水力平衡閥使用論文

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摘要：本文通過對暖通空調水系統流量變化特性的分析，以及對空調系統末端設備負荷變化規律的分析,探討了安裝水力平衡閥后水系統流量變化與負荷變化趨勢的協調一致性，以及采用水力平衡閥調節水系統流量變化與負荷變化趨勢的優勢和局限性。

關鍵詞：水力平衡閥流量變化趨勢負荷變化趨勢

在建筑物暖通空調工程中，水力平衡的調節是個重要的課題。本文通過對暖通空調水系統流量變化特性的分析，以及對空調系統末端設備負荷變化規律的分析,探討安裝水力平衡閥后水系統流量變化與負荷變化趨勢的協調一致性，以及采用水力平衡閥調節水系統流量變化與負荷變化趨勢的優勢和局限性。

一、暖通空調水系統流量變化趨勢分析：

對于靜態的暖通空調水管路系統（不含動態調節元件），包括串聯系統和并聯系統二大類。

1、串聯水系統流量特性分析：

串聯管道系統中各個部件的流量是一致的，即

Q1=Q2=Q3=Q4=-------------=Qn=Q0

（Q1-----------Qn:系統中第1----------n個支路的流量Q0：系統中各個支路的總流量）

2、并聯水系統流量特性分析：

并聯管道系統中各個部件的流量與相應的管道特性阻力數開根號的倒數成正比，即：

Q1：Q2：-------：Qn=1/(Sp1)0.5：1/(Sp2)0.5：-------1/(Spn)0.5

Q0=Q1+Q2+Q3+-------+Qn

（Q1-----------Qn：系統中第1----------n個支路的流量Q0：系統中各個支路的總流量Sp1-----------Spn:系統中第1----n個支路的管道特性阻力數）

3、串并聯組合水系統流量變化趨勢分析：

絕大多數的管道系統均為串并聯組合系統，對于任何串并聯復合系統，均可按電路模擬法將其簡化成并聯系統。

簡化水系統管道采用如下公式：

a．串聯水系統：

Sp=Sp1+Sp2+Sp3+---------+Spn

Sp：串聯系統總的管道特性阻力數

Sp1-----------Spn：系統第1----n個串聯部件的管道特性阻力數

b．并聯水系統：

1/(Sp)0.5=1/(Sp1)0.5+1/(Sp2)0.5-------+1/(Spn)0.5

將水系統簡化成簡單的并聯系統后，按管道特性阻力數對流量進行分配，然后逐級按同樣的方式對各支路計算分配流量。

綜上所述：

1、串并聯組合系統各分支路的管道特性阻力數Sp不變時,網路的總流量在各分支管段中的流量分配比例不變,管道總流量增加或減少多少倍,各分支管道上的流量也相應的增加或減少多少倍；

對于不含任何動態調節元件的空調水系統，均可視為串并聯組合系統，其各個環路的管道特性阻力數Sp為定值，因此在這些系統中，當管路的總流量發生變化時，系統各個分支環路的流量等比例的發生變化，并且流量分配比值保持不變，

2、在串并聯組合系統中，當某一個管段的管道特征阻力數發生變化時，網路的總管道特性阻力數也會隨之變化，總流量在各管段中的分配比例也隨之發生變化。

因此對于空調系統，應在管路系統初調試時將各個支路的管道特性阻力數比值調至一個合適的比例，并且在運行的過程中保持不變，以保證空調水系統流量的合理分配。

二、暖通空調系統末端設備負荷變化趨勢分析：

1.影響暖通空調系統末端設備負荷變化的因素有以下幾種:

⑴、大氣環境溫度變化的影響：

大氣環境溫度變化是影響空調系統末端設備負荷的主要因素。

由大氣環境溫度變化引起的末端設備負荷由以下公式計算：

Q大=A*k*Δt

Q大：由大氣環境溫度變化引起的末端設備負荷；

A：傳熱面積；k：傳熱系數；Δt：室內外溫差

由上式可見，大氣環境溫度引起的末端設備負荷與傳熱面積、傳熱系數、室內外溫差成正比。對于處于穩態過程的空調系統，由于在某一時刻的室內外溫差對所有的空調區域都是相同的，因此由大氣環境溫度變化而引起的各個末端設備負荷比值僅與各自的傳熱面積和傳熱系數有關，而與室內外溫差無關，即：

Q大1：Q大2。。。。。。。。。。。。。Q大n＝A1k1：A2k2：A3k3………Ankn

也就是說，不管大氣環境溫度如何變化，各個末端設備的負荷比值保持不變。這是大氣環境溫度對末端設備負荷變化影響的重要特性，也是供暖制冷系統中通過調質法和調量法調節供熱制冷量以滿足空調區域舒適度要求的主要依據。

⑵、建筑物內冷熱源變化的影響：

空調區域人員的發熱量、電器設備的散熱量、食物的散熱量等都會對末端設備負荷產生影響，而且這些影響會隨著時間、區域的不同有很大的差異，比如餐館在中午時這種影響就非常大，反之對于賓館客房這種影響就非常小。所以對于不同區域的末端設備，冷熱源在不同的時間對于負荷的影響差異很大。

