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動態平衡閥在暖通空調工程中的應用
標簽：動態平衡閥的應用|暖通
摘要：隨著我國國民經濟的高速發展，城市的建筑建設規模越來越大，人們對室內環境的要求也越來越高。尤其是建設在黃金地帶的商業建筑，如何能提高有效的商用面積率，保證空調系統的使用和運行并不由此而增加能耗，是暖通專業及建筑開發商共同關注的問題。
關鍵詞：平衡閥 室內環境 水利失調 負荷調節
關鍵詞：平衡閥 室內環境 水利失調 負荷調節
隨著我國國民經濟的高速發展，城市的建筑建設規模越來越大，人們對室內環境的要求也越來越高。尤其是建設在黃金地帶的商業建筑，如何能提高有效的商用面積率：保證空調系統的使用和運行并不由此而增加能耗？是暖通專業及建筑開發商共同關注的問題。
一、暖通空調設計中水力系統的現狀
無論是空調或采暖工程中，由于條件的制約及不可能完全采用同程系統。而異程系統在實際的設計中，為了保證系統最不利環路末端的資用壓頭，所有其他空調采暖設備末端的資用壓頭往往大于設計工況的需要值，特別是在規模大建筑功能復雜的工程中，異程管線長，末端設備的阻力差異大及空調末端啟停差異大的系統，在靠近冷熱源位置的資用壓頭余量過大，往往出現流量分配偏離設計狀態，導致其系統水力失調。流量的偏差會產生冷熱源近端的空調太涼或采暖不熱的現象。不但不能保證使用的功能，還造成了能源上的浪費。
二、解決水利失調的辦法
1、加節流孔板
在熱力入口或空調靠近冷源環路的部分管段上增加節流孔板。采用這種辦法解決水力失調的前提是：水系統阻力計算準確、熱力或空調末端流量不能發生變化。因此在末端流量變化時仍會造成水力失調及能源上的浪費。
2、安裝手動調節閥
對大型空調系統而言，采用手動調節閥調節過程復雜，手動調節前端閥門，后端流量會受影響。后端調整流量，前端流量又會變化。因此調節費時費力；對于復雜系統，要求調節閥門的工程師經驗豐富。并且一旦系統壓力或負荷發生變化仍需要重新調整水力系統。
3、安裝動態流量平衡閥
熱力入口或空調設備末端的設計流量確定后，根據流量及閥門處的壓力變化范圍選定動態平衡閥，安上設置好的閥門既可使用。只要閥門處的壓差變化在閥門的設計壓力范圍內，無需任何人為的調節。
三、動態平衡閥的特點
1、動態平衡閥的工作原理：
通過改變平衡閥的閥芯的過流面積來適應閥門前后的變化，從而達到控制流量的目的。動態平衡閥是一個局部阻力可以變化的節流元件，對于不可壓縮的流體其簡化流量的方程為：
Q=KA（△P）
式中：Q——憑借和平閥的訪問量；
K——閥體油管壓力的人流量指數；
A——閥芯的過流面積計算
△P——高壓閥門進庫口壓差大
由于在閥門的開度不變的前提下，K值的變化可忽略，因此閥門的流量要保持恒定應控制A（△P）不變。
而平衡閥由可變過流面積的閥膽和高精度（±5％）的彈簧及支撐裝置構成。彈簧受壓差的作用自動控制閥膽上過流面積的大小，從而使通過閥門的流量恒定。
2、閥門的工作過程：
當平衡閥前后壓差小于啟動壓差是彈簧未被壓縮，流通面積大。當閥門前后壓差在工作范圍時閥膽壓縮彈簧，進入工作狀態，水流通過閥膽兩邊的圓孔和幾何型的通道流過；由于閥膽在運動，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，在這一壓差范圍內水流流量基本保持恒定。當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，此時閥膽變成了固定的調節器，流量與壓差成正比，隨壓差的增大而增大。
動態平衡閥具有在一定的壓力范圍內限制空調末端設備的大流量、自動恒定流量的特點，在大工型、復雜、空調采暖負荷不恒定的工程中，簡化了系統調試過成，并縮短了調試時間。特別是在異程水系統中使用平衡閥，可以容易實現水力工況平衡、滿足設計環境溫度的要求，并且在空調系統的運行中末端設備可以不受其他末端的啟停干擾。
四、動態平衡閥在實際工程中的應用
1、區域供暖
熱力入口處采用動態平衡閥，保證系統所需流量。
室內采暖系統，溫控閥保證每個散熱器通過所需流量，動態平衡閥保證各立管流量恒定，解決水平失調。
2、空調系統
大型集中空調系統中，在空調設備（空氣處理機及風機盤管）末端設置平衡閥，通過三通（或兩通）電動閥保證設備所需流量，平衡閥實現水力工況調節。在冷熱源，冷卻塔、水泵等處當設計管線受限時。用平衡閥來避免負荷偏載，保證設備的正常運行。
五、空調系統設計動態平衡閥反感因該注意的問題
1、動態平衡閥只起水力平衡的作用，不能用于負荷調節
由于對動態平衡閥的誤解，容易認為平衡閥也能平衡空調或采暖負荷，用平衡閥取代電動三通閥或兩通閥。但隨著維護結構負荷或室內負荷（人員、設備、照明等）的動態變化，要求空調設備提供的水量也動態變化，才能如人所愿——既能保證室內溫度的要求、又起到了節省的作用。在大型空調系統中，空調設備設置了平衡閥后；各個設備的啟停不會干擾影響其他設備的水流量，平衡閥起到了水力平衡的作用；而電動三通或兩通閥節流，能夠調節環境負荷所需數量。
