平衡阀在空调水系统中的应用分析

        1 水力失调
        建筑物暖通空调系统采用水作为传输介质，传输冷水机组的制冷量或热源的供热量至末端设备与空气进行热交换的系统，其水系统的设计合理与否相当关键，直接影响到各个部分的空调效果及整个系统运行效率的正常发挥。即使设计人员在设计时考虑到了该平衡状况，但在具体的施工、设备材料选择等环节中，也会引入一些偏离设计值的情况，这就产生了水力失调，因此在设计中兼顾到水系统水力平衡的调节是非常重要的。
        从产生原因来看，水力失调主要分为静态和动态两种。所谓静态水力失调是由于设计、施工、设备材料等因素导致的空调系统管道特性阻力数比值与设计要求管道特征阻力数比值不一致，引起的系统各用户的实际流量与设计值不一致，而产生的呈稳态的、系统本身固有的一种水力失调；而动态水力失调则是为调节系统的静态平衡，在管道系统中设置静态水力平衡阀时，用户阀门开度变化导致水流量改变时，其他用户的流量随之变化而产生的偏离设计要求流量的一种失调状态，这种失调伴随着静态失调的调整而存在，与阀门的设置有关，呈现不稳定的状态。由于系统一般都需要进行静态水力失调调整，因此两种水力失调情况同时存在，系统设计时也要兼顾二者。
        2 水力失调的平衡调整原则
        要达到较为理想的水力平衡状态，设计之初就要保证系统的水输送管网自身达到水力平衡。其中，管道阻力不平衡的管网可以通过调整管路管径、设置水平及垂直同程系统来达到平衡，这些是最为简单且效果好的处理方式。
        必要时也可以在管路中设置静态平衡阀，通过对末端设备、管道综合阻力的调整达到系统水力平衡的目的。但静态平衡阀的应用，增加了某些支路的综合阻力，使其与最不利环路趋于平衡，此时应该注意次生的动态水力失调的补偿校正。
        3 解决水力失调的措施
        为解决水力失调，较为常见的几种措施包括：
        1）安装手动调节阀，如普通调节阀、静态流量平衡阀等；
        2）安装节流孔板；
        3）加大水泵的流量；
        4）安装动态流量平衡阀等。
        基于静态平衡阀只能在使用前预调节、节流孔板易堵塞、加大水泵流量耗能较大等诸多不利因素的考虑，近年来动态流量平衡阀因其自动灵活的调节特性而广泛使用，通过与静态平衡阀结合，来达到较好的平衡。一般来说，该调节过程包括：设计时进行合理的系统划分与管路布置，然后进行水力计算，最后确定何处使用何种平衡阀。
        下面以静态平衡阀和动态平衡阀为例简单介绍下二者的区别应用。
        3.1 静态流量平衡阀
        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。静态平衡阀见图1。
        3.2 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。通过改变平衡阀的阀芯的过流面积来适应阀门前后压差的变化，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。动态流量平衡阀见图2。

图1 静态平衡阀

图2 动态流量平衡阀

        基于两种流量平衡器的原理不同，对空调精度要求较高，或者大气环境温度引起的末端设备负荷在总负荷中比例较小的系统来说，最为常见的设计方式就是把静态流量平衡阀作为系统初调节的一种方式，通过它的平衡作用削弱系统水力失调的程度，然后在相关的部位或者末端设备处安装各种动态或电动调节装置，如动态流量平衡阀，从而实现对系统的精调。
        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。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。如果并联的外网由于变动而造成压力的变化在一定范围内（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。
        4 水力平衡阀的选取原则
        尽管水力平衡阀在空调水系统中起着极其关键的作用，但是在实际的工程设计中，水力平衡阀的选取却是可以有取舍地放宽一些设计要求的。例如，《实用供暖空调设计手册》中有规定，平衡阀的阀门公称直径通常可以按配管管径直接确定。
        可见，其中并没有要求平衡阀的流量、压差等的设计值，这是因为在实际的工程设计中，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，为甲方节约资金。而对于精度要求比较高的水系统来说，具体设计时，则不应简单地选择平衡阀公称直径等于配管管径，为了保证调节精度，充分发挥其调节作用，应进一步计算流量和压差，并保证开度控制在一定范围内，以满足设计流量的要求，又有一定的调节余量。
        参考文献：
        ［1］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.
        ［2］卓旦春.一种静态平衡阀［Z］.CN101975308A，2011.
        ［3］马军正.一种流量平衡阀［Z］.CN2516776Y，2002.
        ［4］谭兴霞，王举成，姜永光.水冷空调系统设计及常见问题分析［J］.山西建筑，2009，35（13）：167-168.