空调系统水力平衡
关于空调水系统全面水力平衡的分析
摘要：本文将分析产生水力失调的原因，着重介绍平衡阀的分类以及各自的功能与特性，分析各类平衡阀在水力平衡调节中所起的作用，总结出平衡阀在设计选用以及合理性布置方面的一些经验。
关键词：静态平衡阀；动态流量平衡阀；动态压差平衡阀；水力失调在空调水系统中水力失调的现象是普遍存在的，一方面由于设计、施工、设备材料等原因导致的系统管道特性阻力数比值与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计要求流量不一致，引起系统的静态水力失调。
另一方面当用户阀门开度变化引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致的动态水力失调。
静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是当前我国暖通空调水系统中水力失调的重要因素。
动态水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。
对于空调水系统存在的静态和动态水力失调，通过在管道系统中增设静态水力平衡阀对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，系统实现静态水力平衡。
以及利用动态水力平衡阀的屏蔽作用，使其自身的流量不随其他用户阀门开度发生变化而变化，实现系统的动态平衡。
因此平衡阀在空调水系统的水力平衡中具有很好的调节作用，也是保证空调系统正常运行必不可少的重要部件。
1水力失调和水力平衡的概念：1.1在热水供热系统以及空调冷冻水系统中各热（冷）用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。
水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值x来衡量，x称水力失调度。
x = qs/qj（qs：用户的实际流量，qj：用户的设计要求流量）1.2水力平衡是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力，通常用热用户的水力稳定性系数r来表示。
r=1/ xmax = qj/ qmax（qj：用户的设计要求流量，qmax：用户出现的最大流量）2产生水力失调的原因与分析2.1静态失调空调水系统虽经过详细的水力计算，但在施工安装过程中，各用户的流量仍不能达到设计要求。
空调水系统平衡
最后的调节手段 调节压差平衡阀P14 必要时设定电动调节阀的最大最小开度 复核立管干管的流量
四、结语
重要性
关键
程序性
设计
调试
三、
水平衡控制要点
(二) 材料设备控制 1. 材料及阀门 1)管材、阀门的种类、规格符合设计要求， 过滤器的滤网疏密要适度。 2) 各种平衡阀
三、
水平衡控制要点
静 态 水 力 平 衡 阀
三、
水平衡控制要点
静态水力平衡阀
三、
水平衡控制要点
静态水力平衡阀
三、
水平衡控制要点
压差阀：又名压差调节器
三、
水平衡控制要点
⑵ 单台水泵流量的调试 参数：流量 压力读数 扬程 频率 ⑶ 总干管流量调试 图一 水泵全部开启 总流量 ±10%的流量判断 压力读数 扬程 判断阻力大小 判断水泵的实际工况点。 流量不足，分析原因并整改，变频水泵调频 率。
三、
水平衡控制要点
⑷ 静态平衡阀的初步调试 上述⑴～⑶必须完成。图一 1) 准备工作 静态平衡阀登记：编号 、规格、水阻、流 量。 准备调试器具：1台便携式智能调试仪，并 检 定有效。 静态平衡阀标识 确认水系统状态：全水泵运转 全系统覆盖 频 率正确
三、
水平衡控制要点
压差调节器
三、
水平衡控制要点
压差调节器
三、
水平衡控制要点
动态流量平衡阀
三、
水平衡控制要点
动态流量平衡阀
三、
水平衡控制要点
动态流量平衡阀
三、
动 态 平 衡 电 动 调 节 阀
水平衡控制要点
三、
水平衡控制要点
动态平衡电动调节阀
watts空调水系统全面水力平衡完美解决方案
静态水力平衡：通过在水系统管道中增设静态平衡阀 及对系统进行全面水力平衡调试，使在设计工况下，每个 末端设备流量均同时达到设计流量，实现静态水力平衡。
实现静态水力平衡的主要产品有：静态平衡阀
( 三 ) 三个测量标准的实现形式 实现静态水力平衡的系统也就达到了全面水力平衡的
2、电动控制阀两端的压差不能变化太大，以保证控制阀有 良好的控制特性。
3、一二次侧系统的流量相匹配，确保主机和末端获得设计 供回水温度。
实现动态水力平衡的主要产品有：动态流量平衡阀、 压差控制阀、电动平衡二通阀、动态平衡电动调节阀。
一二次侧水力互扰：当主机侧多台主机并联时，存在 多台主机不同组合条件下运行，这时各运行主机之间会存 在水力互扰；或者，在二次侧运行工况变化时，系统的阻 力特性会随之改变，从而引起输配侧不同支路之间的水力 互扰。对于二次泵变流量系统，还存在一二次侧流量不匹 配问题。
为实现室内设定温度，系统每天提前 1~2 小 时开机
每天比水力失调系统少运行 1 小时以上
按一天运行 8 小时计算，少运行 1 小时节省 运行能耗 12.5%!
