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摘要：本文结合实例对暖通空调的水力平衡问题进行相关分析，希望能够对读者提供一些借鉴和参考。
关键词：暖通空调；水力系统；平衡；改造
一、前言
在暖通水系统中，由于局部制冷或者供热会造成水力失调的情况出现。有效改善水力平衡问题能促使暖通空调发挥更大的作用，本文将进行分析。
二、暖通空调概述
通常情况下，暖通空调系统也可以被称为HVAC系统，其最大的作用就是暖气供应、建筑通风和空气调节等。对暖通空调进行设计时，主要需要使用流体力学、流体机械、热力学以及机械设计等多个学科的相关知识，并且需要遵循国家和行业的相关技术标准。在各类分支技术逐渐创新和发展的形势下，暖通空调的设计越来越被建筑工程所重视，甚至已经成为了其中的一项关键性工作。
从暖通空调的发展初期来看，其主要是一个水力定流系统，通过末端设备的分档控制调节风量以实现对温度进行调节。比如，一般可以采用变风量空调箱调节风量，也可以使用三速开关实现调节风量的目的。这几种调节方式虽然比较简单，但是却能发挥出比较明显的作用。
随着相关技术的进步和经济水平的提高，传统的水力定流系统和新时期建筑的供暖需求不相符合，因此水力变流系统逐步出现，还出现了变风量系统。这些出现的暖通系统，其可以借助电动调节阀或是风阀展开操作调节，可以实现环境温度的精确控制和调节。随着变送器、传感器和控制器等电子元件不断发展，智能化的暖通空调控制系统已经成为主流。不仅提高了控制调节的灵活性，更是大大提高了控制调节的效率。在建筑暖通空调的设计当中，其主要包含了引进新风、空气冷却、过滤处理等基本流程环节。但是，必须注意到暖通空调系统中不但加入了一些全新的元器件，比如电子除尘器。这些全新的元器件虽然对温度调节等不具备太大的作用，但是却可以实现细菌、病毒、烟尘的过滤，对优化空气质量具有积极效用。此外，暖通空调系统在设计中还逐渐引入了加湿设备，通过对空气进行加湿，确保建筑内部的湿度保持在合理的范围内，以给消费者最舒适的体验。
三、暖通水系统的变流量控制方法
1、定压差控制法
压差控制法是在不完全运行的状态下，室内的温度感应器能都感受到室内温度的变化而调节二通阀的开度大小，也就是室内温度达到一定值时水量和冷量的进入量就会自动减少。阀门的自主调节能使得流量重新分配，为了保证空调系统在任何工况下都能正常运行，末端定压差控制方式的设定值一般是设计工况下最不利环路的压差值。
2、流量控制法
流量控制法是通过对用户端的实际冷冻水量进行监测而调节冷冻水泵流量的，这种方式从理论上来讲是可以保证正常运行的，但是空调系统对冷冻水和水压都有一定的要求，使得不同支路之间的压差能真正做好不容易。
3、温差控制法
温差控制法是通过供回水干管的供回水温差作为监控器的采样输入信号的，系统会依据此信号设计数值，从而控制冷冻水泵的转速，保证温度的供应。不得不强调的是冷冻水在流动过程中容易受到温度的影响，且经过一个循环后方可反应出温度变化，因而具有滞后性。
四、暖通空调阀门的调节特性
1、静态平衡阀的调节特性
静态平衡阀本质上是一个可人为设定并调整其局部阻力系数的节流元件，其设置目的是实现管网的水量按照设计的比例平衡分配。但是对于计量供热系统，由于各个热用户能够自主调节流量，静态平衡阀一般很难满足动态调节下的水力平衡要求。因此针对具体阀门，其在计量供热系统中的适用性问题需要进行计算、分析确定。
2、自力式压差控制阀的调节特性
设置自力式压差控制阀的目的是通过控制阀门的动作来消除外界压力波动的影响，维持设备或控制环路的压差恒定。对自力式压差控制阀的作用和原理进行了详细分析，但未能就变流量系统给出定量的分析、计算及选型方法。因此需要针对变流量系统不同的控制方式分析其如何选型及确定安装位置等问题。
3、恒温阀的调节特性
