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【摘要】近年来，大型商场、工作室飞速发展，中央空调成为改善室内温度、环境、及建筑品味的主要设施。随着人们对空调质量的要求以及节能意识的不断提高等的变化，如何改善空调系统的质量变得越来越重要，研究变流量水力系统在空调设计中的作用也显得尤其重要。基于此，本文对暖通空调变流量水力系统平衡问题进行了研究。
【关键词】暖通空调 变流量水力系统 平衡问题
随着人们生活品质要求、节能意识的不断提高，以及空调系统的大型化，变流量水力系统在暖通空调系统中占有越来越重要的位置。变流量系统在运行过程中各分支路的流量是随着外界环境负荷的变化而变化，因此变流量系统的全面平衡问题成为暖通空调设计界的一个重要课题。
一、水力平衡
1、静态水力失调和静态水力平衡
静态水力失调是指由于设计、施工、设备材料等方面存在的限制条件导致系统管道特性阻力数比值与设计要求的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流量不一致引起的水力失调。静态水力失调是稳定的、根本性的，是系统本身所固有的。图1 为某异程系统的静态水力失调及其平衡措施示意图。假设各支路的流量和阻力相等，则不难看出，支路5 为最不利支路。水泵扬程根据最不利支路的阻力确定，应保证最不利支路的作用压差满足要求。水压图中末端压降等于各支路实际所需要的作用压差， 此时正好能够满足最不利支路5的需求。从图中可以看出，大部分支路两端的作用压差大于末端压降，例如支路2 上作用压差的余量为 ，并且支路离冷热源越近， 压差余量越大。压差余量正是产生静态水力失调的原因，压差余量越大，静态水力失调越严重。静态水力失调可以采用静态平衡阀来消除。即通过改变静态平衡阀阀芯与阀座的间隙（开度） ，改变节流面积及阀门的阻力，从而达到调节流量的目的。静态平衡阀安装在各个支路上，通过设定其阻力来消除作用压差的余量。当各支路的流量平衡后，一般不再改变平衡阀的开度，此时各支路和各管段的阻抗分布也就确定下来了。
2、动态水力失调和动态水力平衡
动态水力失调是指系统实际运行过程中，当某些末端设备的阀门开度改变引起流量变化时，系统的压力产生波动，其他末端的流量随之发生改变、偏离末端要求流量而引起的水力失调。图2 为某两支路异程式水系统的动态水力失调平衡措施示意图。设计工况下，对两支路进行了静态水力平衡，各支路的流量为设计流量。水泵的工作点在管网特性曲线图（见图3） 上为A 点。当某一支路上的阀门开度减小，使通过该支路的流量减小时，管网的阻抗将会增大，管网特性曲线与水泵工作特性曲线的交点变为B 点。从图中可以看出B 点的扬程大于A 点的扬程，此时作用在另一支路上的作用压差将增大，流量也会跟着增大。
二、变流量系统的全面水力平衡
1、静态水力平衡的实现
通过在相应的部位安装静态水力平衡设备，使系统达到静态水力平衡。实现静态水力平衡的判断依据是：当系统所有的自力式阀门均设定到设计参数位置，所有末端设备的温控阀（电、气动阀）均处于全开位置时，系统所有末端设备的流量均达到设计流量。从以上可以看出，实现静态水力平衡的目的是使系统能均衡地输送足够的水量到各个末端设备，并保证末端设备同时达到设计流量。但是，末端设备在大部分时间是不需要这么大流量的。
2、动态水力平衡的实现
通过在相应部位安装动态水力平衡设备，使系统达到动态水力平衡。实现动态水力平衡的判断依据是：在系统中各个末端设备的流量达到末端设备实际瞬时负荷要求流量的同时，各个末端设备流量的变化只受设备负荷变化的影响，而不受系统压力波动的影响，即系统中各个末端设备流量的变化不互相干扰。变流量系统的动态水力平衡在保证系统供给和需求水量瞬时一致性（这个功能是由各类调节阀门来实现的）的同时，避免了各末端设备流量变化的相互干扰，从而保证系统高效稳定地将设备在各个时刻所需的流量准确地输送过去。目前在暖通空调变流量系统中常用的兼具动态平衡与调节功能的动态水力平衡设备主要有动态平衡电动二通阀（风机盘管用）、动态平衡电动调节阀（各类空调箱用）等。
三、变频水泵水系统的水力平衡措施
在一次泵变流量系统中，必然存在一个压差设定值，例如图1 所示系统采用末端压差控制法时，压差设定值大小等于末端压降。压差设定值是保证系统正常运行的关键， 它可以用来控制水泵运行，也可以用来平衡用户侧和冷热源侧的流量。压差设定值可以分为三类，分别对应图4 中的0， H 1 和H 2。H 2 为干管压差控制的设定值；H 1为末端压差控制的设定值；0 为无旁通的温差控制法的压差设定值，可以近似认为压差设定值为0。不同的压差设定值， 对应的水力平衡措施是不同的，下面分别加以说明。
