暖通空调系统的水力平衡及解决方案讲解

1、Date HVAC系统的水力平衡及解决方案系统的水力平衡及解决方案 Date 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. 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 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 但是但是 Date 什么是一个水力平衡的系统什么是一个水力平衡的系统 TcGQ 标准： 1、流量平衡流量平衡 受控系统的流量在任何时候均能够满足实际要求 。 2、压力平衡压力平衡 受控系统的压力分布在任何时候均能够满足实际要求 ，并不

2、产 生额外的问题（例如噪音等）。 Date 平衡的分类平衡的分类 1、静态平衡静态平衡 所有的调节阀都不动作时，系统平衡。例如定流量系统的水力平 衡和变流量系统的调试工况。 2、动态平衡动态平衡 部分的调节阀动作时，系统平衡。例如变流量系统的运行工况。 Date 1、流量失调的常见现象流量失调的常见现象 系统冷热不均： A、供热（冷）时近热远冷（近冷远热）。 B、某些支路水量偏大或偏小。 变流量系统运行失调。 负荷稳定，但房间调节阀动作频繁，造 成房间温度震荡频繁。 水泵的运行能耗过高。 系统稳定时间过长。 水力失调（不平衡）的常见现象：水力失调（不平衡）的常见现象： Date 2、压力失调的

3、常见现象压力失调的常见现象 调节阀产生噪音和振动。 调节阀关闭不上，严重时有烧阀危险。 调节阀阀权度过小，阀门曲线变形，线 性散热受控系统变成上抛性散热受控系统。 水力失调（不平衡）的常见现象：水力失调（不平衡）的常见现象： Date 图中是一个典型的异 程式系统，假设各个末端 的阻力相同，各支管管径 相同，则近端支管的水量 会多于远端支管的水量， 原因是近端支管的资用压 头大于远端支管。系统越 大、支管数越多、干管越 长、干管比摩阻越大，失 调的现象越严重。如果某 个支管阻力过大，会造成 水量的不足。 系统冷热不均现象系统冷热不均现象 返返 回回 Date 常见于使用静态平衡 阀的变流量系统

4、，调试时 即使各个末端已经调试平 衡，当实际使用时，当某 些末端调节或关闭时，会 造成其他末端两端的压差 变化，从而因此其他未调 节末端水量的变化，从而 引起失调，这种失调现象 是一种动态的失调现象。 变流量系统运行失调现象变流量系统运行失调现象 返返 回回 Date 产生动态失调 后，由于通过末端的 水量发生变化，因此 房间温度也发生波动， 温控器控制调节阀调 整水量。而此时该房 间的负荷没有发生任 何变化，调节阀的调 节动作是由于系统压 力波动产生的。 负荷稳定，但调节阀动作频繁负荷稳定，但调节阀动作频繁 变流量系统应该：变流量系统应该： 调节阀负责能量控制，仅当负荷发生调节阀负责能量控制

5、，仅当负荷发生 变化时动作，而平衡阀负责压力控制，负责吸变化时动作，而平衡阀负责压力控制，负责吸 收系统的压力波动。收系统的压力波动。 返返 回回 Date 水泵的运行能耗过高水泵的运行能耗过高摘自清华大学江亿老师的有关资料 Date Date Date Date Date 水泵运行能耗过高主要因为水量过大水泵运行能耗过高主要因为水量过大 H Q P Q H - Q曲线 H1 设计运行工 况点 系统不平衡(流 量过大)时的运 行工况点H2 P1 P2 Q2Q1 Q2Q1 P - Q曲线 60% 70% 60% - Q曲线 扬程与流量H-Q 效率与流量-Q 功率与流量P-Q 返返 回回 Date

6、 系统稳定时间过长系统稳定时间过长 一个空调系统如果不能够保持调节阀开度和散热设备散热量之间的 良好线性关系，则会造成受控房间温度波动频繁，系统稳定时间过长。 Date 系统稳定时间过长系统稳定时间过长 返返 回回 1 返返 回回 2 Date 根据连续流方程，水在流 经调节阀的时候有一个加速 和减速的过程，对应的动压 也有一个升高和降低的过程， 根据伯努力方程，静压有一 个下降和上升的过程，当某 点的静压下降到该点水温对 应的汽化压力时，该点将出 现气泡，发生“气蚀”现象， 产生噪音和振动。 调节阀压降越大、水温越调节阀压降越大、水温越 高（主要是冬季）越明显。高（主要是冬季）越明显。 调节