⑶、人為因素的影響：

由于人開關門、窗戶等因素也會造成末端設備負荷的增加，從而造成能量的流失。人為因素對不同末端負荷變化影響的差異也很大，且是隨機的。

⑷、內墻傳熱的影響：

對于室內的有些內墻，如隔壁為過道和樓梯間的，還存在著內墻傳熱問題。這些傳熱損耗也會對末端設備的負荷產生影響。

綜上所述，空調系統末端設備的負荷由以下部分組成：

Q總=Q大+Q內源+Q人+Q內墻

（Q總:末端設備總負荷；Q大:大氣環境溫度引起的末端負荷；

Q人:人為因素引起的末端負荷；Q內墻:內墻傳熱引起的負荷)

在不同的空調區域,以上四種因素在總的末端設備負荷中所占的比例不同。一般情況下，對于大部分的空調區域，由大氣環境溫度差異所引起的末端設備負荷在總負荷中占絕大部分比例。

因為由大氣環境溫度變化引起的各個末端設備之間負荷的比值是恒定的，不隨室內外溫差的變化而變化，而大氣環境溫度引起的負荷在末端設備總負荷中占很大的比例，因此在大部分空調區域（飯店、桑那房和浴室除外），我們可以近似地認為各個末端設備之間所需負荷的比值是恒定的，也就是各個末端設備所需冷（熱）水量是近似等比例變化的。

三、水力平衡閥調節水系統流量變化與負荷變化趨勢的協調一致性：

如上所述，對于靜態的暖通空調水系統，各個分支環路的流量是隨著總流量變化而等比例的增加或減少的，也就是各個環路的流量比值是恒定的；而由于在大部分空調區域，各個末端設備負荷變化也是近似等比例的，也就是末端設備所需要的流量比值是近似恒定的。

一般情況下，這兩種比例關系是不相同的，這就導致靜態水力失調。

1、靜態水力失調和靜態水力平衡：

由于設計、施工、設備材料等原因導致的系統管道特性阻力數比與設計要求管道特性阻力數比值不一致，從而使各個末端設備的實際流量比值與設計要求流量比值不一致，引起水系統的水力失調，叫做靜態水力失調。

靜態水力失調是穩態的、根本性的，是系統本身所固有的，是當前我國暖通空調水系統中水力失調的主要因素。

通過在管路系統中安裝水力平衡閥，并在系統的初調試時按照一定的步驟進行調節，使各個環路的流量分配比值與末端設備所需的流量比值相同，從而實現靜態水力平衡。

實現了靜態水力平衡的系統，由于管道系統的流量分配比例與各個末端設備負荷的比例基本一致，因此當外界環境溫度發生變化引起各個末端設備所需負荷近似等比例變化時，只需調節空調水系統總流量（調量法），就可使各個末端設備流量同時等比例變化，從而使各個末端設備同時滿足負荷變化要求。這種方法是代價低廉而效率很高的。

2、水力平衡閥調節水系統流量變化與負荷變化趨勢的優勢和局限性：

通過水力平衡閥調節水系統流量變化與負荷變化趨勢的協調一致性，可以使系統根據各個末端設備負荷的變化很方便地進行調節，極大地簡化了變流量系統調節的復雜性。

但是這種調節方式僅僅適用于對調節精度要求不高、大氣環境溫度引起的末端設備負荷在總負荷中占較大比例的空調系統。

對空調精度要求較高、或者大氣環境溫度引起的末端設備負荷在總負荷中比例較小的系統，可以采用二步調節法，即把靜態平衡閥作為系統初調節的一種方式，通過它的平衡作用消弱系統水力失調的程度，然后在相關的部位或者末端設備處安裝各種動態或電動調節裝置，從而實現對系統的精調。

四、水力平衡閥在水系統中的安裝：

下表為水力平衡閥在采暖空調系統中的安裝位置水力平衡產品典型應用區域備注

靜態水力平衡閥采暖、空調集水器回水主管

回水總管

空調主分支回水管

采暖垂直立管回水管

采暖水平支管回水管

空調水平支管回水管

各回水分支管道

地暖分集水器回水管

船用液壓管道系統

消防噴淋管道

太陽能管道系統等

四、結論：

暖通空調工程中水力平衡閥的使用，為調節各個分支管道系統的流量比值與末端設備所需流量比值的一致性、使系統實現靜態水力平衡提供了一種有效的途徑。在實際的工程設計中，應根據工程投資和系統的精度要求合理地選用水力平衡設備，既要滿足工程設計和技術規范要求，同時又應采用合理的方案，為甲方節約資金。

參考文獻：

1、陸耀慶等主編—實用供熱空調設計手冊。北京，中國建筑工業出版社，1993年

2、賀平、孫剛主編—供熱工程。北京，中國建筑工業出版社，1990年