shè)置滿負(fù)荷處理效果，系統(tǒng)投資效益不能最大程度得到發(fā)揮。平衡閥是在水力工況下，起到動態(tài)、靜態(tài)平衡調(diào)節(jié)的閥門。設(shè)置平衡閥于空調(diào)水系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)閥對空調(diào)末端水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，空調(diào)各個末端的流量變化不會對其他設(shè)備水力有干擾，平衡閥因此達(dá)到水力平衡作用。水力平衡調(diào)試能夠使系統(tǒng)各部分水量與實際需求相符，提高冷熱源換熱效率，從而確?？照{(diào)水系統(tǒng)在符合變化下的運行更合理、經(jīng)濟(jì)。因此，必須要做好水力平衡閥的合理安裝，采取正確方法對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，繼而為系統(tǒng)正常運行提供保障。

1 空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡的必要性

空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計主要是達(dá)到舒適度要求和最少能耗的目的，其是否達(dá)到節(jié)能和提高供冷或供熱的品質(zhì)的關(guān)鍵在于水力平衡閥技術(shù)是否達(dá)到設(shè)計要求?？照{(diào)系統(tǒng)中由于某種原因會出現(xiàn)輸送環(huán)路及冷熱源機(jī)組環(huán)路水力失調(diào)，從而使流經(jīng)終端用戶不符合機(jī)組實際流量與設(shè)計流量；在選擇水泵時，由于水泵選型偏大，或者水泵在不合適的工作點位置運行，使水泵運行效率降低，水系統(tǒng)運行工況處于大流量、小溫差，也降低了熱量輸送效率；此外，熱源或冷源機(jī)組達(dá)不到額定出力，會造成實際運行機(jī)組臺數(shù)比按照負(fù)荷要求的臺數(shù)要多。以上情況都是水力失調(diào)的表現(xiàn)，水力失調(diào)所造成流量失調(diào)和壓力失調(diào)會使空調(diào)系統(tǒng)運行無法完全達(dá)到最滿意的效果。流量失調(diào)導(dǎo)致變流量系統(tǒng)運行失調(diào)，某些支路水量偏大或偏小，如某個支管阻力過大，會造成水量不足，在系統(tǒng)供熱或制冷時，房間溫度震蕩頻繁，出現(xiàn)近熱遠(yuǎn)冷或近冷遠(yuǎn)熱的冷熱不均現(xiàn)象，針對空調(diào)系統(tǒng)水力失調(diào)可以采用水力平衡閥，以此對超量壓差進(jìn)行吸收，同時控制和設(shè)定系統(tǒng)所需流量，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，達(dá)到節(jié)能目的。

2 水力平衡閥的原理

水力平衡閥分為手動靜態(tài)平衡閥和動態(tài)平衡閥（包括動態(tài)流量平衡閥和動態(tài)壓差平衡閥）。手動平衡閥是對手柄調(diào)節(jié)閥芯旋轉(zhuǎn)的上下運動，以此使閥門Kv 值改變，閥門兩端的測壓點通過專用儀表連接可以對閥門壓降和通過流量進(jìn)行測量，并可對閥門開度進(jìn)行鎖定。動態(tài)平衡閥具有一定壓力范圍內(nèi)限制空調(diào)末端設(shè)備的最大流量和自動恒定流量的特點。如圖1 為動態(tài)流量平衡閥，當(dāng)P1（來流壓力）增大時，閥膽套筒運動方向是向下的，套筒將閥膽內(nèi)的彈簧壓縮，使閥膽底部閥孔過流面積減少，即閥膽Kv 值減少，ΔP（閥膽兩端壓差）增大，但Kv 值的減小會因彈簧作用下兩者乘積Q（流量）處于平衡狀態(tài)，從而保持通過該閥的流量恒定。理化實驗室空調(diào)流體控制系統(tǒng)由于是結(jié)合了溫度調(diào)節(jié)裝置和區(qū)域控制功能，通常采用靜態(tài)平衡閥不合時宜，采用動態(tài)型水力平衡閥可以最大靈活的給空調(diào)水系統(tǒng)提供完全的解決方案。

