動(dòng)態(tài)平衡閥在暖通空調(diào)工程中的應(yīng)用敘述
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市的建筑建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求也越來(lái)越高。尤其是建設(shè)在黃金地帶的商業(yè)建筑，如何能提高有效的商用面積率：保證空調(diào)系統(tǒng)的使用和運(yùn)行并不由此而增加能耗？是暖通專業(yè)及建筑開(kāi)發(fā)商共同關(guān)注的問(wèn)題。
一、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中水力系統(tǒng)的現(xiàn)狀
無(wú)論是空調(diào)或采暖工程中，由于條件的制約及不可能完全采用同程系統(tǒng)。而異程系統(tǒng)在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，為了保證系統(tǒng)最不利環(huán)路末端的資用壓頭，所有其他空調(diào)采暖設(shè)備末端的資用壓頭往往大于設(shè)計(jì)工況的需要值，特別是在規(guī)模大建筑功能復(fù)雜的工程中，異程管線長(zhǎng)，末端設(shè)備的阻力差異大及空調(diào)末端啟停差異大的系統(tǒng)，在靠近冷熱源位置的資用壓頭余量過(guò)大，往往出現(xiàn)流量分配偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，導(dǎo)致其系統(tǒng)水力失調(diào)。流量的偏差會(huì)產(chǎn)生冷熱源近端的空調(diào)太涼或采暖不熱的現(xiàn)象。不但不能保證使用的功能，還造成了能源上的浪費(fèi)。
二、解決水利失調(diào)的辦法
1、加節(jié)流孔板
在熱力入口或空調(diào)靠近冷源環(huán)路的部分管段上增加節(jié)流孔板。采用這種辦法解決水力失調(diào)的前提是：水系統(tǒng)阻力計(jì)算準(zhǔn)確、熱力或空調(diào)末端流量不能發(fā)生變化。因此在末端流量變化時(shí)仍會(huì)造成水力失調(diào)及能源上的浪費(fèi)。
2、安裝手動(dòng)調(diào)節(jié)閥
對(duì)大型空調(diào)系統(tǒng)而言，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過(guò)程復(fù)雜，手動(dòng)調(diào)節(jié)前端閥門，后端流量會(huì)受影響。后端調(diào)整流量，前端流量又會(huì)變化。因此調(diào)節(jié)費(fèi)時(shí)費(fèi)力；對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，要求調(diào)節(jié)閥門的工程師經(jīng)驗(yàn)豐富。并且一旦系統(tǒng)壓力或負(fù)荷發(fā)生變化仍需要重新調(diào)整水力系統(tǒng)。
3、安裝動(dòng)態(tài)流量平衡閥
熱力入口或空調(diào)設(shè)備末端的設(shè)計(jì)流量確定后，根據(jù)流量及閥門處的壓力變化范圍選定動(dòng)態(tài)平衡閥，安上設(shè)置好的閥門既可使用。只要閥門處的壓差變化在閥門的設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)，無(wú)需任何人為的調(diào)節(jié)。
三、動(dòng)態(tài)平衡閥的特點(diǎn)
1、動(dòng)態(tài)平衡閥的工作原理：
通過(guò)改變平衡閥的閥芯的過(guò)流面積來(lái)適應(yīng)閥門前后的變化，從而達(dá)到控制流量的目的。動(dòng)態(tài)平衡閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件，對(duì)于不可壓縮的流體其簡(jiǎn)化流量的方程為：
Q=KA(△P)
式中：Q——通過(guò)平衡閥的流量；
K——閥門開(kāi)度的流量系數(shù)；
A——閥芯的過(guò)流面積
