关于暖通及新风系统智慧阀门的类型及应用

吴钧 方勇

摘 要：近年来，智慧阀门在暖通及新风系统中的应用越来越广泛，其主要是立足于嵌入式软件技术，融合了流体力学、控制学、传感技术等多个学科技术，具备多种管道流体参数的测量功能、通信功能與控制功能，同一个智慧阀门能够对不同功能的输配进行节能控制，并且具备实现压力无关型的阀门智慧调节特征，从而切实提高暖通及新风系统的能效与信息化水平，为减少建筑能耗做出极大的贡献。

关键词：智慧阀门;暖通及新风系统;类型;应用

引言

近年来，我国建筑数量和规模正在不断扩大，这也使得我国能源消耗不断增大，其中暖通空调的能源消耗在整个建筑能耗的占比超过50%，而空调系统总能耗中，中央空调水利输配系统的能源消耗占比为15%至25%。因此，要想实现能源的节约，首先必须提高水系统的输配能效。而通过将智慧阀门应用到中央空调、工业循环等流体输配中，不仅能够实现系统的水力平衡，改善室内的空气品质，还能够切实提高系统的输配能效，从而实现节能减排的效果。

1.智慧阀门的概述

随着微电子技术与IT技术的不断发展，智能控制器、压力传感器、模拟量电动调节球阀等产品技术越来越成熟，而且价格优势愈加明显。智慧阀门创造性地把机电一体化高级智能控制技术取代了以往的机械自力式控制原理，借助配流板的使用，不仅改进了阀门固有流量特性，还借助智能控制器对模拟量电动调节球阀的开度进行调节，实现对阀门流量或是系统压差的控制，从而实现对调节阀的流量的监测，对外界控制信号或是通讯进行控制，也能够借助对应用程序的调整，使得在一个阀门上实现不同功能的控制要求[1]。

针对智慧阀门的设计，主要是尽量多使软件实现硬件的功能，也就是硬件功能的软件化，这是因为硬件结构的复杂化将会大大增加阀门的整体阻力，增高起始工作压差，从而造成阀门的“平衡效果”和“阻力效果”相互抵消，还会大大降低两种效果;同时，若阀门内部结构过于复杂，将极易引发堵塞等故障问题。基于此，智慧阀门摒弃了以往的引压铜管，采用了高精度的进口压力传感器，用电信号取代了水压力信号，由控制器对电信号进行平衡计算，从而取得压力无关型的控制特性曲线。智慧阀门主要由智能控制器、控制箱、温度传感器、电动执行器、压力传感器、阀体法兰段、配流板、碟阀阀体所构成。

智慧阀门的特点主要有：（1）在相同工况下，其压降为传统方案的20%～50%，在极大程度上降低了系统运行能耗;（2）可结合水温来对冬夏模式进行自动判定，然后及时转换冬、夏水量;

（3）实现通畅的专利流道设计，可有效避免由于水质较差而引起的堵塞;（4）安装调试异常简单;（5）具备智能控制器功能，涉及到多种模块程序，应用简单灵活;（6）具备与楼宇系统的通讯接口，可对一定数量的运行数据进行记录;（7）具备强大的无线通讯功能，在很大程度上节约了布线的成本;（8）结合专业软件可对系统的运行能耗进行评估;（9）借助比例积分微分（PID）控制模式，以实现较好的控制精度;（10）产品功能灵活，具备很高的性价比;

（11）可对系统运行流量进行实时显示，当系统出现故障时，能够进行快速诊断和定位工作等。

2.暖通及新风系统智慧阀门的类型及应用

针对智慧阀门在暖通及新风系统中的应用，主要是通过对控制程序的改变，以实现不同用途控制功能，见图1。

第一，应用原理。动态平衡电动调节，智慧阀门中具有的接受控制系统开对阀门调节信号进行收集，然后进行动态压差平衡智能运算，获取阀门机械开度，然后对阀位进行合理调节。智慧阀门能够把外部控制信号转换成流经阀门的流量大小，也就是电子开度，最后以线性曲线或是等百分比实现流量的控制。

第二，安装事项。智慧阀门控制器不能直接接入220V电源，通常选择AC24V电源;智慧阀门的电压不可超过42V;全部接线端子与外壳的间隔距离应控制在8毫米以上;不允许让内部流体冻结;使用满足EN60742的双绝缘安全变压器;如果选择有线通讯，必须使用隔离设备来隔离信号。在具体安装过程中，应由专业人士负责智慧阀门的接线工作，严格依据内线规范和流程、电气设备技术基准来进行配线;为避免短路问题的发生，需要将带有绝缘保护层的压线端子设置到连线端子板的电线末端;为避免设备被损坏或是发生外部泄露问题，需要在法兰段连接位置使用高品质的密封垫;智慧阀门应安装在良好的环境中，注意不可安装在易腐蚀的环境中;以水平或是垂直方向对智慧阀门进行安装，安装过程中水流方向可任意;在水平安装过程中，应让控制器面板朝上;若将智慧阀门安装在室外，必须做好防潮、防锈、防雨等保护工作;智慧阀门前可预留1～10D直管段，阀门后可预留3～5D直管段，这样能够减少水流对阀门控制精度的影响等[2]。

第三，实现节能降耗的方法。具体包括：（1）智慧阀门可对实际通过流量进行控制，每个智慧阀门在运行时一直会随着管网压力的变化加以平衡调整，实现对流量的精准性控制，不论在满负荷或是一些负荷状态下，都能够不过流、不欠流，从而实现能量、流量的按需分配，让暖通及新风系统的全部末端设备均可以获得最佳流量;（2）智能阀门能够实现最佳流量的控制，让整个管网始终处于水力平衡状态，这就减少了控制阀自身的阻力，让水泵能够以低能耗实现最佳运行;（3）智慧阀门可实现冬夏模式的自动转换，这就对水力系统由于冬夏季极大差异而引发的水利失调问题进行有效解决，从而让水利系统处于全面平衡的状态，最终实现节能降耗。

3.结语

综上所述，随着我国科学技术的迅速发展，加上人们越来越重视环境保护与节能减排，促使智慧阀门应运而生。通过在暖通及新风系统中对智慧阀门进行有效应用，能够大幅降低系统的能源消耗量，从而显著降低建筑物的能耗。目前我国高铁站、大型酒店办公楼等场所的中央空调中都已广泛应用了智慧阀门，可见以智慧阀门替代传统控制阀的应用前景非常广阔。

参考文献：

[1]钱青江.智慧阀门试验装置研究[J].中国机械，2014（21）：209-210.

[2]李金峰，周丽.智慧阀门在实际工程中的应用研究[J].科学大众，2018（2）：5-6.

作者简介：

吴钧（1971，10-）男，民族：汉，浙江杭州，学历：专科，专业：机械设计及制造，职称：助理工程师，研究方向：机电/暖通。

方勇（1980，12-）男，民族：汉，浙江杭州，学历：专科，专业：机电一体化技术，职称：助理工程师，研究方向：机电技术服务。

（1杭州浦盈环境工程有限公司，浙江 杭州 310000;2杭州崇德物业管理有限公司，浙江 杭州 310003）