平衡阀在空调水系统中的合理应用

空调水系统的阻力平衡是保证空调系统正常、有效运行的前提，以较低的能耗，获得舒适的室内环境，是暖通设计者比较关心重视的问题。为了达到水系统的阻力平衡，设计师一般尽可能采用同程式水系统，倘若条件不允许时则采用异程式水系统，此时系统可能存在水力平衡失调。当各分区环路采用同程式系统时，各系统环路间也可能存在严重的阻力不平衡而导致水力平衡失调。因此必须通过各种调节手段使系统达到平衡。近年来，平衡阀因其较为完备的功能和良好的调节性能，正在越受重视和欢迎。许多设计师在设计水系统时倾向于使用平衡阀来进行水力平衡，但笔者发现，在很多工程中，平衡阀的设置不尽合理，设计人员对各种平衡阀的应用场合考虑不周。本文从平衡阀的原理入手介绍在工程实践中如何合理地选择平衡阀及相应的系统形式。

1平衡阀的工作原理

在当前静态水力平衡阀市场上的流通的平衡阀产品具有流量测量、阀门开度屏显、预流、排空等功能。静态的水力平衡阀实质上就是一种的手动调节阀，静态平衡阀具有单阀的特点"基于实验性能够特性的数据来讲，当&delta。p为常数状态，这时静态水力平衡阀并不具有明显的调节优势，因此在当前技术条件下，使用静态水力平衡阀直接代替传统的水力调节阀还不够成熟。

静态平衡阀在水系统中的作用主要是消除静态水力失调、使系统实现静态水力平衡。动态水力平衡设备在水系统中的作用主要是消除动态水力失调，使系统实现动态水力平衡。

1.1静态平衡阀

静态平衡阀亦称为手动平衡阀或手动调节阀，是可进行流量测定和调节的阀门，其操作方式是人工手动调节。该平衡阀原理为可变流量的孔板，并带有关断功能。通过测量阀门前后测量孔的压降，结合阀门开度的读数，便能换算出阀门调节后的流量。静态平衡阀实质上是一个具有明确的“流量-压差-开度”关系、清晰可调的开度指示以及良好调节特性的阻尼调节元件。

1.2动态流量平衡阀

动态流量平衡阀亦称自力式流量控制阀、定流量平衡阀等，是一种在阀体前后一定的压差范围内能自动保持管道的流量始终不变的阀门。

其工作原理：q=kv√△p。通过改变平衡阀的阀芯的过流面积来适应阀门前后压差（如图1所示）的变化，从而达到控制流量的目的。即在一定压差范围内无论阀门入口流量如何变化均可保证其出口流量恒定。它相当于一个局部阻力可变的节流元件，该元件由可变过流面积的阀胆和高精度（±5%）的弹簧及支撑装置构成。弹簧受压差的作用自动控制阀胆上过流面积的大小，从而使通过阀门的流量恒定。流量值的大小可以根据系统要求进行定制。

图1动态流量平衡阀

1.3动态压差控制阀

动态压差控制阀亦称自力式压差控制阀、定压差阀、动态压差平衡阀等，其工作原理：△P=（q/Kv）2。其阀体可设定压差值，通过调整阀门自身的开度，能自动将系统两个关键点之间的压差恒定在设定压差值。动态压差控制阀示例如图2所示。

动态压差控制阀是基于弹簧-隔膜组合的方法进行设计的。弹簧拉动平衡双阀芯“2”打开阀门，压差AB施加在隔膜“3”上，产生一个与弹簧相反的力。压力A通过与测量阀的排水管相连的毛细管传到压差控制阀上；压力B从内部或外部传到隔膜的另外一侧。当压差AB作用在隔膜上的压力大于弹簧力时，阀门开始按比例关小，直到找到一个新的平衡位置。这样，在压差控制阀上产生一个附加压力降，限制了压差△PL（通过二次回路的压差）加大。