△P——閥門進(jìn)出口壓差
由于在閥門的開(kāi)度不變的前提下，K值的變化可忽略，因此閥門的流量要保持恒定應(yīng)控制A(△P)不變。而平衡閥由可變過(guò)流面積的閥膽和高精度(±5％)的彈簧及支撐裝置構(gòu)成。彈簧受壓差的作用自動(dòng)控制閥膽上過(guò)流面積的大小，從而使通過(guò)閥門的流量恒定。
2、閥門的工作過(guò)程：
當(dāng)平衡閥前后壓差小于最小啟動(dòng)壓差是彈簧未被壓縮，流通面積最大。當(dāng)閥門前后壓差在工作范圍時(shí)閥膽壓縮彈簧，進(jìn)入工作狀態(tài)，水流通過(guò)閥膽兩邊的圓孔和幾何型的通道流過(guò)；由于閥膽在運(yùn)動(dòng)，兩邊幾何流型的通道也因此變化—閥體的流通面積不斷變化，在這一壓差范圍內(nèi)水流流量基本保持恒定。當(dāng)平衡閥前后壓差超越工作范圍是，閥膽完全壓縮彈簧，水流只從閥膽兩邊的圓孔流過(guò)，此時(shí)閥膽變成了固定的調(diào)節(jié)器，流量與壓差成正比，隨壓差的增大而增大。
動(dòng)態(tài)平衡閥具有在一定的壓力范圍內(nèi)限制空調(diào)末端設(shè)備的最大流量、自動(dòng)恒定流量的特點(diǎn)，在大工型、復(fù)雜、空調(diào)采暖負(fù)荷不恒定的工程中，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)調(diào)試過(guò)成，并縮短了調(diào)試時(shí)間。特別是在異程水系統(tǒng)中使用平衡閥，可以容易實(shí)現(xiàn)水力工況平衡、滿足設(shè)計(jì)環(huán)境溫度的要求，并且在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行中末端設(shè)備可以不受其他末端的啟停干擾。
四、動(dòng)態(tài)平衡閥在實(shí)際工程中的應(yīng)用
1、區(qū)域供暖
熱力入口處采用動(dòng)態(tài)平衡閥，保證系統(tǒng)所需流量。
室內(nèi)采暖系統(tǒng)，溫控閥保證每個(gè)散熱器通過(guò)所需流量，動(dòng)態(tài)平衡閥保證各立管流量恒定，解決水平失調(diào)。
2、空調(diào)系統(tǒng)
大型集中空調(diào)系統(tǒng)中，在空調(diào)設(shè)備(空氣處理機(jī)及風(fēng)機(jī)盤(pán)管)末端設(shè)置平衡閥，通過(guò)三通(或兩通)電動(dòng)閥保證設(shè)備所需流量，平衡閥實(shí)現(xiàn)水力工況調(diào)節(jié)。在冷熱源，冷卻塔、水泵等處當(dāng)設(shè)計(jì)管線受限時(shí)。用平衡閥來(lái)避免負(fù)荷偏載，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
五、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)平衡閥反感因該注意的問(wèn)題
1、動(dòng)態(tài)平衡閥只起水力平衡的作用，不能用于負(fù)荷調(diào)節(jié)
由于對(duì)動(dòng)態(tài)平衡閥的誤解，容易認(rèn)為平衡閥也能平衡空調(diào)或采暖負(fù)荷，用平衡閥取代電動(dòng)三通閥或兩通閥。但隨著維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷或室內(nèi)負(fù)荷(人員、設(shè)備、照明等)的動(dòng)態(tài)變化，要求空調(diào)設(shè)備提供的水量也動(dòng)態(tài)變化，才能如人所愿——既能保證室內(nèi)溫度的要求、又起到了節(jié)省的作用。在大型空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)設(shè)備設(shè)置了平衡閥后；各個(gè)設(shè)備的啟停不會(huì)干擾影響其他設(shè)備的水流量，平衡閥起到了水力平衡的作用；而電動(dòng)三通或兩通閥節(jié)流，能夠調(diào)節(jié)環(huán)境負(fù)荷所需數(shù)量。
