试论空调系统水力负荷变化特性与水力平衡阀的使用

李志恒

成都基准方中建筑设计有限公司四川成都610000

摘要：本文中笔者结合对暖通空调水系统流量变化特征的规律分析，以及对空调系统终端设备负荷变化规律的归纳，通过对比，探讨空调系统安装水力平衡阀前后的流量变化以及负荷变化之间的关系，并提出水力平衡阀应用的优势与缺陷，以供广大技术人员参考借鉴。

关键词：空调系统；水力负荷；水力平衡阀；调节

在社会经济发展带来的诸多变化中，建筑体的功能多样化最为明显，并且随着我国人民群众生活质量要求的不断提高，对建筑空间舒适性也进行了不断地改造和优化，暖通空调几乎成了现代建筑体系中的标配。相应的，空调系统在进行集中供热、制冷的作用基础上，随着使用面积不断扩大，水力失调现象也逐渐突出，这种本质上由水力负荷变化导致的分配不均现象，严重影响了用户的生活体验，同时也造成了能源的不必要浪费；例如，一些单位或物业管理部门单纯地从设备规模、能源使用量上入手，往往忽视水力平衡失调的问题，没有抓住解决问题的最佳时机。

1、空调系统水力负荷变化特性分析

1.1空调水系统流量变化趋势性分析

结合暖通空调水力系统中水力平衡失调的类别，主要包括静态失衡和动态失衡两种，空调系统水力负荷变化特性分析属于静态失衡研究范畴，在水管网系统的设计上存在串联和并联两种形态。

第一，串联水系统流量特征。实践中分析可知，在串联形态下管道系统中各部分的流量是一致的，如果用Q代表流量，Q1……Qn分别代表n个支路的流量状态，Q0用来代表总流量的话，那么存在表达关系为Q1=Q2=Q3……Qn=Q0。

第二，并联水系统流量特征。相对而言，并联管道系统中的流量与支路自身的状态存在较大影响关系，简单地说，流量和管道自身的属性（如特性阻力）之间的关系，阻力数开根号之后的倒数与流量成正比关系，如下公式表示：Q1:Q2:Q3……Qn=1/（SP1）0.5:1/（SP2）0.5：1/（SP3）0.5……1/（SPn）0.5；并且，并联水系统结构下总流量用不同支路的分支流量之和表达，即Q0=Q1+Q2+Q3……Qn。

现实安装中，绝大多数的空调系统水系统管道是采取串联、并联组合的形态，并没有一个严格的指标要求，而是借鉴建筑空间的分布特征。依次为前提展开分析，存在两个方面的表述特性：（1）串并联组合的形态下，各个支路的管道阻力数字要维持不变，则总流量在分支管道中的流量分配比例也不改变，反之，各支路流量变化与自身属性相关。

1.2空调系统终端设备负荷变化趋势

研究总结表明，能够对空调系统终端负荷产生影响的因素主要有以下四类原因：

第一，大气环境原因。包括温度、湿度、压力等自然环境下产生的变化，其对空调系统终端设备负荷影响的机理在于传热面积、传热系数、温度差三个方面。从理论上说，自然环境下的温度造成末端设备的传热面积、性能变化，进而作用于空调温度作用范围。但是，大气环境中的温度变化对终端负荷比值而言是保持不变的。

第二，人为影响原因。空调系统是为人的舒适性服务的，不同人对舒适度的感受也不同，温度、湿度、风速的调节自然会影响空调系统的负荷变化，同时门窗等建筑组成部分，也会造成空调系统能量的大量流失，因此造成终端负荷变化在所难免。

第三，墙体传热原因。一些情况下，墙体的材料、结构、厚度等都会造成空调系统终端设备负荷的增加，如楼梯间、过道的隔热性就存在很大区别。

第四，室内冷热源原因。所谓“室内冷热源”是指人们在建筑内从事生产、生活过程中产生的冷源、热源，现实中热源居多，包括各类电器运转产生的热量，人自身散发的生物热量，等等。这些现象达到一定的临界值之后，所造成的空调系统终端设备负荷影响就变得很大，例如餐厅环境下所产生的室内热源效应就比较大，而办公室所产生的就比较小，基于此也可以对空调终端设备的设定进行参考和依据。

