对暖通空调水力平衡浅析
摘要: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。
水力平衡又分为静水力平衡和动态水力平衡两种 ,水力平衡的实现将有助于工程的完善 ,同时保证全系统的正常运行。
关键词:水力;平衡; 系统;流量
abstract: in the hvac engineering building, hydraulic balance regulation is a very important issue. hydraulic balance and divided into static hydraulic balance and dynamic hydraulic balance two kinds, the realization of the hydraulic balance will help to the improvement of the project, and at the same time guarantee the normal operation of the whole system.
keywords: hydraulic; balance; system; flow
中图分类号：tu831.3+5文献标识码：a 文章编号：
在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。
由于水力失调导致系统流量分配不合理，某些区域流量过剩，某些区域流量不足，造成某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，提高水泵扬程，但仍会产生热（冷）不均及更大的电能浪费。
一、水力失调和水力平衡的各种类型
1.1静态水力失调和静态水力平衡
由于各种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。
1.2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
二、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/ qg qs:用户的实际流量 ,qg: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
量不变的能力 ,通常用热用户的水力稳定性系数 r 来表示。
r =1/ xmax = qg/ qmax
（xmax:用户出现的最大水力失调度 ,qmax:用)户出现的最大
流量）。
三、定流量系统水力平衡分析
定流量水力平衡系统是指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:
3.1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,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;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。
3.2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系统以及垂直单管系统等。
这种系统主管的流量本不变,因此是定流量系统。
这种系统主要存在静态力失调,在水平分支管上由于三通或二通温控阀调节作用而存在一定的动态水力失调。
因此只需相关部位增设相关的水力平衡设备即可使系统保水力平衡。
具体如下:
○1 在系统机房集水器上安装水力平衡阀;
○2 在立管回水管上设水力平衡阀;
○3 在水平分支管上安装流量调节器保证各支环路流量恒定（既可在本分支环路内部管道特
变化时保持流量恒定 ,也可在其它环路流量变化避免受其干扰)。
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的。
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。
4.1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。
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。
4.2动态水力平衡的实现
通过在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：
①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。
②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。
下面就变流量系统几种典型动态水力平衡方式进行分析:
（1）自力式压差调节器方式:
如图 1 所示 ,在分集水器旁通管上设压差调节器 pv 调节分集水器压差 ,当某一分支环路如 v1 -j1 流量变化时，由于压差调节器的调节作用 ,使分集水器压差△p 保持不变。
这样 ,其余分支环路 v2 -j2、v3 - j3 的流量并不随之发生变化 ,从而使系统实现动态水力平衡。
图 1 带自力式压差调节器的变流量水力平衡调节
（2）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:
图 2 带电动调节阀的变流量水力平衡调节
如图 2 所示 ,从分集水器上采集压力信号 p1p2 输入压差变送器 ,压差变送器输出 4 - 20ma 标准电流信号到调节计（或ddc） ,通过与调节计上设定压差相比较 ,输出 4 - 20ma 控制信号到电动调节阀控制其动作通过调节电动调节阀改变旁通水量从而保证分集水器压差△p恒定到设计压差 ,这时分集水器上任一分支回路流量变化时对其它回路不产生影响 ,系统实现动态水力平衡。
（3）调频水泵方式:
图 3 带调频水泵的变流量水力平衡调节
如图 3 所示 ,从分集水器上采集压力信号 p1、p2 输入到压差
变送器 ,压差变送器输出 4 -20ma标准电流信号到调节计或 ddc ,与调节计设定压差比较后输出 4 - 20ma 控制信号到调频器 ,通过调频器输出已调频的电压信号到水泵 ,控制水泵转2速改变水流
量 ,从而保证分集水器压差与设定压差保持一致 ,使系统达到动
态水力平衡。
五、结束语
在暖通空调水系统中，应根据工程投资和系统的精度要求合理地选用水力平衡阀。
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，节约资金。
合理地安装水力平衡阀以及采用正确的方法进行系统联调，既为系统的正常运行提供了保证，同时又节省了能源，使系统经济高效地运行。
参考文献：
1、陈沛霖、岳孝芳主编—空调与制冷技术手册。
上海，同济大学出版社，1990年
2、陆耀庆.实用供热空调设计手册[m].北京:中国建筑工业出版社,2008.
3、陆耀庆等主编—供暖通风设计手册。
北京，中国建筑工业出版社，1987年
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。