系统阻力过大，水泵在高扬程下运行
系统可在最低阻力下运行，计算出多余扬程， 通过变频降低水泵能耗
通常可降低能耗
20%
！
部分负荷下，水力失调将更加严重，过流回 路加剧过流，造成能耗浪费
第一个测量标准：在设计工况下，所有末端设备都能同时 够达到设计流量。
实现动态水力平衡的系统也就达到了全面水力平衡的 第二个测量标准：电动控制阀两端的压差不能变化太大， 以保证控制阀有良好的控制特性。
当实现了前两个测量标准，同时在一二次侧界面处采 用了合适的旁通方式，通过全面水力平衡调试后，确保一 次侧流量大于等于二次侧的设计流量，那么空调系统就能 达到全面水力平衡的第三个测量标准：一二次侧系统的流 量相匹配。
空调水系统调试过程中水力平衡问题
空调水系统调试过程中水力平衡问题摘要：近年来我国大型公建迅猛发展，中央空调供热/制冷日益普及，然而空调系统运行中存在诸多问题，水力失调便是其中的突出问题，所以保证空调系统的水力平衡是其运行中的重要环节。
本文归纳了供热/供冷管网水力平衡失调的原因，并提出了调节水力平衡的几种方法一、供冷/热管网水里平衡失调的表现及原因（一）供冷/热管网水力平衡失调的表现在中央空调系统中，水里失衡的表现主要是：各环路的流量输配不均衡，致使各用户冷热输配不均，距循环泵近的房间供热时室温偏高，供冷时室温偏低，据循环泵较远的用户供热时室温偏低，供冷时室温偏高。
另外还产生一些其他问题，如系统在大流量小温差的工况下运行，冷/热源难以达到其额定出力，投入运行的设备超过实际负荷需要，水泵工作点偏离高效区，燃料和电能消耗过高，水里平衡失调已成为空调系统中普遍存在又难以根治的难题。
（二）中央空调水力平衡失调的原因1实际施工与设计存在偏差设计人员在进行设计时，已经进行了精确的管网水力平衡计算，选定了适当合理的管径，但施工人员在施工过程中未严格按图施工，造成实际施工情况和理论设计之间出现较大偏差2设计人员设计时存在设计不合理现象供热管网一般采用异程式枝状管网，在异程管网中各环路的路程不同，阻力不同，这种方式使得热水流经近端用户的路程短，而流经远端用户的路程长，使得近端用户作用压差大，而远端用户作用压差小，这种管网如果设计、调节不合理就会造成近端用户流量远超过设计流量，远端用户流量远小于设计流量，造成近热远冷的现象，二、供热管网水里平衡调解原理1. 水力工况的基本公式供热管网水力平衡调节就是通过调节管路的阻力使各用户的流量接近于设计流量，对于简单管路来说，压力降和阻力系数、流量之间有如下关系：ΔP=S×G2其中，ΔP为管段两端的压力降，G为流经该管段的流量，S为该管段的阻力系数，只与管段的材料，管径，内壁粗造度等有关可见，作用压力一定情况下管路阻力与流量的平方成反比，对于空调管网来说，各系统是并联的，存在如下流量分配关系阻力系数S大的支管其流量小，阻力S小的支管其流量大。
空调水系统水力平衡调试施 工施工工法(2)
空调水系统水力平衡调试施工施工工法空调水系统水力平衡调试施工工法一、前言随着空调系统的发展和应用范围的扩大，空调水系统的水力平衡调试工作变得越来越重要。
水力平衡调试是指对空调水系统中的水流进行合理分配，使不同分支的水流达到设计要求，以确保整个系统的运行稳定、节能高效。
本文将介绍空调水系统水力平衡调试的施工工法。
二、工法特点空调水系统水力平衡调试施工工法的特点包括：1. 高精度：该工法采用现代化的仪器设备和先进的调试方法，可以实现精细调节，使水力平衡达到较高的精度要求。
2. 快速高效：施工工法提供了一套系统、标准化的调试程序，能够快速、高效地完成水力平衡调试工作，减少施工周期。
3. 全面考虑：该工法在施工中充分考虑了空调系统的结构、流量、水头等参数，以及系统中的各种元件和附件，将调试工作进行全面、细致的规划和设计。