目前，帶電動(dòng)自控制功能的動(dòng)態(tài)平衡閥已經(jīng)面市，按負(fù)荷需求動(dòng)態(tài)平衡空調(diào)系統(tǒng)實(shí)行節(jié)能就更容易實(shí)現(xiàn)了。因此采用帶電動(dòng)自控功能的動(dòng)態(tài)平衡閥，可以將水力平衡與負(fù)荷調(diào)節(jié)合二為一，并直接用電腦控制設(shè)定流量，還簡(jiǎn)化了安裝及便于安裝在狹小的空間內(nèi)。
2、動(dòng)態(tài)平衡閥不應(yīng)該多極設(shè)置
在空調(diào)設(shè)置中，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥是多極設(shè)計(jì)的。而按照這一方法多極設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡閥設(shè)計(jì)概念是不對(duì)的。其理由是：如果下級(jí)的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備關(guān)閉電動(dòng)閥，而上級(jí)平衡閥扔保持流量不變，則會(huì)造成下級(jí)未關(guān)閉的設(shè)備流量增加，不但加大了水流噪聲，還會(huì)影響使用功能，并且也增加了不必要的經(jīng)濟(jì)投資。
3、空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)冬夏供回水溫差水量合理設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡閥
在四管制空調(diào)系統(tǒng)中用兩個(gè)平衡閥是可以滿足冬季及夏季不同的水量要求的，當(dāng)冬、夏季節(jié)空調(diào)供熱、冷水溫差不同時(shí)，水流量差異很大，因此在兩管制水系統(tǒng)中則應(yīng)根據(jù)冬、夏季不同流量的要求設(shè)置平衡閥：方法一，設(shè)置可變流量型動(dòng)態(tài)平衡閥，冬夏換季時(shí)轉(zhuǎn)換閥門。
方法二，設(shè)置兩個(gè)平衡閥，閥1按冬季流量選擇閥門，閥2按夏、冬季最大水量之差選擇閥門，冬季閥1，夏季開(kāi)兩個(gè)閥，用兩個(gè)閥門實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的四管制功能。方法三，采用帶自控裝置的動(dòng)態(tài)平衡閥通過(guò)電腦設(shè)置流量。否則，由于冬季夏季空調(diào)水流量不同，而簡(jiǎn)單在空調(diào)末端上設(shè)置固定流量的動(dòng)態(tài)平衡閥是不可能滿足兩個(gè)季節(jié)的水量平衡的。
六、動(dòng)態(tài)平衡閥工程設(shè)計(jì)實(shí)例
1、工程簡(jiǎn)介
座落在北京繁華的王俯井商業(yè)街的新東安市場(chǎng)，是由北京東安集團(tuán)與香港新鴻基房地產(chǎn)發(fā)展有限公司合資興建的工程，占地面積約21400m2。工程建設(shè)規(guī)模龐大，建筑平面分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)，其中A、B、區(qū)為新東安市場(chǎng)部分；D區(qū)為動(dòng)城區(qū)回遷部分。地下三層，地上六層，裙房之上的寫(xiě)字樓為十一層。
新東安市場(chǎng)冷凍機(jī)房總負(fù)荷為10450RT(約36750KW)。
空調(diào)水由地下三層冷凍房引至地下二層。為了減小非商用面積。水系統(tǒng)為下供下回雙管異程式系統(tǒng)。從地下二層至各區(qū)的20個(gè)空調(diào)水管井。
風(fēng)機(jī)盤(pán)管水系統(tǒng)根據(jù)建筑負(fù)荷特點(diǎn)分為內(nèi)區(qū)，外區(qū)兩個(gè)環(huán)路。內(nèi)區(qū)只供冷凍水，外區(qū)冬季供熱水。根據(jù)氣候及室內(nèi)符合情況，通過(guò)樓宇自控系統(tǒng)在地下二層按豎井電動(dòng)切換控制外區(qū)雙溫水的冷、熱水開(kāi)關(guān)。
2、空調(diào)設(shè)計(jì)的平衡閥方案