1、末端压差控制的水力平衡措施
末端压差控制的压差设定值等于设计工况下被控支路（ 一般为最不利环路） 的作用压差，其大小等于图5 中的末端压降。图5 以某异程系统为例，介绍了H 1 压差设定值下的水力失调情况及其水力平衡措施。当关闭支路3 时，支路3 前面的干管流量将减小，水压线变得平缓，支路1，2 的作用压差将减小，减小值分别为 。支路3 后面的干管流量不变，支路4，5 的作用压差不变。当关闭其他支路时，有类似的变化趋势。对于同程系统及环形管网，流量的变化趋势略有不同，但是某些支路的作用压差依然会减小。如果对该系统进行静态水力平衡，则支路1，2的有效作用压差小于末端压降， 会出现冷热输送量不足、系统无法正常换热的情况。因此，该系统不能采用静态平衡阀消除静态水力失调，而应该采用动态压差平衡阀消除静态水力失调及动态水力失调。在实际的空调工程中，尤其对于大型空调水系统，各支路的作用压差相差悬殊，对于作用压差大而自身阻力小的支路，可以适当装设静态平衡阀消除部分静态水力失调。这样设置平衡阀有利于减小动态压差平衡阀的调压范围，有利于选择压差控制精度高的动态压差平衡阀。
2、干管压差控制的水力平衡措施
干管压差控制的压差设定值等于设计工况下供回水干管之间的作用压差，其大小等于图6 中旁通管两端的作用压差。图6 以某异程系统为例，介绍了H 2 压差设定值下的水力失调情况及其水力平衡措施。当关闭支路5 时，各支路的作用压差将增大，增大值分别为 ， 。图6 中给出的是关闭支路5 时的系统水压图，虽然实际的流量調节方法可以是减小该支路的开度，但是其影响是类似的，具有可比性。当关闭其他支路时，系统也具有类似的变化趋势。对于同程系统及环形管网，不能用水压图直观地反映各支路的作用压差变化情况，但是也具有相同的变化规律。该系统可以采用静态平衡阀和动态压差平衡阀的组合来消除水力失调。其中作用压差余量 采用静态平衡阀消除，作用压差余量 采用动态压差平衡阀消除。
总结
随着我国经济的快速发展和人们生活质量的提高，能源问题显得越来越重要。在保障舒适性的前提下，节约现有能源、开发利用新能源成为制冷空调新产品研制过程中考虑的重要因素。随着电子技术的发展，变水量空调系统应运而生，并得到越来越普遍的推广应用，也得到了很大的社会效益和经济效益。因此近些年来，在越来越多的暖通空调工程水系统选用水力平衡阀来对系统的流量分配进行调节。
参考文献
[1]高养田。空调变流量水系统设计技术发展[J].暖通空调，1996.
[2]高养田。空调变流量水系统设计技术发展（续）[J].暖通空调，1996.
【关键词】暖通空调 变流量水力系统 平衡问题
随着人们生活品质要求、节能意识的不断提高，以及空调系统的大型化，变流量水力系统在暖通空调系统中占有越来越重要的位置。变流量系统在运行过程中各分支路的流量是随着外界环境负荷的变化而变化，因此变流量系统的全面平衡问题成为暖通空调设计界的一个重要课题。
一、水力平衡
1、静态水力失调和静态水力平衡
静态水力失调是指由于设计、施工、设备材料等方面存在的限制条件导致系统管道特性阻力数比值与设计要求的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流量不一致引起的水力失调。静态水力失调是稳定的、根本性的，是系统本身所固有的。图1 为某异程系统的静态水力失调及其平衡措施示意图。假设各支路的流量和阻力相等，则不难看出，支路5 为最不利支路。水泵扬程根据最不利支路的阻力确定，应保证最不利支路的作用压差满足要求。水压图中末端压降等于各支路实际所需要的作用压差， 此时正好能够满足最不利支路5的需求。从图中可以看出，大部分支路两端的作用压差大于末端压降，例如支路2 上作用压差的余量为 ，并且支路离冷热源越近， 压差余量越大。压差余量正是产生静态水力失调的原因，压差余量越大，静态水力失调越严重。静态水力失调可以采用静态平衡阀来消除。即通过改变静态平衡阀阀芯与阀座的间隙（开度） ，改变节流面积及阀门的阻力，从而达到调节流量的目的。静态平衡阀安装在各个支路上，通过设定其阻力来消除作用压差的余量。当各支路的流量平衡后，一般不再改变平衡阀的开度，此时各支路和各管段的阻抗分布也就确定下来了。
2、动态水力失调和动态水力平衡
动态水力失调是指系统实际运行过程中，当某些末端设备的阀门开度改变引起流量变化时，系统的压力产生波动，其他末端的流量随之发生改变、偏离末端要求流量而引起的水力失调。图2 为某两支路异程式水系统的动态水力失调平衡措施示意图。设计工况下，对两支路进行了静态水力平衡，各支路的流量为设计流量。水泵的工作点在管网特性曲线图（见图3） 上为A 点。当某一支路上的阀门开度减小，使通过该支路的流量减小时，管网的阻抗将会增大，管网特性曲线与水泵工作特性曲线的交点变为B 点。从图中可以看出B 点的扬程大于A 点的扬程，此时作用在另一支路上的作用压差将增大，流量也会跟着增大。