4. 实用可行：该工法基于多年的实践经验，已在大量的实际工程中得到了验证，具有较高的可行性和可靠性。
三、适应范围该工法适用于各类空调水系统的水力平衡调试工作，包括中央空调系统、冷热水供暖系统、制冷系统等，适用于新建工程和改造工程。
四、工艺原理施工工法的工艺原理主要包括施工工法与实际工程之间的联系、采取的技术措施。
工法与实际工程之间的联系是指将调试工艺与实际工程进行对接，确保调试过程符合实际情况。
技术措施包括采用适当的工具和设备进行测量和调试，制定合理的调试方案和步骤，以及做好调试记录和数据分析，为后续工作提供参考。
五、施工工艺施工工法的施工工艺包括以下几个阶段：1. 准备工作：包括对空调水系统的初步检查和了解，制定调试方案和计划，准备调试所需的仪器设备和材料。
2. 流量测量：根据调试计划，对系统中的不同分支进行流量测量，确定实际流量与设计流量的差异，并记录下来。
3. 水头测量：使用合适的仪器设备对系统中的水头进行测量，根据测量结果进行调整和优化。
4. 阀门调节：根据测量结果，对系统中的各个阀门进行调节，使水流达到设计要求，实现水力平衡。
空调系统水力平衡浅析
空调系统水力平衡浅析摘要本文揭示了空调系统水力平衡的意义，并结合项目实践对常见问题进行了分析，提出了一些看法和建议。
关键词：水力平衡；动态、静态；引言空调系统中的水力输配由于管道长度不同，沿程阻力和局部阻力的不同，而产生了的实际流量与理想流量的差异，使得流量分配不均匀，将导致空调系统其他条件参数也会受到影响。
所以系统的水力平衡问题是空调系统中是非常重要的。
正文1空调系统水力平衡的意义水力平衡的空调系统是运行节能和高效的，为了最不利环路获得需要的流量盲目加大流量提高能耗是不明智的。
水泵与冷机能耗在整个空调系统中占有50%以上的比重。
使水泵及冷机高效运行成为空调系统以及整个建筑物节能及高效运行的关键。
而水力平衡正是提高冷机、水泵效率的关键，同时也是最容易被忽视的一点。
简单的水力平衡问题，可导致投资昂贵的空调系统从一开始就处于低效运行的状况。
对于空调末端和整个空调系统，100%设备容量与变化的建筑负荷之间的矛盾产生了一系列的问题，需要系统中的各种组件，水力平衡及控制相关部件乃至水泵、冷机具备处理及匹配这种“固定”与“变化”的弹性。
2空调水力平衡现状分析常见水力平衡问题的产生原因可分为静态及动态两大类。
其中静态原因泛指在系统中由于各环路管道长度不同，而产生的流量分配不均问题，而动态原因泛指在系统运行过程中，由于控制系统需要匹配100%的系统能力与变化的负荷，而产生的水力平衡问题。
静态水力平衡只存在与定流量系统或者是变流量系统的调试工况和满负荷工况。
而随着对于系统节能的需求，变流量系统成为空调系统的主流。
因此在诸多水力平衡问题中，只有一部分是由于静态原因造成的，更多的是由动态原因或动态及静态原因共同造成的。
由于条件制约及不可能完全采用同程系统，异程系统在实际的设计中，为了保证最不利环路末端的使用压力，所有其他的空调设备末端的压力往往大于设计工况的需要值，特别是在规模大、功能复杂的工程中，异程管线长，末端设备的阻力差异较大及空调末端启停差异大的系统，在靠近冷热源的位置，使用压力余量过大，往往出现流量分配偏离设计状态，导致水力失调，流量的偏差会产生冷热源近端的空调太凉或采暖不热，不仅使用功能不能保证，还造成能源浪费。
暖通空调系统水力平衡实施方案及比较分析
暖通空调系统水力平衡方案及比较分析在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。
由于水力失调导致系统流量分配不合理，某些区域流量过剩，某些区域流量不足，造成某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题，提高水泵扬程，但仍会产生热（冷）不均及更大的电能浪费。
