变流量系统全面水力平衡的核心

变流量系统全面水力平衡的核心——关键点定压差技术

王晓松

摘要：介绍了变流量水系统中流量调节的几种形式及定压差技术的工作原理和作用,分析了关键点定压差技术可用于变流量水系统实现全面水力平衡的原因,结合实际工程介绍了关键点定压差技术的几种应用形式。

关键词：关键点定压差变流量系统全面水力平衡

随着人们生活品质要求和节能意识的不断提高以及空调系统的大型化,变流量水系统在暖通空调工程中占据越来越重要的位置,全面平衡的变流量水系统也因其良好的舒适性和高效的节能效果而在暖通空调工程特别是一些大型工程中得到越来越广泛的应用。变流量系统实现全面水力平衡是为解决长期困扰暖通空调界的系统初调试时静态水力失调以及系统运行过程中的动态水力失调问题，其实现的核心途就是彩关键点定压差技术。

本文首先介绍暖通空调变流量水系统流量调节的几种形式及定压差技术的工作原理和作用；然后分析为什么采用关键点定压差的技术是变流量水系统实现全面水力平衡的核心途径，最后结合实际工程介绍关键点定压差技术在全面平衡变流量系统中的几种应用形式。

1、变流量沙系统流量调节的几种形式及定压差技术的工作原理和作用

1.1 量水系统流量调节的几种形式

1）肪冲式调节：采用开关式电动阀，通过控制开关时间比来调节流经末端设备的平均流量，这种调节方法适用于小流量、调节精度要求较低的末端设备。

2）连续调节：采用调节型电动阀，通过对流量的连续调节满足末端设备负荷变化的要求。这种调节方式适用于调节精度要求较高的系统。

这两种调节方式在一定程度上满足了暖通空调系统的舒适性和节能性要求，但是随着空调系统的大型化，由系统其他区域调节导致的动态水力失调的程度也越来越高，使流量调节精度降低，系统舒适性和节能性变差，这时就必须采取合理的措施来削弱或屏蔽这种干扰，常用的处理方式有两种：传统的PID调节方式和定压差技术。

1.2 PID调节方式

PID调节是电动调节阀根据设定流量与测量温度的差别调节流量，其比例常数、积分时间常数和微分时间常数是同调节阀所在空调系统的整体状态决定的，不同空调系统PID参数的设定值不一样。同于调节阀可以通过PID对系统进行超调和预调，因此当流量调节的相互干扰引起目标区域温度偏离设定温度时，它能实时地对系统进行调节以削弱这种相互干扰。

但是，由于这种削弱干扰的试是通过动态水力失调引起系统压力变化一实际流量偏离-进入末端设备流量变化—制冷（加热）量变化—目标区域温度偏离—目标区域温度比较一调节仪表输出信号变化）—电动阀开度变化—流量干扰纠正这些过程来实现的，而空谳风系统的热情性非常大，因此整个调控反馈信号改变开度来削弱流量干扰，又有新的流量干扰因素出现。

因此，通过这种方式来削弱流量干扰的效果是有限的，特别是对于一些带多个电动调节阀的大型空调系统，这种流量调节的相互干扰造成系统很难达到平衡状态。即使达到平衡状态，也很容易受干扰而失去平衡。

1.3 定压差技术的工作原理和作用

1.3.1定压差技术的工作原理

如图1所示，当温控仪表的测量温度与设定温度不一致时，温控仪表的输出信号发生变化，电动阀的开度随之变化，从而调节流量以满足目标区域负荷变化的要求。

当温控仪表的测量温度与设定温度一致，即目的区域已达到稳定状态时，要避免由于系统中其他区域的流量调节而产生相互干扰，很显然，只要保证电动调节阀进、出口两端的压差不变就可以了，这样电动阀的流量就只受目标区域温度控制信号的影响，而不受别的因素，如由于其他末端设备流量调节而引起的系统压差波动的影响，当温度控制信号恒定时，不管系统压力如何变化，流过末端设备的流量始终保持不变。

保证电动阀两端压差值不变的技术就是定压差技术。定压差技术屏蔽干扰的实现过程是：流量调节干扰—系统压力波动一定压差技术一流量干扰纠正。因此这种干扰还没有影响到电动阀不在管道中被屏蔽掉了，所以这种方式能迅速消除流量调节之间的相互干扰，效果较好。

实际上，定压差技术是变流量系统实现动态水力平衡的核心技术，在空调水系统的合理部位采用定压差技术能够使系统实现全面水力平衡，这样末端设备的流量调节就不存在相互干扰。