2、空调系统水力平衡阀应用与水力负荷的参照协调

简单地说，静态失衡下的空调水系统中各分支路的流量变化并不剧烈，但是对总流量的变化反应铭感，换而言之，各支路的流量比值是一直保持恒定不变的，但在大部分区域中，尤其是终端设备负荷会在系统总体上做出调整下，出现巨大的变化，从而产生水力平衡失调的现象。

2.1静态水力失调和静态水力平衡

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与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使各个末端设备的实际泣量比值与设计要求流量比值不一致，引起水系统的水力失调，叫做静态水力失调。

静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是当首我国暖通空调水系统中水力失调的主要因素。通过在管路系统中安装水力平衡阀，并在系统的初谓试时按垦―定的步骤进行调节，使各个环路的流量分配比值与末端设备所需的流量比值相同，从而实现静态水力平衡。

实现了静态水力平衡的系统，由于管道系统的流量分配比例与各个末端设备负荷的比例基本一致，因此当外界环境温度发生变化引起各个末端设备所需负荷近似等比例变化时，只需调节空调水系统总流量（调量法），就可使各个末端设备流量同时等比例变化，从而使各个末端设备同时满足负荷变化要求。这种方法是代价低廉而效率很高的。

2.2水力平衡阀调节水系统流量变化与负荷变化趋势的优势和局限性

通过水力平衡阀调节水系统流量变化与负荷变化趋势的协调一致性，可以使系统根据各个末端设备负荷的变化很方便地进行调节，极大地简化了变流量系统调节的复杂性。

但是这种调节方式仅仅适用于对调节精度要求不高、大气环境温度引起的末端设备负荷在总负荷中占较大比例的空调系统。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，可以采用二步调节法，即把静态平衡阀作为系统初调节的一种方式，通过它的平衡作用消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，从而实现对系统的精调。

3、空调系统平衡阀使用中应注意的问题

第一，平衡阀只起水力平衡的作用，不能用于负荷调节。由于对平衡阀的误解，容易认为平衡阀也能平衡空调或采暖负荷，用平衡阀取代电动三通阀或两通阀。各个设备的启停不会干扰影响其他设备的水流量，平衡阀起到了水力平衡的作用；而电动三通或两通阀节流，能够调节环境负荷所需数量。

第二，空调设计中应根据冬夏供回水温差水量合理设置平衡阀。在四管制空调系统中用两个平衡阀是可以满足冬季及夏季不同的水量要求的，当冬、夏季节空调供热、冷水温差不同时，水流量差异很大，因此在两管制水系统中则应根据冬、夏季不同流量的要求设置平衡阀：（1）设置可变流量型平衡阀，冬夏换季时转换阀门；（2）设置两个平衡阀，阀1按冬季流量选择阀门，阀2按夏、冬季最大水量之差选择阀门，冬季阀1，夏季开两个阀，用两个阀门实现空调设备的四管制功能；（3）采用带自控装置的平衡阀通过电脑设置流量。否则，由于冬季夏季空调水流量不同，而简单在空调末端上设置固定流量的平衡阀是不可能满足两个季节的水量平衡的。

第三，平衡阀不应该多极设置。在空调设置中，手动调节阀是多极设计的。而按照这一方法多极设置平衡阀设计概念是不对的。其理由是：如果下级的一个或多个设备关闭电动阀，而上级平衡阀扔保持流量不变，则会造成下级未关闭的设备流量增加，不但加大了水流噪声，还会影响使用功能，并且也增加了不必要的经济投资。

参考文献

[1]张子平,王云,胡秋明.平衡阀在空调水系统末端的使用研究[J].西南民族大学学报(自然科学版),2016,(02):224-228.

[2]周丽,刘杨.浅谈水力平衡带来的空调能耗及解决措施[J].洁净与空调技术,2014,(02):58-60.

[3]夏振波,蒋楠.空调系统水力、负荷变化特性与水力平衡阀的使用[J].民营科技,2009,(05):12+205.

[4]王晓松.通过对暖通空调系统水力及负荷变化特性的分析探讨水力平衡阀使用的合理性[J].暖通空调,2005,(12):168-170.