7、阀产生噪音和振动现象调节阀产生噪音和振动现象 返返 回回 Date 当系统某些末端调节阀 关闭时，由于干管流速降低， 因此比摩阻变小，其他末端 电动调节阀两端的压差升高， 当升高到电动调节阀的关闭 压差以上时，电动调节阀的 驱动器已经无法提供足够的 扭矩去关闭电动调节阀，造 成阀门无法关闭的现象。这 时末端处于过流状态，控制 器将持续要求电机动作以关 闭阀门，而事实却关闭不上， 电机持续发热，如果驱动器 没有过载保护功能，很容易 发生烧电机的现象。 调节阀关闭不上，严重时有烧阀危险现象调节阀关闭不上，严重时有烧阀危险现象 返返 回回 Date 阀门的基本概念阀门的基本概念 1、定义：定义：阀门

8、两端的压差为1bar时，阀门全开时流经阀门的流量，以 m3/h计。 流量流量: 压降压降: /kQ 3 v hmp / p Q k 3 v hm k Q p 2 v bar 、计算：计算： 阀门并联 1V k 2V k /kkk 3 v2v1v0 hm 阀门串联 1V k 2V k 2 v2 2 v1 2 v0 k 1 k 1 k 1 / 3 2 2 2 1 2 2 2 1 0 hm kk kk k vv vv v 阀门的流通能力阀门的流通能力-kv Date 阀门的流通能力阀门的流通能力-Kv 3、公式推导：公式推导： fK fK ldFfK FQ l d p vv l d p V V V

9、)( ),( 2 )/( )( 22 2 22 （阀门开度） 对于调节阀，当阀对于调节阀，当阀 门开度没有发生变化时，门开度没有发生变化时， 阀门的流通能力不变。阀门的流通能力不变。 仅当调节阀的开度发生仅当调节阀的开度发生 变化时，阀门的流通能变化时，阀门的流通能 力才发生变化。力才发生变化。 Date 调节阀曲线与系统稳定时间的关系调节阀曲线与系统稳定时间的关系 Date 如何实现盘管散热量和阀门开度的线性关系 由于盘管静特性为指数特性，因此为了 达到良好的受控效果，通常采用对数型曲线 的调节阀。只有保证一定的阀权度，才能保 证阀门的实际曲线符合要求。由于盘管静特 性与供水水温差有关，因此

10、，小温差对于这 个问题更敏感，所以这个问题在夏季空调设 计中尤为重要，否则，系统稳定时间过长。 Date 阀门理想流量特性阀门理想流量特性 1：直线型：单位行程变化引 起的流量变化相等。 2：抛物线型：流量特性为一 条二次抛物线，介于直线与等百 分比特性之间。 3：等百分比型：同样行程在 小开度时流量变化小，大开度时 流量变化大。 4：快开型：行程较小时，流 量就比较大，阀的有效行程d/4， 多用于关断阀。 Date 阀门理想流量特性的实现：阀芯形状阀门理想流量特性的实现：阀芯形状 （1）直线特性阀芯 （2）等百分比特性阀芯 （3）快开特性阀芯 （4）抛物线特性阀芯 （5）等百分比特性阀芯（开

11、口形） （6）直线特性阀芯（开口形） Date 阀权度的定义： max 100 0 100 s v v v p p p p a pv100: 阀门全开时阀上的压降 pv0: 阀门全关时阀上的压降 psmax：系统的总压降 阀权度阀权度 Date 实现水力平衡的手段实现水力平衡的手段 1、静态平衡静态平衡 水力计算、合理配管。 同程式。 静态平衡阀。 动态压差平衡阀或动态流量平衡阀。 2、动态平衡动态平衡 动态压差平衡阀是解决动态失调的唯一途径。 Date 平衡阀的分类平衡阀的分类 1、静态类平衡阀静态类平衡阀 手动平衡阀手动平衡阀：又称静态平衡阀，平衡阀静态平衡阀，平衡阀，通过手动调节阀门开度