1.3.2 定压差技术的作用

这里需要先介绍一下阀权度，阀权度是反映调节阀在水力系统中调节特性的一个重要指标，它决定了调节阀实际的流量特性曲线与理想流量特性偏离程度。

1）当阀权度为1时，表示调节阀的实际流量特性与理想流量特性曲线一致。

2）当阀权度小于1时，调节阀的实际流量特性偏离理想流量特性。阀权度的数值越小，其实际流量特性偏离理想流量特性的程度越高。

3）调节阀选型时为兼顾调节特性和压力损耗两个参数，阀权度一般取0.3——0.5，这时调节阀实际使用时的流量特性会偏离理想的流量特性，调节特性变差。

4）采用定压差技术的调节阀由于电动阀两端的压差始终维持不变，阀权度始终为1，所以其实际的流量特性与理想流量特性一致，具有很好的调节特性。

综上所述，采用定压差技术，由于使调节阀的实际流量特性曲线与理想的流量特性曲线一致，从而极大地提高了调节阀的调节能力，特别是在小流量区间，调节能力的提高更加明显。

2 用于变流量水系统实现全面水力平衡的要求

暖通空调变流量系统要实现全面水力平衡，必须满足两个条件。

1）静态水力平衡，在系统初调试合格后各个末端设备的流量同时达到设计流量，这可以通过在水系统的合理部位安装静态平衡阀，并在初调试时按照一定的方式进行调试来实现。

2）动态水力平衡，在系统运行过程中各个末端设备的流量同时达到系统瞬时要求流量，并且这些流量调节不互相干扰。在工程实际中，主要通过在水系统的合理部位采用定压差技术（或者一些等效替代措施）来实现。

2.2 变流量全面水力平衡系统的关键点定压差技术

在实际变流量水系统中，要实现全面水力平衡，主要是对系统的关键点采用定压差技术，关键点定压差技术主要分为以下两类。

2.2.1设备关键点定压差技术

设备关键点定压差技术（以下简称设备定压）主要是指在暖通空调水系统的末端设备，如空气处理机组、变风量空调箱、新风机组、风机盘管等处采用压差技术。

对于空气处理机组。根据需要可以分别对表冷段、加热段和加湿段采用定压差技术。

电动阀进、出口两段定压是末端设备定压的典型方式，设备定压不是对末端设备本身进行定压，而是对调节该设备流量的电动阀两端进行定压。

对于风机盘管，由于选用的电动阀一般为开关型，采用定差技术后当电动阀开启时其流量始终是恒定的，因此可以通过串联一个定流量阀等效替代。

2.2.2 系统关键点定压差技术

对于较复杂的暖通空调变流量水系统，仅仅采用设备定压是不够的，还必须在合理的部位对系统的关键点采用定压差技术。

系统关键点定压差技术（以下简称系统定压）是指对系统的关键点，如分集水器、主供回水管、重要分支管道的供回水管等采用定压差技术。

系统定压又分为系统间定压和系统内分级定压。

1）系统间定压

系统间定压是指对于一个含有多个系统的大型变流量水系统，在设计时为避免各个分系

统的相互影响，应对每个分系统分别采用定压差技术定压，从而保证各个分系统各自独立、互不干扰。

如带有两个独立分系统的变流量系统，在每个分系统分集水器处应用了定压差技术。

图4所示为带有两个独立分系统的变流量系统，在每个分集器处应用了定压差技术。

2）系统内分级定压

对于独立的变流量水系统，应根据系统投资和精度要求合理地选择定压方案。通常应该按照从主机到末端的步骤逐级对系统进行定压，对于精度要求较高的系统，可以采用二级甚至多级定压的方式以保证系统各末端设备各自独立、互不干扰。

图5为变流量水系统常用的系统内分级定压方式。该系统采用二级定压方式。

在机房主管路分集水器处采用压差变送器和调频泵一级定压，通过调节调频泵水流量来实现定压。

在风机盘管处采用在每层水平分支管道回水管上安装压差调节阀来二级定压，由各风机盘管支路上的电动两通阀脉冲式调节风机盘管的流量。

3 关键点定压差技术在变流量全面平衡水系统中的几种应用形式

3.1 设备关键点定压差技术的几种应用形式

3.1.1 空调箱（空气处理机组、新风机组、变风量机组等）设备定压

1）图4是空调箱常用的一种设备定压方式，压差调节阀及电动调节阀安装在空调箱（空气处理机组、新风机组，变风量机组等）的供水管上，压差调节阀的取压点位于电动调节阀的时进出口，通过压调节阀的定压差作用保持电动调节阀进出口压差恒定为设计压差。如前所述，这时电动阀的流量只受由于末端设备负荷变化而导致的温度控制信号变化的影响，而不受由于其他设备流量调节而导致系统压力波动的影响，系统实现动态平衡，同时由于定压差作用，电动调节阀的实际调节特

