【暖通方向标|第五期】图解平衡阀设计及其应用

利用专用智能仪表，输入阀门型号和开度值，根据测得的压差信号就可直接显示出流经该平衡阀的流量值，只要在各支路及用户入口装上适当规格的平衡阀，并用专用智能仪表进行一次性调试，就可使各用户的流量达到设定值。
平衡阀是在水力工况下，起到动态、静态平衡调节的阀门。如：静态平衡阀，动态平衡阀。静态平衡阀亦称平衡阀、双位调节阀等，它是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，其 作用对象 是系统的阻力，能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部份负荷的流量需求，起到热平衡的作用。

分类与工作原理

1.静态平衡阀：静态平衡阀亦称为手动平衡阀或手动调节阀，是可进行流量测定和调节的阀门，其操作方式是人工手动调节。该平衡阀原理为可变流量的孔板，并带有关断功能。通过测量阀门前后测量孔的压降，结合阀门开度的读数，便能换算出阀门调节后的流量。静态平衡阀实质上是一个具有明确的“流量-压差-开度”关系、清晰可调的开度指示以及良好调节特性的阻尼调节元件。

2.动态流量平衡阀：动态流量平衡阀亦称自力式流量控制阀、定流量平衡阀等，是一种在阀体前后一定的压差范围内能自动保持管道的流量始终不变的阀门。
其工作原理是通过改变平衡阀的阀芯的过流面积来适应阀门前后压差的变化，从而达到控制流量的目的。即在一定压差范围内无论阀门入口流量如何变化均可保证其出口流量恒定。它相当于一个局部阻力可变的节流元件，该元件由可变过流面积的阀胆和 高精度（±5%）的弹簧 及支撑装置构成。弹簧受压差的作用自动控制阀胆上过流面积的大小，从而使通过阀门的流量恒定。流量值的大小可以根据系统要求进行定制。

3.动态压差控制阀：动态压差控制阀亦称自力式压差控制阀、定压差阀、动态压差平衡阀等，其工作原理：其阀体可设定压差值，通过调整阀门自身的开度，能自动将系统两个关键点之间的压差恒定在设定压差值。动态压差控制阀是基于弹簧-隔膜组合的方法进行设计的。

4.动态平衡电动二通开关阀：具有动态平衡和电动开关功能，当阀门开启时，它能动态地将管道的实际流量恒定在设计流量值，并不受系统压力波动的影响。

5.组合式或一体式动态平衡电动调节阀：是将动态压差平衡阀与电动调节阀组合，一体式动态平衡电动调节阀是把动态压差平衡阀与电动调节阀集成在一个阀体内。它既具有动态平衡功能，即能动态地平衡系统的压力波动，使流经管道的流量不受系统压力波动的影响，又具有电动调节功能，即能根据目标区域的负荷变化自动地调节开度从而调节流量值，保证目标区域的温度始终恒定在设定温度。

暖通系统的组成

（1）暖通系统主要由 三大系统 ：冷冻系统、冷却系统和冷凝系统组成。冷冻系统是参与冷热交换，实现制冷和供热的主要系统；冷却系统是将运行中的主机冷却的系统；冷凝系统是将系统中的冷凝水搜集并排放的系统。



（2）暖通系统主要由 三大部分 ：冷热源站、输配系统和用户末端构成。冷热源站是由主机（制冷机、锅炉等）产生冷热源并通过水泵输送出去的源头；输配系统是通过管路将冷热载体（冷水或热水）配送到各区域、各子区域、各子子区域的管路系统；末端装置是实现用户端冷热交换的最终装置。
经冷热交换后，通过输配系统中的回水管路进入冷热源主机重新循环，95%以上的HVAC系统是闭式循环系统。




冷/热量

主机产生冷热量，末端进行冷热量的释放，其中冷热量的输送需要冷热媒作为载体。冷热媒可以是蒸汽、水、乙二醇溶液等，在HVAC系统主要采用水。
冷/热量L=Q×ΔT=流量乘以温差。




