暖通空調水系統水力平衡閥應用與調節
本文闡述了暖通空調水系統中選用水力平衡閥的原理，并介紹了水力平衡閥的特性，以及應用水力平衡閥對水系統進(jìn)行水力平衡調節的步驟、方法，結合工程實(shí)例詳細闡述了系統聯(lián)調的要求、過(guò)程和結論。
1、概述
在建筑物暖通空調水系統中，水力失調是最常見(jiàn)的問(wèn)題。由于水力失調導致系統流量分配不合理，某些區域流量過(guò)剩，某些區域流量不足，造成某些區域冬天不熱、夏天不冷的情況，系統輸送冷、熱量不合理，從而引起能量的浪費，或者為解決這個(gè)問(wèn)題，提高水泵揚程，但仍會(huì )產(chǎn)生熱(冷)不均及更大的電能浪費。因此，必須采用相應的調節閥門(mén)對系統流量分配進(jìn)行調節。
雖然某些通用閥門(mén)如截止閥、球閥等也具有一定的調節能力，但由于其調節性能不好以及無(wú)法對調節后的流量進(jìn)行測量，因此這種調節只能說(shuō)是定性的和不準確的，常常給工程安裝完畢后的調試工作和運行管理帶來(lái)極大的不便。因此近些年來(lái)，在越來(lái)越多的暖通空調工程水系統的關(guān)鍵部位(如集水器)、特別是在一些國外設計公司設計的工程項目中，均大量地選用水力平衡閥來(lái)對系統的流量分配進(jìn)行調節(包括系統安裝完后的初調節和運行管理調節，本文主要闡述的是前者，也可作后者的參考)。
水力平衡閥有兩個(gè)特性：
a.具有良好的調節特性。一般質(zhì)量較好的水力平衡閥都具有直線(xiàn)流量特性，即在閥二端壓差不變時(shí)，其流量與開(kāi)度成線(xiàn)性關(guān)系;b.流量實(shí)時(shí)可測性。通過(guò)專(zhuān)用的流量測量?jì)x表可以在現場(chǎng)對流過(guò)水力平衡閥的流量進(jìn)行實(shí)測。
2、系統水力平衡調節
水系統水力平衡調節的實(shí)質(zhì)就是將系統中所有水力平衡閥的測量流量同時(shí)調至設計流量。
2.1、單個(gè)水力平衡閥調節：
單個(gè)水力平衡閥的調節是簡(jiǎn)單的，只需連接專(zhuān)用的流量測量?jì)x表，將閥門(mén)口徑及設計流量輸入儀表，根據儀表顯示的開(kāi)度值，旋轉水力平衡閥手輪，直至測量流量等于設計流量即可。
2.2、已有精確計算的水力平衡閥的調節：
對于某些水系統，在設計時(shí)已對系統進(jìn)行了精確的水力平衡計算，系統中每個(gè)水力平衡閥的流量和所分擔的設計壓降是已知的。這時(shí)水力平衡閥的調節步驟如下：a.在設計資料中查出水力平衡閥的設計壓降;b.根據設計圖紙，查出(或計算出)水力平衡閥的設計流量;c.根據設計壓降和設計流量以及閥口徑，查水力平衡閥壓損列線(xiàn)圖，找出這時(shí)水力平衡閥所對應的設計開(kāi)度;d.旋轉水力平衡閥手輪，將其開(kāi)度旋至設計開(kāi)度即可。
2.3、一般系統水力平衡閥的聯(lián)調：
對于目前絕大部分的暖通空調水系統，其設計只有水力平衡閥的設計流量，而不知道壓差，而且系統中包含多個(gè)水力平衡閥，在調節時(shí)這些閥的流量變化會(huì )互相干擾。這時(shí)如何對系統進(jìn)行調節，使所有的水力平衡閥同時(shí)達到設計流量呢?
