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      平衡閥在空調系統中的應用

      發佈時間:2022-04-08

      由於社會經濟的持續發展,人們對建築居住環境和室內空氣品質的要求也在不斷提升,暖通空調系統也變得越來越複雜。從早期的完全定流量系統到現在的分區域變流量系統,對流量的控制需要更加多元化,使得影響流量分配的因素不僅僅是系統的固有阻力,包括用戶

            普通的靜態平衡閥已經在流量分配和阻力平衡上發揮了突出作用,尤其是歐文託普提出的全面水力平衡技術,通過靜態平衡與動態平衡相結合,很好的指出瞭解決現階段暖通空調水系統流量輸配和自我擾動的辦法。但是隨着應用工程的增多和經驗的積累,我們意識到,由於一些技術和人爲的原因,平衡閥的作用沒有完全發揮出來。所以,明確平衡閥的一些應用要點,對於提高系統的舒適性和完成建築節能降耗目標是具有重大意義的。


      1. 靜態平衡閥的阻力平衡和流量輸配作用
        長期以來,困擾大型暖通空調系統流量輸配不均的主要問題就是系統各個區域阻力不平衡。如何使用一種能夠調整不同環路阻力的設備,成爲平衡閥出現的推動因素。在一元流量控制的理論背景下,截止閥因爲製造簡單、調節方便、其流量特性較好等優點被廣泛應用於水系統中。通過設計,主要是運行、圍護人員的經驗,現場由操作人員直接根據功能區域的溫度調節閥門開度,然後根據用戶的反饋信息,再對閥門的開度值進行修正,這是一種沒有準確理論支撐的系統調節方法,完全憑藉個人經驗。在運行管理人員經驗豐富,水系統半徑較小,流量不大的工程中,這種調節方式一定程度上彌補了系統初始的阻力偏差,起到了阻力平衡的左右。
        然而隨着暖通空調系統供能半徑越來越大,管路佈置愈發複雜,這種靠人員經驗調節的方式已經無法準確分配用戶需要的流量,而且調節閥的功能缺陷也逐漸顯現出來,例如其流量和壓差關係沒有規律,無法獲得閥門的準確阻力等。這些都削弱了截止閥的平衡作用。爲了準確反應閥門流量和壓差的對應關係,並能監測通過閥門兩端的阻力和流量值,設計人員在截止閥的閥體上加以改進,逐漸形成了現在常見的擁有線性特性曲線、能夠監測閥門兩端壓差和流量的平衡閥,也就是靜態水力平衡閥。不管是定流量還是變流量系統,這種流量可測、阻力可查的平衡閥都能夠對初始流量進行精確分配,成爲使用最爲廣泛一種平衡產品。
        2. 動態平衡產品的出現
        隨着暖通空調系統用戶需求的多元化和控制手段的增多,流量的變化幅度越來越大,這些系統和用戶的調節控制行爲對系統內阻力產生了影響,阻力不變的平衡設備已經不能對這些幹擾進行修正。能夠自動調節閥門開度來保持某個區域流量可控的設備開始出現,例如動態流量平衡閥、壓差調節器、一體閥等等。它們都能夠通過自身的調整,屏蔽變流量系統壓力波動的影響,與靜態平衡閥相配合,實現完全的水力平衡效果。
        3. 一體閥應用的廣泛化和必要性
        3.1一體閥是用於變流量空調系統末端設備(風盤、新風機組或空氣處理機)的平衡控制閥門,其設計宗旨是將流量控制(開關或調節)和平衡功能(主要是動態平衡功能)集於一體,通過閥門自身的平衡功能,抗拒系統中壓力波動產生的疊加幹擾,使得設備的運行流量只受控制信號的影響,確保最終供能與負荷保持一致。
        大型酒店、公寓、醫院、商住樓等,由於設計的水系統較爲龐大,末端用戶較多且多具備個性化需求,使得流量的輸配變化幅度大,各個環路之間的壓力幹擾非常明顯,應用普通的電動調節閥很難保證室內流量的穩定性,由於閥門前後的壓差發生變化(開度固定時),其流量特性已經偏離了等百分比特性,調節性能變差,進而影響到用戶的室內空氣品質。
        3.2如果一個環路中並聯的風盤數量很多,環路距離較長,此時採用壓差調節器+兩通閥的平衡控制方案顯然是不妥的,因爲管道的沿程阻力損失已經無法忽略,而且壓差調節器的設定值不能同時穩定兩個相差較大的閥門壓降。設置一對一控制的一體閥可以根據設備的實時負荷提供流量,在穩定自身環路的同時也減小了對其他環路的幹擾。
        3.3對於多臺機組並聯的環路,僅僅採用靜態平衡閥重新分配各支路阻力值是不夠的,此時雖然已經考慮到不同機組由於表冷器阻力相差較大而採用靜態閥進行平衡,但是無法抗拒環路之間閥門調節產生的壓力波動,調節曲線也將發生變化。同時僅增設靜態平衡閥有降低調節閥閥權度的危險,同樣會降低調節性能。此時也適宜採用一體閥對每臺機組進行獨立控制,調節閥芯兩端的壓差始終恆定,故在可控信號下流量、開度都是一一對應的。