（1） 主机侧 （一次泵系统）通过压差旁通管路，为定流量。 输配系统及用户侧 （二次泵系统）可以采用定流量系统和变流量系统两种方式。我们通常讲的定流量或变流量就是指用户侧。




（2） 主机侧的节能 是通过压差旁通阀的旁通流量来实现主机开机台数的变化达到的，如果压差旁通阀的旁通流量达到一台主机的流量，即通知控制系统关闭一台主机。但在开启的主机侧流。




（3）结合上一节冷热量，我们可以看到： L=Q×ΔT，如果用户侧的需求冷量改变，则可以通过改变用户侧流量或用户侧进回水温差来实现，但在实际使用中，我们的主机侧、进回水间的温差均为定值，我们主要是依靠改变系统流量来实现冷量的改变。

（4）用户侧如果采用 定流量系统 ，即为不安装电动二通阀，采取变风量（改变风机风速大小）来实现调节室内温度；或安装电动三通阀实现定流量。定流量系统，业主初始投资少，但不节能，系统始终按最大流量运行，运行费用高。




（5）由于用户侧实际需求的冷量会随着用户数量的变化（开关）、或环境温度的变化（设定温度变化，导致阀门开度变化，引起流量变化）而改变。这时安装电动二通阀即可实现变流量，达到节能的目的。




一次泵系统和二次泵系统

（1）一次泵系统（也称一次循环）
主机、一次水泵和冷却塔是一一对应关系 ：一台主机配置一台一次水泵，配置一台冷却塔。一次泵系统独立构成一次循环也叫一次循环，一次循环也可分为定流量和变流量两种系统。定流量一次泵系统肯定不节能，主要用在楼层低的小项目，我们不讨论；变流量一次泵系统通过压差旁通管路实现主机侧定流量，用户侧通过安装电动二通阀实现变流量，因此：主机和一次水泵为定流量运行，节能是通过用户侧流量的变化由自控系统调节主机和水泵运行台数来实现的。



调节主机和水泵运行台数的过程：
A、通过电子式压差旁通阀（ 注意：此时无法使用A800-自力式压差旁通阀，因为A800无法反馈压差的电信号 ），由压差传感器传递进回水间运行压差的电信号到主机或水泵的控制系统。我们假设，当用户数量减少时，通过用户侧的流量下降，压差旁通阀自动开大，流量增加，保证总流量不变；当用户数量增加时，通过用户侧的流量增加，压差旁通阀自动关小，流量减少，总流量不变。所以通过压差旁通阀的流量是和进回水间的压差发生关系的，我们只要设定主机或水泵的控制系统，当压差传感器检测到ΔP增加到ΔPmax（当压差旁通阀流过的流量达到一台主机开启时的流量，此时进回水间的压差设定为ΔPmax）此时控制系统即可关闭一台主机，达到节能之目的。反之，当压差传感器反馈ΔP下降到ΔPmin时，控制系统即可开启一台主机。




B、通过旁通系统安装的流量计（ 此时可使用A800） ，由流量计将流量信号反馈给主机和水泵的控制系统，当旁通系统的流量达到一台主机的运行流量时，关闭一台主机；当旁通系统的流量小于现主机运行所需求的最低流量时，重新开启一台主机。




（2）二次泵系统（二次循环系统）
在高层建筑中更多选用二次泵系统，主要考虑用户流量变化范围大，要更加节能，就需要更加灵活的控制水泵：二次泵无需和主机一一对应，数量可更多；除可根据流量的变化调节水泵台数以外；还可在二次系统选用变频泵。一次泵为定流量系统，一定是定频泵；而二次泵可选用变频泵。