图2动态压差控制阀

1.4动态平衡电动二通开关阀

动态平衡电动二通开关阀具有动态平衡和电动开关功能，当阀门开启时，它能动态地将管道的实际流量恒定在设计流量值，并不受系统压力波动的影响。

1.5组合式或一体式动态平衡电动调节阀

1.2 调节阀的概念调节阀是自控系统中的终端现场调节仪表，调节阀通过接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。p为常数状态，这时静态水力平衡阀并不具有明显的调节优势，因此在当前技术条件下，使用静态水力平衡阀直接代替传统的水力调节阀还不够成熟。在当前的市场上，众多静态水力平衡阀的供应商都说明了其产品具有流量预设功能，但在实际操作过程中，要想选择一个合适的kvs值则很难，因为当前市场上平衡阀并没有给出连续的kvs值，并没有按照实际需要给出kvs的调节值，因此当我们按照供应商提供的kvs值进行流量设定时，就会出现一定的偏差，并不能满足实际调节的需要。

2平衡阀在水系统中的合理应用

使用静态水力平衡阀可以通过特定的仪器对流量进行及时地测量，同时也可以起到开关的作用。p为常数状态，这时静态水力平衡阀并不具有明显的调节优势，因此在当前技术条件下，使用静态水力平衡阀直接代替传统的水力调节阀还不够成熟。在一般情况下，如果水力系统中部分用户的使用压头大于所设计的压头时，那么该用户的实际水流量就会超过设计的流量，这样就会给其他环路的实际流量带来影响，我们称在这种工况下产生的水力失调情况为静性水力失调，静力水力失调通常是由于系统设计或施工等原因而导致的，静力性水力失调是系统本身无法避免的。

很难，因为调整流量改变了系统的阻力特性系数，循环水泵的流量、扬程均发生变化，其它单体压差也会变化，流量就跟着变化，当然调整过的单体流量也会变化，这就需要反复调整，才能使流量接近要求，即系统勉强达到平衡，而一旦有人在动阀门，整个系统的平衡又被破坏了，再次出现水力失调现象。使用静态水力平衡阀可以通过特定的仪器对流量进行及时地测量，同时也可以起到开关的作用。不管平衡阀是否具备流量的预设功能，在完成了水系统的安装以后，必须要对所有的阀进行调节，保证静态水利平衡阀的流量q值能够达到设计要求，从而保证管网能够实现在工况状态下的水利平衡。

2.1静态平衡阀的应用

变流量系统中静态平衡阀用于系统初步调节。静态平衡阀保证的不是系统中单个管道的流量值，它要维持的是在系统初调试时，通过静态平衡阀的调节作用，使系统中各个管路的流量比值与设计流量的比值一致，这样当系统的总流量等于设计总流量时，各个末端设备及管道的流量也同时达到设计流量即所需的最大流量，系统实现静态水力平衡。静态平衡阀应当分级设置，表1为静态平衡阀在空调系统中的安装位置。

表1静态平衡阀在空调系统中的安装位置

2.2动态流量平衡阀的应用

动态流量平衡阀用于系统中需定流量的管路。在系统中某一需流量恒定的设备的分支管路配置了适当的动态流量平衡阀后，该设备即能运行在设计流量状态。如果并联的内（该阀门有效范围），则不会造成流经该设备流量的变化。由此可见，动态流量平衡阀适合安装在冷冻机房冷热源设备处，一方面可以保证机组在额定状态运行，将流量恒定在设计值，从而保护机组，另一方面提高机组的运行效率，使系统运行的水温正常。暖通空调水系统如何分区表2为动态流量平衡阀在空调系统中的安装位置。