因此，必须采用相应的调节阀门对系统流量分配进行调节。
虽然某些通用阀门如截止阀、球阀等也具有一定的调节能力，但由于其调节性能不好以及无法对调节后的流量进行测量，因此这种调节只能说是定性的和不准确的，常常给工程安装完毕后的调试工作和运行管理带来极大的不便。
一、水力平衡技术是节能及提高供热（冷）品质的关键在供热空调系统中，由于种种原因，大部分输配环路及热（冷）源机组（并联）环路存在水力失调，使得流经用户及机组的流量与设计流量不符。
加上水泵选型偏大，水泵运行不合适的工作点处，导致水系统处于大流量、小温差运行工况，水泵运行效率低、热量输送效率低。
并且各用户处室温不一致，近热（冷）源处室温偏高（高），远热（冷）源处室温偏低（高）。
对热（冷）源来说，机组达不到其额定出力，使实际运行的机组台数超过按负荷要求的台数。
以上种种原因，造成了能耗高，供热（冷）品质差的弊病。
1、静态水力失调系统的流量计算：在未安装静态水力平衡设备前，现场测得的末端设备流量及通过改造水泵来满足流量的计算结果如表1所示，该系统为静态失调的水力系统。
表1设备流量设备1 设备2 设备3 设备4 总流量（m3/h）设备实测流量（m3/h） 28 24 18 16 86设计流量 20 20 20 20 80实测流量与设计流量比较实测>设计实测>设计实测<设计实测<设计为保证设计流量必须采取的措施必须通过增大水泵流量的方法以保证设备4的流量达到设计流量水泵流量增大后的流量数值（m3/h） 35 30 22．5 20 107．5由上表可见，设计总流量为80（m3/h），但为了保证最不利环路达到设计流量，实际水泵所需的最小流量为107.5（m3/h），远远大于设计总流量。
暖通空调系统的水力平衡及解决方案
BV 1.1.0
1=70/50 = 1.40
BV 1.2.0
BV 1.3.0
BV 1.2.0
2=60/50 = 1.20
3=40/50 = 0.80
BV 1.1.0
BV 0
BV 1.0
Date
4、计算各末端管路的流量比λ，找出有最小流量比的末端，如图λ1,，锁 定该阀
5
4
BV 1.1.1
BV 1.1.3
☆ 供水管或回水管安装均可， 差别在于安装在供水管时，手 动平衡阀的工作压力要大于回 水管安装的情况，但是末端设 备和电动调节阀的工作压力情 况刚好相反。
Date
选型和注意事项
选型： 按照Kv值选型，所选阀门的Kv值要大于 设计值。 最小开度大于全行程的20% 阀门最小压降大于3KPa 使用注意事项：
A、不能采用蝶阀、闸阀、截止阀、球阀等关 断类阀门代替手动调节阀。关断类的阀门曲 线为上抛型曲线，调节灵敏性很差；而手动 平衡阀的特性曲线接近直线特性，调节灵敏 度较高。
B、不应串联安装，即同一环路不应供回水管 同时安装手动平衡阀。 C、系统调试工作比较复杂，往往需要专业调 试公司进行调试。
Date
Date
动态流量平衡阀-AQ
口径：DN15－DN50，内螺纹连接。
Date
口径：DN50－DN800，对夹连接。
动态流量平衡阀
功能：该款动态流量平衡阀在压降31-600KPa之间保持流量恒定。
作用：保持通过该阀的流量恒定。
Date
动态流量平衡阀
Q k v p
原理：
当来流压力P1增大时，阀胆的套筒向下运动，压缩阀胆内的弹簧， 同时减少阀胆底部阀孔的过流面积，即减少阀胆的Kv值。这样虽然阀胆 两端的压差Δ P增大了，但是Kv值减小了，在弹簧的作用下两者的乘积 即流量Q基本上保持不变。
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100%110%
投资
能耗
投资
能耗