            4. 設置壓差調節器必須進行阻力計算,合理佈置

            4.1壓差調節器是一種輔助平衡設備,其目的就是爲了給末端設備提供良好的工作環境,例如防止供暖系統中溫控閥由於壓降過大產生噪音,避免同一環路中設備負荷變化產生的壓力擾動,屏蔽外網對特定環路的壓力幹擾等等。但是由於其壓差設定值唯一、恆定的特點,必須對控制環路的資用壓頭△P進行精確計算(如圖3),同時要注意壓差調節器本身的壓降和環路總壓頭△P0,這也是《供熱計量技術規程》中所要求的。
        4.2兩點注意事項
        當使用壓差調節器控制環路壓差時,必須確保環路中所有設備滿負荷工作時的資用壓頭相等,即設備參數儘量一致,否則無法滿足不同設備的流量需求。
        因爲定壓差技術應用在並聯環路中的前提是忽略沿程阻力,其設定值通常是以滿足最不利環路壓差需求爲標準,所以環路的跨度不宜過長,並聯設備數量不宜較多(實際可控制的數量和距離應根據不同廠家的設備參數進行確認)。
        5. 靜態水力平衡是全面水力平衡實現的基礎,而平衡調試則是實現靜態水力平衡的前提
        
      靜態平衡閥的應用已經被寫入了《供熱計量技術規程》,作爲現階段在暖通空調系統中應用範圍最廣的平衡閥,其流量、壓差的可測量和可調節性是實現系統平衡的保障,系統的平衡必須通過調試才能實現。但由於以下一些原因,使得靜態平衡閥在系統中的作用大打折扣,有些應用的項目非但沒有起到調節阻力、分配流量的作用,反而成了水泵能耗高,供能品質低的幫兇,值得我們深刻反省。
        
      5.1平衡閥安裝後不調試:

      ①由於工期、施工的原因,有些系統平衡閥安裝後從未進行調試,徒增系統阻力,其作用與截止閥無異;
      ②一些改擴建的項目由於末端負荷已經發生變化,管網上的平衡閥阻力設定卻仍然沒有更改,已經失去平衡阻力的作用;
      ③目前市場上一些廠家鼓吹平衡閥不用調試即可達到平衡,這是不負責任的說法,完全脫離系統實際運行情況設定閥門阻力,必然無法實現平衡功能。
      ④不重視平衡閥作用,採用截止閥代替平衡閥,無法進行調試。
        5.2平衡閥調試方法不科學:
      ①在平衡閥調試的過程中,需要專用的儀器設備測量阻力、流量等相關數據,然後根據閥門的壓損-流量曲線數據調整閥門的開度,最後鎖定閥門,在某些系統中,平衡閥安裝完成後沒有經過專用儀器實地測量,或者調整閥門開度沒有參照閥門本身的壓損-流量數據,導致閥門阻力與設計需要相差甚遠,影響整個水系統的流量輸配;
      ②空調系統中不同於塔樓佈置均勻的管路系統,裙房系統管路分佈較爲複雜,主管上的平衡閥不能按照比例式的調節方法處理,需要反覆實地測量數據進行
      校正。在管網中所有平衡閥初調試完成之前,通過任一平衡閥的流量即使達到了設計值,也是不穩定的,需要後期不斷校正。
        5.3平衡調試人員不專業:
      ①調試工作應當由平衡閥廠家委派的專業人員完成,可以縮短調試時間,提高調試的成功性,並最終保證管網中的流量分配達到設計要求。非專業人員操作調試設備難以實現上述作用。
      ②平衡調試需要長期現場工作所積累的經驗,尤其是大型系統的平衡調試,僅僅依靠高精設備是不能解決的。
        5.4平衡閥自身的問題:

            平衡調試的成功完成一方面需要準確的設計數據和專業設備、調試人員,另一方面決定於平衡閥產品自身的質量、性能。目前市場上平衡閥產品種類衆多,質量參差不齊,很多都沒有流量測量通道,壓損-流量曲線模糊、數據混亂,這樣的平衡閥如果應用到實際系統中,不但不能起到平衡阻力的作用,反而會擾亂系統平衡,增加管網阻力,降低管網輸配性能,最終增加系統運行能耗。
        5.5業界缺乏對靜態平衡閥調試的重視:
            長期以來,平衡閥後期調試總是被人們所忽略。前面已經講到,沒有經過精確調試的平衡閥無法起到平衡系統阻力的作用,反而會成爲輸配系統高能耗的幫兇。長期的複雜系統水力平衡調試經驗告訴我們,平衡閥能否起到平衡作用,關鍵在於調試。值得我們欣慰的是,在新的《供熱計量技術規程》中,平衡閥的後期調試已經被作爲硬性要求寫入。
        6. 靜態平衡閥的設置
        爲了實現不同開度下都能具有較好的調節性能和較高的閥權度,靜態平衡閥通常阻力都稍大,故在管路系統中應當本着有限分級佈置的原則,在保證每一個環路的基本流量的同時,採用其他控制閥門抵消過剩壓頭,避免由於靜態平衡閥設置過多導致系統初始阻力過大,這是得不償失的。
        在系統調試前,應當獲得每個閥門的設計流量,即末端設備全開滿負荷運行時的系統流量,只有滿足運行峯值時的流量輸配要求,才能保證部分負荷時的流量需求。當然此時僅靠靜態平衡閥是不夠的,還需要採用動態平衡的設備。