表2动态流量平衡阀在空调系统中的安装位置

数据输出：主要包含在设定模式（压力、流量、功率）下，实际的压力、流量、功率等量的显示，同时根据选择显示实际的采样时间和实际的pid三个参数。1、 自力式调节阀请确定是调节压力、流量或者温度的，用于调节流量的订货时请提供现场需要的流量范围，用于调节压力时请确定现场所需要的压力范围，用于调节温度的请确定现场所需的温度范围。并观察真空表压力变化，发现随着温度上升，压力表的压力开始慢慢上升，并越来越快，按下hold按键，给公司何经理打电话询问，何经理让戴师傅回电话答复如何解决这个问题，戴师傅说使用气氛时，充气阀和排气阀都要打开，气流是连续流动，才能保证刚玉管内的压力不会上升，我就按照戴师傅的讲述操作，因为炉子的气路上没有流量计，只能参考真空表压力变化来调节进气和排气阀的开度大小，为了减小氩气的消耗量，我想尽可能的调小进气和排气阀的流量，但是很难平衡进气排气的流量平衡，因此这个过程中，出现压力忽大忽小的变化，正在调试，突然听到响了一声，再调节进出气阀，压力表指针就静止在表盘0的位置不动，我就赶快关闭进气排气阀，并按下hold键，然后检查故障，发现排气端的法兰已经从刚玉管上脱下来，然后我就打电话给何经理，何经理让戴师傅回话说怎么操作，之后我就设置炉子降温，不再加热升温，等炉子温度降到500度，就关闭炉子，等明天再处理。

需要强调的是动态流量平衡阀与电动调节阀组合使用是不能实现稳定末端设备流量的。因为末端设备支路上的电动调节阀是根据室温要求来调整开度进而调节流量的，其流量是变化的，而动态流量平衡阀作用是恒定流量，所以动态流量平衡阀和电动调节阀组合使用是错误的。

2.3动态压差控制阀的应用

动态压差控制阀的作用一是被控环路出现外扰（网路的压力波动）和内扰（内部管路阻力的改变）时，使被控环路的压差保持恒定；二是各环路间的调节互不干扰，即一个环路的调节对其它环路的流量不产生影响。

2. 在加热管与分、集水器的接合处，分路设置远传型自力式或电动式恒温控制阀,通过各房间内的温度控制器控制相应回路上的调节阀，使室内温度自动保持恒定。通风空调系统的设备在利用设计计算值选型时，制冷剂的冷量、空调器的冷量和风压、水泵的水流量和扬程、风机的风量和风压等均应考虑一定的安全系数。在当前的情况下，绝大多数的hvac水力系统的设计只是针对末端支路进行设计流量的标示，基本不会关注末端压差值的相关标准和要求，在具体的运行过程中，一些需要手动来完成平衡调节的基本上都依赖于设计、施工以及运行和维护人员的经验来完成，属于一种没有理论支撑的系统调节法。

动态压差控制阀与电动调节阀可配合使用（即组合式动态平衡电动调节阀）。一般电动调节阀的尺寸选择均偏大，造成电动阀大部分时间在较小开度下工作，导致其两端压差增大，不仅使阀的控制不稳定、不精确，而且电动阀的噪声随着压差增大而增大；另外阀全开时将使被控末端设备出现过流。一个简单的解决方法是与电动阀串联一个静态平衡阀，消耗一部分压差，使阀门开度变大，从而将流量限制到设计值。进一步更好的解决办法是，采用动态压差控制阀与静态平衡阀组合设置在电动阀两端，用动态压差控制阀控制电动阀的进出口压差，使之基本恒定，从而避免调节阀阀权度过小影响其调节能力，使调节阀控制的流量恒定。外网的压力波动和末端设备的压降变化，均由动态压差控制阀吸收。表3为动态压差控制阀在空调系统中的安装位置。

表3动态压差控制阀在空调系统中的安装位置

2.4平衡阀应用于末端设备

动态平衡电动二通开关阀主要应用于风机盘管处，一方面，它具有传统电动开关阀的电动开关功能；另一方面，它又能在阀门开启时将流量始终恒定在风机盘管的设计流量。

组合式或一体式动态平衡电动调节阀主要应用于空调箱、空气处理机组和新风机组处。

2.5变流量系统中平衡阀应用系统形式

①末端设备使用动态平衡电动二通开关阀及一体式或组合式动态平衡电动调节阀（图3）

图3平衡阀应用于变流量空调水系统形式一

本文通过分析设计工况与阀门工作原理的特点，就静态水力平衡阀，自力式流量控制阀等进行了分析。使用静态水力平衡阀可以通过特定的仪器对流量进行及时地测量，同时也可以起到开关的作用。静态的水力平衡阀实质上就是一种的手动调节阀，静态平衡阀具有单阀的特点"基于实验性能够特性的数据来讲，当&delta。

