浅析中央空调水力平衡技术特点及应用技术

曾应贤，文　洁（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南　长沙　410000）



浅析中央空调水力平衡技术特点及应用技术

曾应贤，文洁（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南长沙410000）

要想确保空调系统按照项目设计的技术参数运行，必须做好系统水力平衡控制工作，此背景下，本文首先分析了水力平衡技术相关内容，其次对中央空调水力平衡系统中的平衡阀及其特点进行了一定的探讨，最后研究了中央空调水力平衡应用技术的实现，以供参考。

中央空调；水力平衡技术特点；应用技术

1　引言

水力平衡技术是空调设备运行过程中最核心的关键技术，通过水力平衡技术的合理应用，不仅能够大幅降低空调设备运行过程中产生的能耗，还可在一定程度上延长空调设备使用年限，确保其能够以最少的能耗提供最舒适的环境，这是对空调设备的最高要求。

2　水力平衡技术概述

2.1水力平衡

水力平衡是一种可有效解决水力失调问题的方式，主要目的在于消除水力失调问题，从而实现节能降耗的目的。通常情况下，水力失调可分为静态失调与动态失调两种形式。其中，对于静态失调，主要是指由于某些环路存在剩余压头现象，即为当某些环路阻力小于相关规定时，其实际流量就会超过设计流量，但因为总流量是固定不变的，其他部分的流量就无法达到设定要求，进而引发冷热不均现象。对于动态失调，主要是指当某些环路水量出现变化时，会使得系统压力分布也发生一定的变化，进而对其他环路的运行造成干扰与阻碍，最终导致其他环路出现不应有的变化。通过上述分析可知，水力平衡的基本原理在于克服水利失调。

2.2水力平衡技术构成

通过水力平衡技术的合理应用，可使得空调冷热水系统平衡问题得以妥善的解决。对于水力平衡技术，其主要由以下部分构成：①合理的水系统设计：在进行水系统设计时，通常需要平衡阀生产厂家技术专家、设计人员与用户共同探讨其涉及的多方面因素，以确保水系统设计的准确性与合理性。②平衡阀的合理选型与设置：在平衡阀设计阶段，一些平衡阀生产厂家会采用相关的软件，为用户就平衡阀型号的选择提供合理的建议，并且为平衡阀的设置提供一定的指导。③先进的水力平衡方法：通常情况下，由于水系统的相互影响特征，必须配备一套有效的、实用的水系统平衡方式，以确保其处于平衡状态。④功能齐全的、完善的专用化智能仪表：通过智能仪表的应用，可固化水力平衡法、各种规格与口径平衡阀性能曲线，从而实现对系统进行平衡调试的目的。如果配备完善的双向通讯功能，还可为其具体使用提供便利。⑤质量较高的水力平衡产品：通过平衡阀、压差控制器等质量较高产品的应用，能够为用户提供高品质技术服务。⑥水力平衡报告：在做好系统调试工作之后，可提供详细的水力平衡报告，此报告能够为空调冷热水系统的相关操作与维护提供参考依据。

3　中央空调水力平衡系统中的平衡阀及其特点

3.1平衡阀分析

中央空调水力平衡系统中的平衡阀的主要作用在于系统阻力，其能够按照设计比例平衡的分配新的水量，并且还要同时增减各支路流量，进而确保其能够满足当前气候条件下的流量需求。如果局部用户处于关闭的状态，系统还能够自动的、均匀的分配多余流量，以维持流量平衡状态。在完成了一次调节操作之后，如果管网不发生变化，则在其使用过程中，一般不需要再次调节。对于定流量阀作用对象的流量，就算系统循环水量与末端负荷部分出现了一定的变化，依旧能够保维持流量平衡状态。如果系统中循环的总水量被主动下调，按照原先流量分配的流量明显存在不足的现象，但定流量阀无法为其提供动力，并且也无法增加流量，此情况下，有利环路的流量可获得设计流量，不利于环路的定流量阀就会全部开启，之后，流量必定无法满足既定要求，进而引发不平衡现象。

由此可知，在主管道部位采用定流量阀，可有效避免系统过流现象的发生，进而避免由此而导致的能源耗费问题的出现，具有相对良好的适用性。通过相关研究结果可知，平衡阀在支管、立管和末端部位的应用效果较良好，不仅能够应对各种可能出现的使用情况与问题，还可满足现场施工与用户微调需求，是一种具有较强实用性、经济性的技术。此外，联合使用平衡阀与定流量阀，还能够以最低的能源成本提供最佳的、最舒适的空调环境。通过上述分析可知，水力平衡阀是中央空调系统的关键，水力平衡阀的特点即为中央空调水力平衡的主要特点。