12、 改变阀门的KV值，消耗多余的压差，测量通过该阀的流量和压降。 2、动态类平衡阀动态类平衡阀 动态流量平衡阀动态流量平衡阀：又称动态平衡阀，自力式流量控制阀动态平衡阀，自力式流量控制阀，在一定 的压差范围内维持流量动态恒定（在一个区间内）。 动态压差平衡阀动态压差平衡阀：又称压差控制器压差控制器，维持压差在一定的范围内动 态恒定（在一个区间内）。 Date 1、MSV-C 口径：DN15DN50， 内螺纹连接。 手动平衡阀手动平衡阀 2、MSV-F2 口径：DN50DN400， 法兰连接。 Date 原理：原理： 通过旋转手柄调节阀芯的上 下运动，以改变阀门的Kv值，通 过专用仪表连接阀门两端

13、的测压 点可以测量阀门的压降和通过流 量，并可以锁定阀门的开度。 功能：功能： 调节阀功能，精确调节KV值。 具有关断和测量阀门的压降和 流量功能。 作用：作用： 消耗富余压差，使管路流量 和压降与设计值一致，测量流量。 手动平衡阀手动平衡阀 Date 定流量系统的管路，逐级安 装，从末端支路到水泵出口的 各个支路。 变流量系统的大分支处（仅 当安装动态压差平衡阀的支路 上的压差大于动态压差平衡阀 的控制压差时才安装），末端 安装动态压差平衡阀。 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

14、。 安装位置安装位置 Date 选型：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：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。 选型和注意事项选型和注意事项 Date 手动平衡阀的调试步骤手动平衡阀的调试步骤 1、首先对干管、立管、支管、末端的手动平衡

15、阀编号 Date 2、计算各立管的流量比，找出有最大流量比的立管，如图1 1=170/150 = 1.13 BV 1.0 BV 2.0 BV 3.0 BV 0 设计流量设计流量 : : 立管立管1 BV 1.0 - 150 l/h 1 BV 1.0 - 150 l/h 立管立管2 BV 2.0 - 200 l/h 2 BV 2.0 - 200 l/h 立管立管3 BV 3.0 - 180 l/h3 BV 3.0 - 180 l/h 测量流量测量流量 : : 立管立管1 BV 1.0 - 170 l/h 1 BV 1.0 - 170 l/h 立管立管2 BV 2.0 - 210 l/h 2 BV

16、 2.0 - 210 l/h 立管立管3 BV 3.0 - 160 l/h3 BV 3.0 - 160 l/h 2=1.05 3=0.88 =测量流量测量流量/ /设计流量设计流量 Date 3、计算各支管的流量比，找出有最大流量比的支管，如图1 BV 1.0 BV 0 BV 1.1.0 BV 1.2.0 BV 1.3.0 BV 1.1.0 1=70/50 = 1.40 BV 1.2.0 2=60/50 = 1.20 BV 1.3.0 3=40/50 = 0.80 Date BV 1.1.0 BV 1.1.1 BV 1.1.2 BV 1.1.3 BV 1.1.4 BV 1.1.5 1 23 4

17、5 4、计算各末端管路的流量比，找出有最小流量比的末端，如图1,，锁 定该阀 BV 1.1.2 2=7/10 = 0.70 BV 1.1.1 1=4/10 = 0.40 BV 1.1.3 3=11/10 = 1.10 BV 1.1.4 4=13/10 = 1.30 BV 1.1.5 5=15/10 = 1.50 Date BV 1.1.1 BV 1.1.2 BV 1.1.3 BV 1.1.4 BV 1.1.5 1 2 345 BV 1.1.0 5、依次调整各阀的流量比和最小的末端流量比后锁定该阀 BV 1.1.1 1 = 0.4 BV 1.1.2 2 = 0.4 BV 1.1.3 3 = 0.