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一体阀的工作原理
电动调节阀上游的压力引入差压控 制器膜盒的下部，电动调节阀下游 的压力通过脉冲管或差压控制器阀 体内部的通道引入膜盒的上部，通 过弹簧来移动膜片，进行调节，保 证这个压差恒定。
差压控制
下游压力，低 中间压力，中 上游压力，高
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Kv 值计算
阀门并联
kV 1
阀门串联
kV 1 kV 2
kV 2
k v0 = k v1 + k v2
[ m / h]
3
1 1 1 = 2 + 2 2 k v0 k v1 k v2
kv21 ⋅ kv22 kv 0 = kv21 + kv22
[ m 3 / h]
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阀权度
阀权度：
a=
∆pv100 ∆pv100 = ∆pv 0 ∆ps max
1
a
0 0,8 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,2 0,8 0,9 1 0 0,2 0,4
X
Δpv100:阀门全开始的压降 Δpv0:阀门全关时的压降 Δpsmax：系统的总压降 阀权度表示阀门对系统的控制能力，保证良好 调节能力 阀权度α>50%（至少30%）
P2 x Ab
Fmedium
Fspring
- low actuator forces
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丹佛斯一体阀结构特点II： 丹佛斯一体阀结构特点II：外置膜盒 II
为重要部件提供一个良好的工作环境， 为重要部件提供一个良好的工作环境，保证其工作的稳定性 膜盒水温恒定，使膜片不受温变应力的影响， 膜盒水温恒定，使膜片不受温变应力的影响，延长使用寿命 膜盒面积大，压力波动变化感应敏感， 膜盒面积大，压力波动变化感应敏感，反应快
[ m 3 / h]
M
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丹佛斯一体阀结构特点I 丹佛斯一体阀结构特点I： 阀体压力平衡设计， 阀体压力平衡设计，能提供大的关闭压差
Force Balance
As
Assumption: As=Ab
p1
p2
P1 x As
P1 x Ab
Ab
P2 x As
Advantages - precise control
& V & Vs
0,6
0,4
0
a≥30%
0,6
0,8
1
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阀门开度
阀门开度:
阀门开度:
[m3/h]
kV
KVS kV
k x = V ⋅100% K VS
kv 计算值，阀门所需的流通能力 [m3/h] Kvs 所选阀门的流通能力 [m3/h]
x
100% opening [%]
xmin ≥ 30%
组合式一体阀原理
两个独立功能的阀门
– 控制阀 (CV) – 差压控制器 (DP)
保持控制阀两端压差恒定从而达到: 保持控制阀两端压差恒定从而达到
– 使控制阀有100%的阀权度
Q
– 使阀门能有最佳的控制特性 – 稳定精确的温度控制
内置流量限制
– 优化整个系统的水力平衡 – 勿需调试
Q
Q
Q = k v ⋅ ∆p
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为什么在变流量系统中不推荐自动流量限制阀和比例积分调节阀在 一起应用? 一起应用? 在电动调节阀在关小时,自动 流量限制阀会怎样动作?