这种系统优点是控制稳定精确；由于末端流量实时满足要求，系统会获得自动的平衡，不需要其它平衡过程；维修时影响的范围小，某一末端设备的关断不影响其它设备的正常使用。缺点是初投资较高。对于一些需要精确控制温度的场所，如计算机房、医院室、工业厂房等建筑，可以采用这种方案。

②动态压差控制阀与静态平衡阀组合使用（图4，5）

图4 平衡阀应用于变流量空调水系统型式二

图5 平衡阀应用于变流量空调水系统形式三

当系统水平面积较大时，可在支路上划分更小的支路，如图4中的A支路，在小支路上设置压差控制阀以提高系统控制的灵敏度；当连接支路的末端设备较少时，宜在立管上设置压差控制阀以提高经济性（如图5）。这两种系统优点是舒适性较好，减小电动调节阀的噪声，简化了平衡与调试工作，试运行能分阶段直接进行，而且初投资较低。对于大型商场、写字楼、高级公寓或酒店等建筑，并不是所有楼层都能同时卖完或出租出去，将动态压差控制阀设置在支路上，稳定支路上的压差，支路之间不需要进行平衡，因此，空调系统可以分层分段投入使用，而且新支路的加入不会影响其它已经运行的支路。

3平衡阀安装注意事项

3.1为使平衡阀前后的水流稳定，保证测量精度，平衡阀应安装在直管段上，即平衡阀前后各至少有5倍和2倍管径长的直管管段。若平衡阀设在水泵的出口管段上，阀前则需有10倍管径长的直管段。

3.2安装过程中，保证阀体箭头所示的方向与实际水流方向一致，切忌安装方向相反。

3.3平衡阀的手柄和测压小孔应调整到面向检修侧，以便于操作和检修。

3.4在整个空调水系统调试完毕后，必须做好平衡阀的保温。

4结语

空调水系统的根本水力平衡在于管网系统的设计组织，要通过计算使其处于基本的平衡状态，而不要因使用某些装置（如平衡阀）而忽略这个基本工作。

平衡阀的应用为空调水系统的平衡提供了一种解决方案。各种平衡阀原理不同，作用也不同。静态平衡阀一旦设定，相当于局部阻力不会发生变化的节流元件，其控制对象为系统的阻力，开度的变化引起阻力的变化，进而达到调节流量的目的，静态平衡阀的调节可以保证各支路间的流量分配更加合理。压差控制阀控制的对象为系统的压力，当供回水管压力增大或减小时，控制阀门相应关闭或开启，以保持差压的稳定，动态压差控制阀可将管路系统分成若干个相对独立的区域，区域间互不影响。暖通空调水系统如何分区动态流量平衡阀相当于局部阻力可以发生变化的节流元件，其控制对象为系统的流量，当压力处于设定范围内，流量随压力的变化并不发生变化，动态流量平衡阀可用于需定水量的支路，避免其他支路流量变化时对其的影响。

在当前的情况下，绝大多数的hvac水力系统的设计只是针对末端支路进行设计流量的标示，基本不会关注末端压差值的相关标准和要求，在具体的运行过程中，一些需要手动来完成平衡调节的基本上都依赖于设计、施工以及运行和维护人员的经验来完成，属于一种没有理论支撑的系统调节法。本的特点是控制理论与工程应用并重，要求掌握系统的控制理论，通过系列基本工程训练，使学生具备自动化系统工程设计和工程项目管理的基本能力、具备卓越工程师的基本素质。在一般情况下，如果水力系统中部分用户的使用压头大于所设计的压头时，那么该用户的实际水流量就会超过设计的流量，这样就会给其他环路的实际流量带来影响，我们称在这种工况下产生的水力失调情况为静性水力失调，静力水力失调通常是由于系统设计或施工等原因而导致的，静力性水力失调是系统本身无法避免的。

参考文献

[1] Robert Petitjean著 全面水力平衡暖通空调水力系统设计与应用手册[M] 中国工业出版社，2007.

[2] 王晓松 变流量系统动态水力平衡设备能否取代静态水力平衡阀[J] 暖通空调副刊 2007，37（5）：28-30.

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