對(duì)于冷凍機(jī)組和冷凍泵來(lái)說(shuō)，為了避免由于各種因素造成的負(fù)荷偏載發(fā)生，在冷凍機(jī)和定水流量的二次泵出口上安裝了平衡閥。
由于新東安市場(chǎng)建筑平面大，并且業(yè)主及建筑師要求“黃金之地”有效商用面積率高，因此設(shè)備用房和管井面積小，并其位置也很不利，這樣對(duì)縱向達(dá)108m，橫向跨越270m的管路系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，管路的阻力平衡和系統(tǒng)調(diào)試的困難是相當(dāng)大的。為了解決水系統(tǒng)“管線長(zhǎng)，難平衡”的困難，設(shè)計(jì)過(guò)程中擬訂了兩套平衡方案。
方案一：多極設(shè)置普通水管井間安裝平衡閥
①在主管線與20個(gè)暖通水管井間安裝平衡閥
②在豎井出口位置安裝平衡閥
③在每個(gè)空調(diào)箱上安裝平衡閥
④在每個(gè)租戶的出水口上安裝平衡閥
方案二：使用動(dòng)態(tài)平衡閥
①在末端裝置風(fēng)機(jī)盤(pán)管上安裝平衡閥
②在末端裝置空調(diào)箱上安裝平衡閥
經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，最終采納的平衡閥方案是
①空調(diào)箱末端安裝平衡閥及自控閥
②零售和內(nèi)區(qū)寫(xiě)字樓兩或三個(gè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管合用一個(gè)平衡閥及自控閥，外區(qū)寫(xiě)字樓每個(gè)風(fēng)機(jī)盤(pán)管自用一個(gè)平衡閥及自控閥
3、平衡閥應(yīng)用總結(jié)
①長(zhǎng)管線異程大系統(tǒng)多級(jí)安裝普通平衡閥價(jià)格高于末端設(shè)備一級(jí)動(dòng)態(tài)平衡閥。
②在末端裝置上安裝動(dòng)態(tài)平衡閥，維修時(shí)影響的范圍小，并各租戶空調(diào)設(shè)備啟停的影響。
③動(dòng)態(tài)平衡閥自帶過(guò)濾器，避免了水系統(tǒng)管路中的污垢對(duì)自控閥門的損傷。
④由于動(dòng)態(tài)平衡閥在某一段壓力范圍內(nèi)的誤差只有±5％，其些設(shè)備的開(kāi)或關(guān)對(duì)其他設(shè)備的流量幾乎沒(méi)有影響，保證了末端裝置水流量的穩(wěn)定性。
新東安市場(chǎng)工程是政府關(guān)注的工程，工期緊；隨著市場(chǎng)的變化也引起了工程設(shè)計(jì)的多次變化。因此工程等不及調(diào)試就馬上開(kāi)業(yè)，雖然調(diào)試工作仍未全面進(jìn)行，但由于使用了動(dòng)態(tài)平衡閥，空調(diào)面積達(dá)18萬(wàn)平方米的異程水系統(tǒng)，“不調(diào)即用”的確使業(yè)主受益。整個(gè)新東安市場(chǎng)建筑功能比較復(fù)雜，內(nèi)含寫(xiě)、，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心、商場(chǎng)、零售店鋪、餐飲、電影院等，其建筑平面復(fù)雜、變化多端。其建筑功能也不可能相對(duì)集中。業(yè)主要求設(shè)計(jì)要作到動(dòng)態(tài)適應(yīng)市場(chǎng)的變化—以不變應(yīng)萬(wàn)變，因此空調(diào)負(fù)荷的性質(zhì)多變、各區(qū)、各類的空調(diào)最大負(fù)荷時(shí)刻也不相同。然而正式采用了正確的設(shè)計(jì)方案和這種不受其他空調(diào)末端啟停干擾的動(dòng)態(tài)平衡閥，動(dòng)態(tài)保持各開(kāi)啟末端的流量，使這個(gè)龐大的異程空調(diào)水系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行得到保證。至今為止尚未發(fā)現(xiàn)由于水力失調(diào)而引起的“租戶投訴”，從目前情況看來(lái)，新東安市場(chǎng)工程中使用動(dòng)態(tài)平衡閥是成功的。