圖1 動態(tài)流量平衡閥

3 應(yīng)用實例

3.1 工程概況

該醫(yī)藥廠房項目占地6500 m2，主要由生產(chǎn)廠房和實驗室兩部分組成。其中實驗室潔凈區(qū)域面積為890 m2，潔凈區(qū)空調(diào)系統(tǒng)由微生物室空調(diào)系統(tǒng)和陽性室空調(diào)系統(tǒng)兩套獨立精華空調(diào)對潔凈度進(jìn)行控制。為了減低室內(nèi)小氣候?qū)嶒炇夜ぷ魅藛T和儀器設(shè)備的影響，應(yīng)確保適宜溫度和濕度，實驗用通風(fēng)柜補(bǔ)新風(fēng)系統(tǒng)采用組合式空調(diào)箱，但是由于其新風(fēng)量一直變化導(dǎo)致負(fù)荷及流量波動大，使冷熱源換熱效率降低，室內(nèi)區(qū)域出現(xiàn)溫差加大，因此，需要對風(fēng)量變化因素進(jìn)行分析，解決水力失調(diào)問題。理化實驗室舒適性空調(diào)使用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，負(fù)荷穩(wěn)定。

3.2 水力不平衡原因分析

舒適性空調(diào)由于風(fēng)機(jī)盤管水系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)盤管阻力系數(shù)較大，且進(jìn)出支管均有閥門安裝，再加上過濾器和軟接頭等，使風(fēng)機(jī)盤管有較好穩(wěn)定水力，并未出現(xiàn)水力失調(diào)。實驗室變風(fēng)量由送/排風(fēng)變化、開關(guān)門造成的壓力變化、通風(fēng)柜使用造成的變化等多方面因素決定，通風(fēng)柜變風(fēng)量控制是通過調(diào)節(jié)閥門傳感器改變風(fēng)量達(dá)到給定風(fēng)速。空調(diào)水系統(tǒng)按照管路布置方式分為同程和異程系統(tǒng)，而對系統(tǒng)每個支路來說，阻力是由各種設(shè)備閥門和其他管件產(chǎn)生的局部水頭損失和管道沿程損失組成。同程系統(tǒng)水力平衡好，但是由于有回程管，增加了造價成本；異程系統(tǒng)由于平衡閥的使用從根本上克服了水力失調(diào)現(xiàn)象，因而對同程系統(tǒng)的應(yīng)用越來越少。該系統(tǒng)因本工程環(huán)境需要采用異程系統(tǒng)，異程系統(tǒng)雖最近支路穩(wěn)定性好，但最遠(yuǎn)支路穩(wěn)定性比較差，末端水量因動態(tài)失調(diào)而發(fā)生變化，使室內(nèi)溫度也發(fā)生波動，需要加設(shè)靜態(tài)平衡閥；此外，該系統(tǒng)在實際運行過程中發(fā)現(xiàn)有某些閥門開度變化引起水流量，系統(tǒng)有壓力產(chǎn)生，使流量發(fā)生改變，與系統(tǒng)要求流量相偏離，故會針對原因采取動態(tài)平衡措施。

3.3 水力平衡閥的應(yīng)用

（1）靜態(tài)平衡閥。要實現(xiàn)靜態(tài)平衡首先需要經(jīng)過水力工況計算，水力工況是指系統(tǒng)各點的壓力，按照各管段的流量、壓差，由公式△P=SG2 可知（其中：△P—壓差或稱阻力損失；S—管段或系統(tǒng)的阻力系數(shù)；G—管段或系統(tǒng)的流量），減低上游管路流量需要通過減壓來進(jìn)行調(diào)控，而減少流量應(yīng)對管路前點壓力減少或?qū)苈泛簏c壓力增加，流量一旦變化，壓力也會發(fā)生變化；在S 值不變的系統(tǒng)中，流量的改變決定了壓差變化。該系統(tǒng)由于沒有安裝靜態(tài)水力平衡閥，雖然總流量與設(shè)計總流量一致，即：3*0.78+8.9+13.4=24.64，但各個末端設(shè)備、空調(diào)箱、空氣處理機(jī)組的流量與設(shè)計流量均不一致。如：空氣處理機(jī)組的實際流量15.6 要比 13.4 的設(shè)計流量要大，以此造成過流；而空調(diào)箱的實際流量6.78要比8.9 的設(shè)計流量要小,從而導(dǎo)致欠流。在安裝了靜態(tài)平衡閥后，不僅系統(tǒng)總流量與設(shè)計總流量保證一致，即：3*0.78+8.9+13.4=24.64。而且三個末端設(shè)備、空調(diào)箱及空氣處理機(jī)組的實際管道流量與設(shè)計流量均保證相等。如：空氣處理機(jī)組的實際流量13.4 與設(shè)計流量13.4 相等；空調(diào)箱的實際流量8.9 也與設(shè)計流量8.9 相等。