18、4 6、依次调整干管和支管的手动平衡阀，方法相同，直至完成 Date 测量形式为固定 节流孔板，测量误差 小。 DANFOSS采用针式 测量接头，具有自密 封功能，直接插入测 量头即可取压。 阀体上有开度显 示，手轮位置不随开 度的变化而升高或降 低，手柄有一定长度， 管道的保温不能影响 开度刻度的读取。 丹佛斯手动平衡阀的特点丹佛斯手动平衡阀的特点 Date 动态流量平衡阀动态流量平衡阀-AQ 口径：DN15DN50，内螺纹连接。口径：DN50DN800，对夹连接。 Date 功能：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：作用：保持通过该阀的流量恒定。 动态

19、流量平衡阀动态流量平衡阀 Date 动态流量平衡阀动态流量平衡阀 原理：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。 p v kQ Date 定流量系统的管路，末端安装，不需逐级。 一次泵系统冷冻水泵、冷却水泵处，防止台数变化时水泵过流。 冷却塔等需要恒定流量的场所。 供水管或回水管安装均可。 安装位置安装位置 水泵曲线 管路特性曲线 台数变化后水泵曲线 限流后管路特性曲线 Date 选型和注意事项选型和注意事项 选

20、型：选型： 仅按照流量选型。 使用注意事项：使用注意事项： A、阀门压力工作范围，要大于最小启动压差。 B、不能和比例积分的电动调节阀串联安装。 p v kQ 对于电动调节阀：对于电动调节阀： 结果：会使电动调节阀两结果：会使电动调节阀两 端的压差端的压差P增大，调节增大，调节 阀产生噪音和振动，调节阀产生噪音和振动，调节 阀关闭不上，严重时有烧阀关闭不上，严重时有烧 阀危险。阀危险。 Date 丹佛斯丹佛斯动态流量平衡阀动态流量平衡阀的特点的特点 第三代阀胆技术 滚动密封，确保将误差降到最低。 工 作 压 差 范 围 宽 ， 工 作 压 力 至 350Kpa(10,11,20,30,40阀胆

21、）及 600KPa（50,60阀胆） 阀胆材质为黄铜（40以下阀胆）或 不锈钢（50以上阀胆） 大开口式设计，具有自清功能，能 够有效地防堵。 滚动密封滚动密封 大开口式设计大开口式设计 Date 定流量系统水力平衡方案：定流量系统水力平衡方案： 手动平衡阀方案 动态流量平衡阀方案 Date 动态压差平衡阀动态压差平衡阀 口径：DN15DN40 螺纹连接。 3、AFP/VFG 口径：DN50DN250 法兰连接 1、ASV-PV 口径：DN15DN100 螺纹连接 2、AVP 口径：DN15DN50 螺纹/法兰连接 Date 动态压差平衡阀动态压差平衡阀 原理：原理： 电动调节阀上游的高压通过

22、导压 管引导至控制膜盒下侧；电动调节阀 下游的压力通过外部导压管或内部导 压孔引导至控制膜盒上侧。 当高压侧的压力升高时，膜盒向 上运动，带动阀杆、阀锥也向上运动， 造成中压侧压力升高，从而动态的保 持中压侧和高压侧之间的压力差与弹 簧的预设力平衡，从而保证了电动调 节阀两端压差的动态恒定。 当高压 侧的压力降低时，膜盒向下运动，情 况类似。 调节弹簧的预紧力,即可调节压 差设定值。 低压侧中压侧高压侧 电动调节阀 导压管 膜盒 Date 动态压差平衡阀动态压差平衡阀 功能：功能： 动态保持受控点之间的压差恒定在设定值。 作用：作用： 保证受控系统的动态水力平衡，防止系统出现动态失调。 防止电

23、动调节阀调节阀产生噪音和振动。 系统中的调节阀门可选用驱动力较小的驱动器，避免烧阀危险。 为调节阀提供良好的阀权度，确保线性散热受控系统的实现，保证系统的 迅速稳定。 调试工作量非常小，加速安装周期，系统改、扩建时可以免调试。 方便的修正实际和设计工况之间的差异。 最大流量限制功能。 p v kQ Date 保证受控系统的动态水力平衡保证受控系统的动态水力平衡 动态压差平衡阀动态保持受控点之间的压差P恒定在设定值，其他未 动作电动调节阀的Kv值不变，因此该支路的水量动态恒定。仅当电动调节 阀动作时，即Kv值发生变化时，该支路的水量才会发生变化。 p v kQ 恒定不变不变 返返 回回 Date