恒温阀的控制为比例控制，其控制精度由阀门自身特性和供暖系统特性共同决定的结论。然而，对于计量供热系统，由于静态平衡阀不具备动态调节能力，运行过程中的动态调控依赖于恒温阀和其他动态调节阀。因此分析恒温阀和其他调节阀联合作用的调节特性有重要意义。
五、暖通空调水力改造
某商业项目，建筑面积31000m2，空调面积15000m2，-1F～4F使用功能为大型卖场。水系统采用两管制异程式设计，7℃供水，12℃回水，所有末端设备均采用不同规格的吊顶式空调机组和柜式空调机组。在设计阶段，冷源配置是设计冷负荷的80%，一旦出现水力失调和热力失调，系统运行将出现巨大风险，因此对水力平衡问题高度关注。针对此问题进行改造如下：
1、传统平衡阀方案
采用静态平衡阀方案，投资较低，但静态阀门作用的发挥与调试关系重大，即便调试方法和调试仪表完备，仍然对现场条件（如水泵运行工况、排气、系统压力分布等）要求高，因此最终调试结果的可靠性不容易保证。同时，该项目由于商户多，存在分期施工、逐步投入使用的情况，前期调试好的局部系统，当加入其他支路后，又要重新划分区域和调试，增加了调试的难度。如系统后期采用变流量运行，静态平衡阀无法屏蔽动态扰动，动态失调无法解决。因此，静态平衡方案不是最优的方案。若采用动态平衡方案，具体应用何种类型的动态平衡阀，取决于系统是采用定流量方式还是变流量方式。如不考虑末端温控，则系统为定流量运行，采用动态流量平衡阀（限流阀）很合理。由于限流阀的压力无关特性，调试方便，效果易保证。如果后期要增加末端温控装置，系统变为变流量系统，此方案则与变流量运行矛盾，此时，安装动态压差平衡阀（压差控制器）才是正确的选择。因此，传统的动态平衡产品在本项目上缺乏适应性。
2、电子平衡阀的解决方案
电子式平衡阀功能齐全、性价比高，但对于设计方案及调节方法相关文献介绍较少，如何正确配置电子式平衡阀及准确、快捷地调试完成平衡阀系统，才能保证整个空调系统的节能、最优运行在平衡阀设计阶段，考虑到使用功能、建筑结构及成本等因素，将空调水系统划分成五个独立单元，11个区域，分别在每个区域的回水管支路上配置一台电子式平衡阀。一方面有助于消除系统水力失调的现象，另一方面也有助于方便快捷的调试系统。同时，将各个阀位信息通过相关协议，传递到BMS系统中，方便快捷的进行管理。电子式平衡阀在本项目定流量、变流量模式的切换上，采取如下措施即可满足现场要求。
在满负荷工况下，将阀门切换为动态流量平衡阀模式，根据设计最大流量值设定控制目标，评估环路和末端的实际平衡效果，如果无法达到合理的换热温差，可现场调整设计的最大流量值，修正设计和施工变更时导致的偏差。这样可以保证系统在定流量方式下满足现场要求。若实现变流量运行策略，水平环路供回水管上需要安装温度传感器，在部分负荷下，将电子式平衡阀切换成动态温差平衡阀模式，把各个水平环路内的所有末端视为一个大末端，水平环路的供、回水温差将综合反映整个环路所在区域的负荷变化情况，通过对环路温差的控制，实现该环路的平均负荷的变负荷、变流量控制，如图1所示。
系统后期运行，如环路温差控制达不到各区域温度的控制精度要求，业主会对末端温控进行改造，增设电动调节阀和温控器，此时只需把电子式平衡阀切换为动态压差平衡阀模式，则实现变流量运行的压差平衡功能，确保被控环路不受系统压力波动的影响，保证电动调节阀合理的阀权度。
六、结束语
综上所述，我们对暖通空调水力平衡的改造进行了探讨，通过改造能够大大提升系统的运行效率，促进暖通空调行业的快速发展和进步。
参考文献：
[1]沈翔，徐欣，张彦，等.浅谈平衡阀在暖通空调管路系统中的应用[J].制冷与空调，2015，1（6）：49-52.
[2]王晓松.暖通空调变流量水利系统的全面平衡[J].暖通空调，2015，35（7）：77-81.
论文作者:张金良
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/21
标签：系统论文; 水力论文; 流量论文; 平衡阀论文; 环路论文; 暖通空调论文; 温差论文; 《基层建设》2016年1期论文;