一次泵的台数控制采用旁通系统流量盈亏方式控制：
当用户侧流量需求减少时，二次泵通过变频减少二次循环总流量，当二次循环总流量少于一定值时，此时一次泵的流量过大，为“盈”，在一次循环和二次循环间的回路上，水流自上而下，流量计显示如通过此回路流量等于一次泵流量时，关闭一台一次泵；反之，当用户侧流量需求增加时，二次泵变频增加二次循环总流量，当二次循环总流量大于一定值时，此时，一次泵输出流量过小，为“亏”，在一次循环和二次循环间的回路上，水流自下而上，流量达到某设定值时，开启一台一次泵。




一次泵站用阀门

一次泵的台数控制 采用旁通系统流量盈亏方式控制 ：
当用户侧流量需求减少时，二次泵通过变频减少二次循环总流量，当二次循环总流量少于一定值时，此时一次泵的流量过大，为“盈”，在一次循环和二次循环间的回路上，水流自上而下，流量计显示如通过此回路流量等于一次泵流量时，关闭一台一次泵；反之，当用户侧流量需求增加时，二次泵变频增加二次循环总流量，当二次循环总流量大于一定值时，此时，一次泵输出流量过小，为“亏”，在一次循环和二次循环间的回路上，水流自下而上，流量达到某设定值时，开启一台一次泵。
当然，我们对系统的了解主要还是要明白在各个系统中所用阀门的情况。
由于 一次泵站采取主机—水泵—冷却塔的一一对应 ，同时一般高层建筑一次泵流量很大，所以，在一次泵站，主要使用到水泵出口的大口径止回阀、电动蝶阀（用于两管制系统春秋季节制冷或供热的自动切换，详见备注）、动态流量平衡阀、定流量多功能阀和吸入口扩散器、Y型过滤器或自动反冲洗过滤装置。
（备注：两管制系统是指输配系统在夏季供冷和冬季供热时都仅有一套管路，适合国情，经济-是现在的主要应用，因此两管制系统主要用于夏、冬季节性供应空调，在春、秋时需对空调进行切换；四管制系统是指供热和制冷各有一套输配系统，在很大的项目中，由于从楼外立面到楼内部可能进深很长，会出现冬季时，楼内部核心区很热，需要制冷，而夏季时，楼内部核心区可能需要供冷，所以四管制系统一年四季均有冷热供应，适应于超级大项目以及全年均须供应空调的场所，项目初始投资高。）

注意：
1、由于一次循环是定流量定频系统，因此此处的止回阀，口径较大，往往在DN300以上，应采用速闭式止回阀：例如CVRS——卷帘无声止回阀或CVKR——大口径短体静音止回阀。此时如果安装手动调节阀（也叫静态平衡阀），应无需安装动态平衡阀。
2、水泵出口止回阀如果不安装手动调节阀，必须安装动态平衡阀来保护水泵和主机，保证其在额定流量的工况下运行。




3、也可采用定流量多功能阀，取代止回阀和调流阀，是更好的方案。同时节省空间。
4、在此处安装水力控制型的缓闭式止回阀或多功能阀是现在设计院不好的应用。既不能更好的实现其功能，同时带来太大的水力损失。应强力否决。
5、在冷却塔处应强力建议设计院选用电动蝶阀，如果随主机台数的关闭，冷却塔不能同时关闭，会造成能量的浪费，同时冷却效率下降；选用动态平衡阀，也更好的提高冷却效率。
6、如有主机和水泵的控制要求，压差旁通阀应采用电子式压差控制器。（口径在200以上采用电动调节型蝶阀，即可实现功能，安装空间也少，同时又便宜。）

亲爱的网友们，希望你们每天都进步成长一点，一起加油~

往期回顾：
【暖通方向标|第四期】新风系统的选择和设计
【暖通方向标|第三期】暖通空调箱和风机盘管选择注意事项
【暖通方向标|第二期】新手必知之暖通空调基础知识
【暖通方向标|第一期】最新!GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》调整要点