性曲线与其理想调节特性曲线一致，调节性能好。

图6 空调箱常用的设备定压方式

2）空调箱（空气处理机组、新风机组，变风量机组等）的另一种设备定压方式，它采用自身具有定压功能的一体式动态平衡电动调节阀来替代压差调节阀和电动调节阀。这种阀的功能基本等同于动态平衡阀和电动调节阀功能，即一方面能避免各并联空调箱流量调节特性一致，调节性能好。

3.1.2 风机盘客设备定压

1）图9为一种风机盘管定压方式，电动开关阀安装在风机盘管进水管上，压差调节阀安装在风机盘管出水管上，通过毛细管连接到电动开关阀的进出口，保持阀门进出口压差恒定，从而保证了电动阀开启时流量维持恒定。通过电动开关阀的脉冲式调节来控制房间温度。这种设备定压方式调节精度较高，但设备初投资高。

2）风机盘管的一种等效方式，在风机盘管进水管安装动态平衡电动开关阀，保证在电动阀芯开启时流量维持恒定，通过电动阀的脉冲式调节来控制房间温度。这种方式安装方便，在风机盘管空调区域精度要求较高的系统中应用广泛。

3）风机盘管设备定压的另一种等效方式，在风机盘管进水管安装动态流量平衡阀和电动开关阀，该组合阀在功能上等效于动态平衡电动开关阀。

3.2 系统关键点定压差技术的几种形式

3.2.1 系统间定压形式

3.2.2 系统内分级定压形式

1）分集水器一级系统定压

1、调频泵定压，如图6所示，通过调频调节调频泵的转速以调节进入分集水器的流量，从而保证分集水器压差为设定压差，保证变流量系统的流量随外界环境负荷变化而变化。这种调节方式由于调节了水泵的转速，减少了系统了系统运行过程中水泵的能量消耗，较其他的调节方式能节省系统的运行费用，便是由于它使用的调频器对电网冲击较大，会造成一定的电磁污染，需要采用一定的电路隔离设备，因此初投资较高。

2、压差旁通定压，如图7所示，通

过旁通管上的电动调节阀调节旁通水量

来调节进入分集水器的流量，保证分集

水器的压差为设定压差，从而保证变流

量系统的流量随外界环境负荷变化而变

化。这种调节方式由于在系统运行过程

中水泵的功率消耗较大，运行费用较高，但是它具有初投资较低且对外部环境没有污染的优点。

3、自力式压差调节阀定压，如图8所示，通过调节自力式压差调节阀的开度调节分集水器旁通管的旁通水流量，从而保证分集水器的压差为设定压差。这种调节试和压差旁通定压调节方式一样，在运行过程中水泵的功率消耗较大，运行费用较高，同时定压精度较差，但是它也具有初投资低且对外部环境没有污染的优点。

2）风机盘管的二级定压

图11是一种兼顾精度和经济性的风机盘管系统定压方式，电动开关阀安装在每个风机盘管的供水管上，压差调节阀安装在风机盘管各层水平回水支管上，其另一具取压点接在水平供水管上，通过压差调节阀的定压差作用以保证风机盘管水平供回水管的压差不变，即A、B两点的压差不变。

这种定压方式能够屏蔽层与层之间风机盘管系统流量调节的相互不干扰。对于同层之间的风机盘管，如果是同程式系统或者风机盘管的数量不多，屏蔽同层之间风机盘管的流量调节相互影响的效果也较好；如果是异程式系统并且风机盘管的数量较多，由于水平管道沿程阴力的影响，则离压差调节阀较近的风机盘管受流量调节的干扰就小，离压差调节阀较远的风机盘管受流量调节的干扰就较大，精度稍差。

4、结语

综上所述，关键点定压差技术是暖通空调水系统实现全面水力平衡的核心技术。关键点定压差技术的应用为暖通空调系统更舒适、更经济、更节能的运行提供了一种有效的途径。但是在实际的工程实践中，应根据投资和系统精度要求合理地选择关键点定压差方案，既应满足工程设计和技术规范要求，又要考虑多方面的实际情况，为甲方节约奖金。

参考文献：

（1）陈沛霖，岳孝芳，空调与制冷技术手册（M），上海，同济大学出版社，1990

（2）陆耀庆，供暖通风设计手册（M），北京，中国建筑工业出版社，1987