2.3.1、系統水力平衡調節的分析：
�、俨⒙�(lián)水系統流量分配的特點(diǎn)：并聯(lián)系統各個(gè)水力平衡閥的流量與其流量系數KV值成正比(由于管道中水流速度較低，假定各并聯(lián)支路上平衡閥兩端的壓差相等)，如圖1所示，調節閥V1、V2、V3組成的并聯(lián)系統，則QV1：QV2：QV3=KV1：KV2：KV3(Q為流量，KV為流量系數)。當調節閥V1、V2、V3調定后，KV1、KV2、KV3保持不變，則調節閥V1、V2、V3的流量QV1、QV2、QV3的比值保持不變。如果將調節閥V1、V2、V3流量的比值調至與設計流量的比值一致，則當其中任何一個(gè)平衡閥的流量達到設計流量時(shí)，其余平衡閥的流量也同時(shí)達到設計流量。②串聯(lián)水系統流量分配的特點(diǎn)：串聯(lián)系統中各個(gè)平衡閥的流量是相同的，如圖1所示，調節閥G1和調節閥V1、V2、V3組成一串聯(lián)系統，則QG1=QV1+QV2+QV3;③串并聯(lián)組合系統流量分配的特點(diǎn)：如圖1所示，實(shí)際上是一個(gè)串并聯(lián)組合系統。其中平衡閥V1、V2、V3組成一并聯(lián)系統，平衡閥V1、V2、V3又與平衡閥G1組成一串聯(lián)系統。根據串并聯(lián)系統流量分配的特點(diǎn)，實(shí)現水力平衡的方式如下：首先將平衡閥組V1、V2、V3的流量比值調至與設計流量比值一致;再將調節閥G1的流量調至設計流量。這時(shí)，平衡閥V1、V2、V3、G1的流量同時(shí)達到設計流量，系統實(shí)現水力平衡。實(shí)際上，所有暖通空調水系統均可分解為多級串并聯(lián)組合系統。
圖1 系統示意圖
2.3.2、水力平衡聯(lián)調的步驟：
如圖2所示，該系統為一個(gè)二級并聯(lián)和二級串聯(lián)的組合系統，(V1～V3、V4～V6、…V16～V18)為一級并聯(lián)系統，又分別與閥組I(G1、G2…G6)組成一級串聯(lián)系統;閥組I為二級并聯(lián)系統，又與系統主閥G組成為二級串聯(lián)系統。該系統水力平衡聯(lián)調的具體步驟如下：①將系統中的斷流閥(圖中未表示)和水力平衡閥全部調至全開(kāi)位置，對于其它的動(dòng)態(tài)閥門(mén)也將其調至最大位置，例如，對于散熱器溫控閥必須將溫控頭卸下或將其設定為最大開(kāi)度位置;②對水力平衡閥進(jìn)行分組及編號：按一級并聯(lián)閥組1~6、二級并聯(lián)閥組I、系統主閥G順序進(jìn)行，見(jiàn)圖2;③測量水力平衡閥V1~V18的實(shí)際流量Q實(shí)，并計算出流量比q=Q實(shí)/Q設計;④對每一個(gè)并聯(lián)閥組內的水力平衡閥的流量比進(jìn)行分析，例如，對一級并聯(lián)閥組1的水力平衡閥V1~V3的流量比進(jìn)行分析，假設q1<q2<q3，則取水力平衡閥V1為基準閥，先調節V2，使q1=q2，再調節V3，使q1=q3，則q1=q2=q3;⑤按步驟④對一級并聯(lián)閥組2～6分別進(jìn)行調節，從而使各一級并聯(lián)閥組內的水力平衡閥的流量比均相等;⑥測量二級并聯(lián)閥組I內水力平衡閥G1~G6的實(shí)際流量，并計算出流量比Q1-Q6;⑦對二級并聯(lián)閥組的流量比Q1~Q6進(jìn)行分析，假設Q1<Q2<Q3<Q4<Q5<Q6，將水力平衡閥G1設為基準閥，對G2～G6依次進(jìn)行調節，直至調至Q1=Q2=Q3=Q4=Q5=Q6，即二級并聯(lián)閥組內的水力平衡閥的流量比均相等;⑧調節系統主閥G，使G的實(shí)際流量等于設計流量。這時(shí)，系統中所有的水力平衡閥的實(shí)際流量均等于設計流量，系統實(shí)現水力平衡。但是，由于并聯(lián)系統的每個(gè)分支的管道流程和閥門(mén)彎頭等配件有差異，造成各并聯(lián)平衡閥兩端的壓差不相等。因此，當進(jìn)行后一個(gè)平衡閥的調節時(shí)，將會(huì )影響到前面已經(jīng)調節過(guò)的平衡閥，產(chǎn)生誤差。當這種誤差超過(guò)工程允許范圍時(shí)(如實(shí)例中的5%)，則需進(jìn)行再一次的測量和調節。
圖2 串并聯(lián)系統示意圖
3、水力平衡調試實(shí)例
圖3 調試實(shí)例系統示意圖
以下是哈市愛(ài)建住宅小區某住宅樓供暖系統水力平衡調試實(shí)例。(見(jiàn)圖3)該住宅樓共30層，其中1至17層為低區供暖，18至30層為高區供暖，以高區供暖為例。高區共有8根立管，分別為I、II、III、IV—VIII，立管I從18層到30層的水力平衡閥分別為V18、V19、V20……V30。具體調試步驟如下：①對立管I并聯(lián)閥組V1～V3進(jìn)行水力平衡調節;②按步驟①對高區其余立管II、III、IV……VI-II閥組分別進(jìn)行調節，從而使每一立管并聯(lián)閥組內的水力平衡閥的流量比均相等;對立管閥組G1-G8進(jìn)行水力平衡調節;③調節系統主閥G，使它的實(shí)際流量等于設計流量。這時(shí)，高區系統水力平衡初調完畢。④對高區的調試結果進(jìn)行校驗：a.對立管I并聯(lián)閥組進(jìn)行水力平衡調節的校驗。b.對立管閥組進(jìn)行水力平衡調節的校驗。
4、結束語(yǔ)
通過(guò)以上論述及工程調試實(shí)例，我們可以得出結論，在暖通空調水系統中，合理地安裝水力平衡閥以及采用正確的方法進(jìn)行系統聯(lián)調，可以極大地改善系統的水力特性，使系統接近或達到水力平衡，從而既為系統的正常運行提供了保證，同時(shí)又節省了能源，使系統經(jīng)濟高效地運行。