自动流量限制阀会开大，因为它总 是试图保持原来的流量. 由此导致的结果就是: 由此导致的结果就是 比例积分调节阀变成了一个开关阀 !!!!
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流量控制特性
所选流量控制器在最小所需压降31-600KPa之间保持恒流量
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定流量系统
手动平衡阀 自动流量限制阀（ 自动流量限制阀（ 动态平衡阀） 动态平衡阀）
需要进行水力平衡的 部分: 部分
所有的终端, 所有的支管 所有的立管, 水泵出口.
需要进行水力平衡的 部分: 部分
只有在终端才需要! 只有在终端才需要 无需再设计,安装 和 无需再设计 安装,和 安装 调试其它阀门! 调试其它阀门
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定流量系统设计
• 手动平衡方案
FCU AHU
•
自动平衡方案
FCU AHU
手动平衡阀
手动平衡阀—总阀 手动平衡阀 总阀
动态平衡阀
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动态流量平衡阀的工作原理
Q = k v ⋅ ∆p
[ m 3 / h]
孔板
AQ DN65以上
阀胆
AQ DN50以下
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丹佛斯一体阀系列
AFQM AVQM-2 AVQM AB-QM
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丹佛斯一体阀项目实例－国家大剧院
现代变流量系统
变流量系统 组合式一体阀
分体式：差压控制器 电调阀 分体式：差压控制器+电调阀
优点
缺点
优点
缺点
完美的控制特性 - 完美的系统平衡 - 概念简单 - 勿须调试
-
-
投资大
方案灵活 -保证阀门有较好的控制特性 -系统平衡 -调试简单
-
-有时投资大 对设计要求高
120%
100%
110%120%
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阀门的流通能力k 阀门的流通能力 v
Q = k v ⋅ ∆p
Q ∆p = k v
2
流量:
[m 3 / h]
Q kv = ∆p
[m 3 / h]
压降:
[bar ]
Q – 经过阀门的流量 [m3/h] ∆p – 经过阀门的压降 [bar]
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但是
其实只有在系统的水力平衡时，主机（冷机） 其实只有在系统的水力平衡时，主机（冷机）和控制系统才能实现高效的 节能
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盘管
Emission
阀门
Water flow 100 %
能量
Emission
50 %
50 %
flow 100 %
50 %
50 %
Combination heating or cooling coil and control valves characteristics
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丹佛斯一体阀结构特点III： 丹佛斯一体阀结构特点III：流量限制连续调节 III
调节阀门的行程或在控制器中 设定最大信号值
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丹佛斯驱动器的特点
驱动器： • 阀体和驱动器的连接非常简便 • 接线简单 • 驱动器对阀体的行程在通电后进 行自检 • 具有手动调节装置 • 具有极限位置力敏开关，避免过载 • 质量可靠，开启寿命达数十万次 • IP54防护等级
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空调系统的水力平衡
几个不同的概念 基于不同概念的解决方案 不同的解决方案对节能效果的影 响
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水力平衡概念中的挑战是什么? 水力平衡概念中的挑战是什么?
缺少有效的手段来衡量好的水力平衡究竟带来了多大的节能效果. 缺少有效的手段来衡量好的水力平衡究竟带来了多大的节能效果 更关注于主机（如冷机）方面的节能， 更关注于主机（如冷机）方面的节能，而不关注由水力平衡所带来的节能 . 更关注于在监制系统方面的节能