目前，帶電動自控制功能的動態平衡閥已經面市，按負荷需求動態平衡空調系統實行節能就更容易實現了。因此采用帶電動自控功能的動態平衡閥，可以將水力平衡與負荷調節合二為一，并直接用電腦控制設定流量，還簡化了安裝及便于安裝在狹小的空間內。
2、動態平衡閥不應該多極設置
在空調設置中，手動調節閥是多極設計的。而按照這一方法多極設置動態平衡閥設計概念是不對的。其理由是：如果下級的一個或多個設備關閉電動閥，而上級平衡閥扔保持流量不變，則會造成下級未關閉的設備流量增加，不但加大了水流噪聲，還會影響使用功能，并且也增加了不必要的經濟投資。
3、空調設計中應根據冬夏供回水溫差水量合理設置動態平衡閥
在四管制空調系統中用兩個平衡閥是可以滿足冬季及夏季不同的水量要求的，當冬、夏季節空調供熱、冷水溫差不同時，水流量差異很大，因此在兩管制水系統中則應根據冬、夏季不同流量的要求設置平衡閥：方法一，設置可變流量型動態平衡閥，冬夏換季時轉換閥門。
方法二，設置兩個平衡閥，閥1按冬季流量選擇閥門，閥2按夏、冬季大水量之差選擇閥門，冬季閥1，夏季開兩個閥，用兩個閥門實現空調設備的四管制功能。方法三，采用帶自控裝置的動態平衡閥通過電腦設置流量。否則，由于冬季夏季空調水流量不同，而簡單在空調末端上設置固定流量的動態平衡閥是不可能滿足兩個季節的水量平衡的。
六、動態平衡閥工程設計實例
1、工程簡介
座落在北京繁華的王俯井商業街的新東安市場，是由北京東安集團與香港新鴻基房地產發展有限公司合資興建的工程，占地面積約21400m2。工程建設規模龐大，建筑平面分為A、B、C、D四個區，其中A、B、區為新東安市場部分；D區為動城區回遷部分。地下三層，地上六層，裙房之上的寫字樓為十一層。
新東安市場冷凍機房總負荷為10450RT（約36750KW）。
空調水由地下三層冷凍房引至地下二層。為了減小非商用面積。水系統為下供下回雙管異程式系統。從地下二層至各區的20個空調水管井。
風機盤管水系統根據建筑負荷特點分為內區，外區兩個環路。內區只供冷凍水，外區冬季供熱水。根據氣候及室內符合情況，通過樓宇自控系統在地下二層按豎井電動切換控制外區雙溫水的冷、熱水開關。
2、空調設計的平衡閥方案
對于冷凍機組和冷凍泵來說，為了避免由于各種因素造成的負荷偏載發生，在冷凍機和定水流量的二次泵出口上安裝了平衡閥。
由于新東安市場建筑平面大，并且業主及建筑師要求“黃金之地”有效商用面積率高，因此設備用房和管井面積小，并其位置也很不利，這樣對縱向達108m，橫向跨越270m的管路系統來說，管路的阻力平衡和系統調試的困難是相當大的。為了解決水系統“管線長，難平衡”的困難，設計過程中擬訂了兩套平衡方案。
方案一：多極設置普通水管井間安裝平衡閥
①在主管線與20個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在每個空調箱上安裝平衡閥
④在每個租戶的出水口上安裝平衡閥
方案二：使用動態平衡閥
①在末端裝置風機盤管上安裝平衡閥
②在末端裝置空調箱上安裝平衡閥
經過經濟比較，
最終采納的平衡閥方案是
①空調箱末端安裝平衡閥及自控閥
②零售和內區寫字樓兩或三個風機盤管合用一個平衡閥及自控閥，外區寫字樓每個風機盤管自用一個平衡閥及自控閥
3、平衡閥應用總結
①長管線異程大系統多級安裝普通平衡閥價格高于末端設備一級動態平衡閥。
②在末端裝置上安裝動態平衡閥，維修時影響的范圍小，并各租戶空調設備啟停的影響。
③動態平衡閥自帶過濾器，避免了水系統管路中的污垢對自控閥門的損傷。
④由于動態平衡閥在某一段壓力范圍內的誤差只有±5％，其些設備的開或關對其他設備的流量幾乎沒有影響，保證了末端裝置水流量的穩定性。
新東安市場工程是政府關注的工程，工期緊；隨著市場的變化也引起了工程設計的多次變化。因此工程等不及調試就馬上開業，雖然調試工作仍未全面進行，但由于使用了動態平衡閥，空調面積達18萬平方米的異程水系統，“不調即用”的確使業主受益。整個新東安市場建筑功能比較復雜，內含寫、，計算機網絡、零售店鋪、餐飲、電影院等，其建筑平面復雜、變化多端。其建筑功能也不可能相對集中。業主要求設計要作到動態適應市場的變化—以不變應萬變，因此空調負荷的性質多變、各區、各類的空調負荷時刻也不相同。然而正式采用了正確的設計方案和這種不受其他空調末端啟停干擾的動態平衡閥，動態保持各開啟末端的流量，使這個龐大的異程空調水系統的安全正常運行得到保證。至今為止尚未發現由于水力失調而引起的“租戶投訴”，從目前情況看來，新東安市場工程中使用動態平衡閥是成功的。
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