二、变流量系统的全面水力平衡
1、静态水力平衡的实现
通过在相应的部位安装静态水力平衡设备，使系统达到静态水力平衡。实现静态水力平衡的判断依据是：当系统所有的自力式阀门均设定到设计参数位置，所有末端设备的温控阀（电、气动阀）均处于全开位置时，系统所有末端设备的流量均达到设计流量。从以上可以看出，实现静态水力平衡的目的是使系统能均衡地输送足够的水量到各个末端设备，并保证末端设备同时达到设计流量。但是，末端设备在大部分时间是不需要这么大流量的。
2、动态水力平衡的实现
通过在相应部位安装动态水力平衡设备，使系统达到动态水力平衡。实现动态水力平衡的判断依据是：在系统中各个末端设备的流量达到末端设备实际瞬时负荷要求流量的同时，各个末端设备流量的变化只受设备负荷变化的影响，而不受系统压力波动的影响，即系统中各个末端设备流量的变化不互相干扰。变流量系统的动态水力平衡在保证系统供给和需求水量瞬时一致性（这个功能是由各类调节阀门来实现的）的同时，避免了各末端设备流量变化的相互干扰，从而保证系统高效稳定地将设备在各个时刻所需的流量准确地输送过去。目前在暖通空调变流量系统中常用的兼具动态平衡与调节功能的动态水力平衡设备主要有动态平衡电动二通阀（风机盘管用）、动态平衡电动调节阀（各类空调箱用）等。
三、变频水泵水系统的水力平衡措施
在一次泵变流量系统中，必然存在一个压差设定值，例如图1 所示系统采用末端压差控制法时，压差设定值大小等于末端压降。压差设定值是保证系统正常运行的关键， 它可以用来控制水泵运行，也可以用来平衡用户侧和冷热源侧的流量。压差设定值可以分为三类，分别对应图4 中的0， H 1 和H 2。H 2 为干管压差控制的设定值；H 1为末端压差控制的设定值；0 为无旁通的温差控制法的压差设定值，可以近似认为压差设定值为0。不同的压差设定值， 对应的水力平衡措施是不同的，下面分别加以说明。
1、末端压差控制的水力平衡措施
末端压差控制的压差设定值等于设计工况下被控支路（ 一般为最不利环路） 的作用压差，其大小等于图5 中的末端压降。图5 以某异程系统为例，介绍了H 1 压差设定值下的水力失调情况及其水力平衡措施。当关闭支路3 时，支路3 前面的干管流量将减小，水压线变得平缓，支路1，2 的作用压差将减小，减小值分别为 。支路3 后面的干管流量不变，支路4，5 的作用压差不变。当关闭其他支路时，有类似的变化趋势。对于同程系统及环形管网，流量的变化趋势略有不同，但是某些支路的作用压差依然会减小。如果对该系统进行静态水力平衡，则支路1，2的有效作用压差小于末端压降， 会出现冷热输送量不足、系统无法正常换热的情况。因此，该系统不能采用静态平衡阀消除静态水力失调，而应该采用动态压差平衡阀消除静态水力失调及动态水力失调。在实际的空调工程中，尤其对于大型空调水系统，各支路的作用压差相差悬殊，对于作用压差大而自身阻力小的支路，可以适当装设静态平衡阀消除部分静态水力失调。这样设置平衡阀有利于减小动态压差平衡阀的调压范围，有利于选择压差控制精度高的动态压差平衡阀。
2、干管压差控制的水力平衡措施
干管压差控制的压差设定值等于设计工况下供回水干管之间的作用压差，其大小等于图6 中旁通管两端的作用压差。图6 以某异程系统为例，介绍了H 2 压差设定值下的水力失调情况及其水力平衡措施。当关闭支路5 时，各支路的作用压差将增大，增大值分别为 ， 。图6 中给出的是关闭支路5 时的系统水压图，虽然实际的流量調节方法可以是减小该支路的开度，但是其影响是类似的，具有可比性。当关闭其他支路时，系统也具有类似的变化趋势。对于同程系统及环形管网，不能用水压图直观地反映各支路的作用压差变化情况，但是也具有相同的变化规律。该系统可以采用静态平衡阀和动态压差平衡阀的组合来消除水力失调。其中作用压差余量 采用静态平衡阀消除，作用压差余量 采用动态压差平衡阀消除。
总结
随着我国经济的快速发展和人们生活质量的提高，能源问题显得越来越重要。在保障舒适性的前提下，节约现有能源、开发利用新能源成为制冷空调新产品研制过程中考虑的重要因素。随着电子技术的发展，变水量空调系统应运而生，并得到越来越普遍的推广应用，也得到了很大的社会效益和经济效益。因此近些年来，在越来越多的暖通空调工程水系统选用水力平衡阀来对系统的流量分配进行调节。
参考文献
[1]高养田。空调变流量水系统设计技术发展[J].暖通空调，1996.
[2]高养田。空调变流量水系统设计技术发展（续）[J].暖通空调，1996.