24、 使用手动平衡阀时的压降情况使用动态压差平衡阀时的压降情况 防止电动防止电动调节阀产生噪音和振动调节阀产生噪音和振动 50% 100% 调节阀的压降 手动平衡阀的压降 管路系统的压降 末端的压降 水泵曲线 水泵曲线 调节阀的压降 压差平衡阀的压降 管路系统的压降 末端的压降 返返 回回 Date 调节阀门选用驱动力较小的驱动器调节阀门选用驱动力较小的驱动器 电动调节阀两端 的压差恒定，系统的 压力波动均由动态压 差平衡阀吸收，因此 调节阀门选用驱动力 较小的驱动器。 返返 回回 Date 阀权度的定义： max 100 0 100 s v v v p p p p a pv100: 阀门全开时阀

25、上的压降 pv0: 阀门全关时阀上的压降 psmax：系统的总压降 为为调节阀提供良好的阀权度调节阀提供良好的阀权度 动态压差平衡阀直接恒定电动调 节阀两端的压差时，电动调节阀的阀 权度为1。 返返 回回 Date 定、变流量系统的管路，末端安装，不需逐级。 变流量系统的管路，支管或立管安装，不需逐级。 单导压管的阀必须回水安装，双导压管的阀供水或回水管安装均可。 安装位置安装位置 Date 丹佛斯丹佛斯动态压差平衡阀动态压差平衡阀的特点和选型的特点和选型 特点：特点： 口径范围大，DN15-DN250。 压差控制范围大且选择灵活，有0.15-1.5bar、0.1-0.7bar 、 0.05-

26、0.35 bar、 1-6bar、 0.5-3bar等多个规格可供选择。 选型：选型： 阀体按照Kv值选型，所选阀门的Kv值要大于设计值，计算阀门 Kv值时所用的是阀门压降，并非控制压差。用控制压差选驱动器。 Date 丹佛斯压差控制器选型表丹佛斯压差控制器选型表 Date 动态压差平衡型电动调节阀动态压差平衡型电动调节阀 DN15DN50， 螺纹连接 DN32DN125，法兰连接 Date 动态压差平衡型电动调节阀动态压差平衡型电动调节阀 原理：原理： 实质就是一个动态压差平衡阀和 一个电动调节阀合二为一，该阀为双 阀锥结构，上阀锥为电动调节阀的阀 锥，下阀锥为动态压差平衡阀的阀锥， 动态压

27、差平衡阀为电动阀阀锥（上阀 锥）前后提供恒定的压差（0.2Bar或 0.5Bar），系统的压力波动都被动态 压差平衡阀吸收，当电动阀阀锥（上 阀锥）没有动作时，阀门流通能力kv 不变，压差P不变，因此阀门的流 量Q不变；只有当电动阀阀锥（上阀 锥）的动作时，通过阀门的流量才会 发生变化，从而实现了动态平衡和调 节功能的完美统一。 低压侧 中压侧 高压侧 驱动器 导压管 膜盒 Date P1 P2 P3 P1 P2 P3 动态压差平衡型电动调节阀动态压差平衡型电动调节阀 过程：过程： 膜片的上下两端与内部弹簧的 力量形成一个平衡，即P1=P2+P弹 簧。 当系统压力发生波动，P1增加 时，此平衡

28、被破坏，膜片下方的力 大于上方，因此膜片会向上移动， 关小压差控制阀阀芯，使得P2增加， 重新达到平衡，如图所示。 反之压差控制阀开大，使得调 节阀阀芯的压差在整个开关的工作 过程中始终保持恒定，这样经过该 阀门的流量的变化仅与调节阀的开 度一一对应。 Date 动态压差平衡型电动调节阀动态压差平衡型电动调节阀-ABQM 动态维持P2和P3之 间的压差恒定 最大流量设定功能 电动调节功能 Date 一体阀精确的流量控制功能一体阀精确的流量控制功能 Date 负荷变化时一体阀精确的流量控制功能负荷变化时一体阀精确的流量控制功能I 由于一体阀有100%的阀权度，因此系统稳定时间很短。 Date 温度 装有动态压差平衡型电调阀的 风机盘管的出风温度 装有普通电调阀的风机盘管的 出风温度 装有动态压差平衡型 电调阀的房间温度 装有普通电调阀的房 间温度 控制信号(V) 动态压差