3.2水力平衡阀技术特点

①对于水力平衡阀中的阀芯、阀座、阀盖等相关器械设备，均由布氏硬度超过130防脱锌腐蚀铜合金制作而成，具有较强的耐腐蚀性，使用寿命也较长。②平衡阀的阀门一般采用精密铸造工艺制成，外形美观，并具有较好的精度，流量测量与平衡精度均为±5%。同时，阀门还具备锁定作用，在阀门开度锁定之后，系统平衡能够将其关小，开大仅可到达锁定开度。③通常情况下，水力平衡阀的阀体处配备了用于测量压差的测压嘴，不测量时，还具有自密封作用。④水力平衡阀通常包含可调节、预设定流量的数字式手轮。⑤小VI径平衡阀（DN15-50）配备了泄水装置，在泄水过程中，不会对系统的运行造成影响。⑥大口径平衡阀（DN65-300）阀门的设计较独特，主要采用压力平衡结构，可有效减少关闭力矩，并且还能够为开启与关闭操作提供便利。

4　中央空调水力平衡应用技术的实现

4.1静态平衡阀

所谓静态平衡阀，即为手动水力平衡阀，其主要是通过改变自身局部阻力或是开度的方式，对并联环路阻力比值进行相应的调整，确保各环路流量平衡。静态平衡阀作用对象为系统阻力，可用于集中量调节、质调节、分阶段系统流量改变操作。此外，系统流量发生变化之后，安装了静态平衡阀的各支路与各用户流量就会按照一定的比例，对系统总流量进行相应的分配。静态水力失调系统水力平衡改造实例（如图1）：左侧为系统流程图，其中下面为水泵和主机，上面是四台末端设备，四台末端设备的设计流量均为40m3/h；右侧为该系统在静态水力平衡前后的阻力分布线图。

图1　静态水力失调系统水力平衡改造图

在没有安装静态水力平衡之前，末端设备压差为阻力变化线1、2间的阻力压差，现场测量获得的末端设备以及通过改造水泵满足流量的计算结果如表1所示，该系统属于静态失调的水力系统。通过表1可以发现，设计总流量160m3/h，但为了确保最不利环路能够满足设计流量需求，实际水泵所需的最小流量为215m3/h，远超过了设计总流量，此种系统不仅无法实现节能目标，也不舒适，所以必须安装静态水力平衡设备对系统进行一定的改造。

4.1.2改造后的静态水力平衡系统流量计算

表2为静态水力平衡改造、调试合格前后末端设备流量的实测数值。改造之后，4台末端设备的压差为阻力变化线1、3间的阻力差，阻力变化线2、3间的阻力差值主要由静态水力衡阀承担。通过表2可以发现，设计总流量160m3/h，系统静态水力平衡后的实际总流量160m3/h，各末端设备流量同时达到设计流量，即实现了静态水力平衡。

表1　流量计算结果（m3/h）

表2　静态水力平衡改造并调试合格前后末端设备流量的实测数值（m3/h）

4.2动态平衡阀

在动态平衡阀作业过程中，一般以弹簧膜片等弹性元件的自力式作用对阀芯元件动作进行控制。依据动态平衡阀作用目的的差异，可将其分为以下三类：

（1）动态流量平衡阀，即为自力式流量控制阀，主要是指在工作压差范围内，通常以恒定安装的管路位置流量作为其设定值，即为当阀门的前后压差出现增大情况时，阀门过流面积会自动关小，进而确保流量不变。如果压差出现减小现象，阀门过流面积会自动开发，确保流量恒定不变。所以也被称为流量阀或流量调节器。

（2）动态压差平衡阀，即为自力式压差控制阀，主要是指在工作压差范围内，将恒定两点之间的压差作为设定值，具体来说就是当系统压差增大时，以阀门的自动关小作用确保系统压差恒定不变。同时，当压差减少时，阀门会自动开发，压差依旧处于恒定状态。动态压差平衡阀通常用于供水管、回水管间压差的恒定，所以也被称为定压差阀或压差调节器。

（3）动态电动平衡阀，其具有动态平衡阀功能、电动调节或是开关功能，即为压差调节器与电动调节阀的组合一体阀。在工作压差范围内，其能够屏蔽系统波动产生的影响，使得通过阀门的水流量仅受到阀门开度产生的影响，而阀门开度仅受到负荷需求的控制作用，从而实现依据负荷所需对流量进行合理调节的目的。

5　结语

总之，社会的进一步发展使得空调系统已成为现代建筑物中不可缺少的重要设施之一，但空调设备的能耗量往往较大，这就要求必须做好节能设计工作。要想确保空调系统按照设计的技术参数运行，必须做好系统的水力平衡控制工作，及时发现、全面排除对系统功能造成的威胁因素，确保系统尽量以最低的能源成本提供最佳的舒适环境。

［1］廖伟初.中央空调冷水管网水力平衡技术的发展［J］.广东建材，2011 （27）：54～57.

［2］赵 旭，付国才.基于冷热量平衡的中央空调系统水力平衡控制调节［J］.智能建筑电气技术，2015（09）：89～92.

［3］朱学庚.天坛生物空调系统水力平衡和水量调节分析［J］.供热制冷，2011（07）：52～53.

曾应贤（1983-），男，工程师，本科，主要从事暖通、动力设计方面的工作。

TU831.4

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2095-2066（2016）19-0163-02

2016-6-20