（2）動態(tài)平衡閥。解決動態(tài)失調(diào)的唯一途徑是采用動態(tài)壓差平衡閥。在管道系統(tǒng)中增設(shè)相關(guān)設(shè)備能夠保證動態(tài)水力平衡，如動態(tài)流量平衡閥、動態(tài)壓差平衡閥、風(fēng)機(jī)盤管動態(tài)平衡電動閥、組合閥方案和壓力無關(guān)線型溫度調(diào)節(jié)閥等，通過這些設(shè)備對其他閥門開度變化屏蔽，來達(dá)到保持自身流量穩(wěn)定，并與末端流量互不干擾。動態(tài)平衡閥以設(shè)計流量和閥門最大允許阻力損失來選擇平衡閥的規(guī)格和壓差范圍，主要用于冷水機(jī)組冷凍水、冷卻水供水管、變風(fēng)量系統(tǒng)的末端設(shè)備等需要流量維持恒定的部位。該系統(tǒng)安裝動態(tài)壓差平衡電動調(diào)節(jié)閥之后實現(xiàn)了動態(tài)平衡和調(diào)節(jié)功能的統(tǒng)一，該閥分為上下閥錐，上閥錐為電動閥閥錐，其前后恒定壓差由動態(tài)壓差平衡閥所提供，動態(tài)壓差平衡閥吸收了系統(tǒng)的壓力波動，上閥錐沒有動作時，閥門流通能力Kv 值不變，壓差ΔP 不變，閥門流量Q 也不變；上閥錐動作時，流量在通過閥門時會有變化發(fā)生。在空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管水系統(tǒng)各層水平回水管上分別安裝動態(tài)壓差平衡閥后，系統(tǒng)負(fù)荷和流量穩(wěn)定，不管系統(tǒng)壓力如何變化，始終維持流量不超過設(shè)計流量。

3.4 平衡調(diào)試

針對該系統(tǒng)需求，分別進(jìn)行了靜態(tài)水力平衡調(diào)試和動態(tài)水力平衡調(diào)試。靜態(tài)水力平衡調(diào)試按照一定步驟進(jìn)行調(diào)節(jié)，首先打開所有閥門，分解系統(tǒng)為多級多個并聯(lián)系統(tǒng)，以調(diào)試方案為依據(jù)，使用超聲波流量儀測量各并聯(lián)環(huán)路，在儀表中輸入閥門口徑和設(shè)計流量，根據(jù)流量、溫差計算參數(shù)，儀表所顯示的開度值對水力平衡閥手輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量分配，確保各并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失相對差達(dá)到相關(guān)規(guī)定要求，在調(diào)試合格后不應(yīng)對平衡閥開度隨意變動；動態(tài)水力平衡閥是由廠家根據(jù)設(shè)計流量進(jìn)行廠前定制的，因而現(xiàn)場不需要進(jìn)行任何調(diào)試，本系統(tǒng)動態(tài)平衡型電動閥的設(shè)計流量和工作電壓以出廠定制為依據(jù)，在現(xiàn)場只需要與室內(nèi)溫控器連接即可，并因其電動調(diào)節(jié)功能相連于廠內(nèi)自控系統(tǒng)，只在現(xiàn)場對單機(jī)進(jìn)行簡單調(diào)試，之后與廠內(nèi)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，設(shè)定簡單參數(shù)，動態(tài)平衡閥膽流量的確定應(yīng)根據(jù)對應(yīng)風(fēng)機(jī)盤管額定流量進(jìn)行。

4 結(jié)束語

大型空調(diào)水系統(tǒng)配置平衡閥已經(jīng)成為了實現(xiàn)水力平衡的主要手段，許多設(shè)計師對于各種平衡閥應(yīng)用考慮不盡相同，某些項目中由于對平衡閥設(shè)置不合理，雖然安裝了水力平衡閥，但是在調(diào)試過程中無法發(fā)揮流量分配的作用，因此，只有對不同項目工程水系統(tǒng)的實際運行情況進(jìn)行分析，合理選型靜態(tài)和動態(tài)平衡閥，并經(jīng)過周密計算，進(jìn)行科學(xué)分布，才能對系統(tǒng)運行產(chǎn)生有利影響，達(dá)到節(jié)能效果。本工程由于布置了一定數(shù)量的通風(fēng)柜，新風(fēng)量一直變化導(dǎo)致負(fù)荷及流量波動大，通過對空調(diào)箱之間水力工況變化的分析和水力平衡閥的應(yīng)用，保證了流量分配的合理，使室溫達(dá)到設(shè)計要求，并起到節(jié)約能量，降低運行費用的效果。