探讨动态流量平衡阀在暖通空调工程中的典型应用模型

摘要：介绍了动态流量平衡阀的工作原理及类型；提出了选用动态流量平衡阀的方法；说明了动态流量平衡阀在暖通空调工程中的典型应用场合。

关键词：动态流量平衡阀 水力平衡 流量 压差

为保证采暖和空调建筑的冷、热负荷需求,同时使采暖和空调水系统运行经济,在水系统的设计和运行调节中保证完善的水力平衡是十分必要的。但系统实际运行时水力工况往往存在动态的变化,与设计工况不符,造成各种水力失调问题,包括动态和静态；目前应用的各种压力调节装置如普通调节阀门、节流孔板、静态流量平衡阀等存在调节不便、精度不高、运行不经济等缺点,最主要的是,上述产品无法解决动态水力失调。因此,近年来具有自动达到水力平衡功能的动态流量平衡阀逐渐引起了设计者和运行管理单位的重视。

1动态流量平衡阀的工作原理及类型动态流量平衡阀从流体力学的角度看,相当于一个局部阻力可以改变的节流件,它的工作原理是通过改变阀芯的过流面积,适应阀前后的压差变化,而控制流量。对于不可压缩流体,流量方程式为：Q=c·A·√δP式中：Q—流经阀门的流量；c—与流体介质和阀门开度有关的流量系数；A—阀芯的过流面积；δP—阀前后的压差；对于一定的流体介质,当阀门达到某一特定的开度时,c可近似恒定,其流量的恒定可通过A·(δP)0.5的恒定来保持,动态流量平衡阀就是以此原理来工作的。动态平衡阀的核心部件为阀胆,动态平衡功能由阀胆完成。目前市场上动态平衡阀品牌繁多,但其基本思路是一致的,阀胆不再是传统的阀板或锥形阀塞结构,而是将其改为或增设可随压差自主调节过流面积和阻力的结构。动态流量平衡阀根据自身结构和调节方式的差异,可分为固定流量型、手动可调节流量型和电动可调节流量型三大类。
1.1固定流量型阀胆本身具有动态平衡功能,阀门流量在出厂前由厂家设定,一经设定不可现场更改。阀门所控流量不受系统中压差波动的影响,保持设备所需的额定水量恒定。固定流量型动态流量平衡阀,阀胆由精确开孔的过流孔板活塞筒、不锈钢弹簧及支撑件构成。过流孔板活塞筒与不锈钢弹簧配合动作,在系统压差作用下保证过流面积随压差变化自力式地改变。压差增大,过流面积减少；压差减小,过流面积增大；从而在工作压差范围内保证流量恒定。固定流量型动态流量平衡阀阀胆结构如下图。
1.2动可调节流量型与固定流量型的区别外在表现为可现场更改设定的流量。手动可调型采用了与预设定型不同的可调校流量式阀胆,这种阀胆的流量调节部分与动态平衡部分分别设置,保证了某一阀门开度时,流量为该开度对应的唯一恒定值；开度改变,则流量值改变。即真正
实现了流量与开度的唯一对应关系。通过手动调节改变阀胆的过流面积的方式,来改变阀胆的设定流量。
1阀体2执行器3调整轴4流量可调部分5调节弹簧6环状薄膜7导压管如上图所示,手动调节部分与调整轴3相连,带动流量调节部分4的上下运动,改变开度。其动态平衡部分是由内置的弹簧5及环状薄膜6组件构成的。它可以通过导压孔使阀前压力P1连通至阀体薄膜腔,通过弹簧薄膜组件的作用自动地调节阀体内部的压差,使过流口的前后压差P1-P2始终恒定。从而保证阀门某开度设定的流量始终稳定,不受系统压差波动的影响,保证系统相互之间不干扰,使电动调节与系统动态平衡同步执行。
1.3电动可调节流量型为手动可调节流量型阀门配置电动执行器后,阀门的流量调节工作也由自控完成,该阀门即成为电动可调节流量型动态平衡阀——动态平衡电动调节阀,可以根据负荷变化以比例积分的调节方式自主调节水量。动态平衡电动调节阀流量-压差-开度曲线。

2动态流量平衡阀的选择选用动态流量平衡阀时,应首先进行水力计算,确定流量、压差范围。
2.1流量选择对于固定流量型动态平衡阀以及手动可调型动态流量平衡阀,只要按项目设计资料提供的“设备流量参数”,选择最接近的阀胆流量即可；对于电动可调节流量型动态平衡阀,要保证所选阀门的最大设定流量不小于按所控部分最大设计流量,而且是最接近的选择流量。
2.2压差选择对于某一特定的环路,应先确定该阀门在运行过程中可能出现的最大和最小压降：最大压降通常发生在别的环路关闭时,最小压降通常发生在所有的环路全部打开时。由此计算最大压差。并在厂家样本中选择同时满足流量和压差范围要求的阀门。

3动态流量平衡阀在暖通空调工程中的应用
3.1在采暖工程中的应用在区域供热管网中,可在每栋建筑物的采暖入口处的回水管上安装一只动态流量平衡阀,解决系统水力工况的动态波动,确保水力平衡。如果用于室内垂直单管上供下回式采暖系统,可在每根采暖立管的底端设置动态流量平衡阀,以保持每根立管的流量恒定。
3.2在空调工程中的应用在冷冻水系统中,可在每台冷水机组的冷冻水出口管上安装一只固定流量型动态平衡阀,以使机组达到额定出力,避免多台冷水机组并联运行时发生出力不均的偏载现象和部分机组运行时,因流量减少管路水力特性发生变化,造成水泵电机电流过载的问题。对于二次泵系统,可在二次泵出口管上安装动态流量平衡阀,使水泵的工作点处于最佳状态。对于空调末端装置,如为风机盘管,采用动态平衡电动两通阀,安装在风机盘管回水管,通过温控器控制阀门的开关,来满足舒适度要求,阀门开通期间,保持通过风机盘管的冷热水流量恒定为盘管的额定值； 如为空调机组或新风机组,可采用动态平衡电动调节阀,运行和控制由控制面板和中央监控器来进行,按照暖通自控设计,根据采集的反馈温度信号,合理调节阀门的开启度,并保持调节信号不变时流量恒定,不受其它环路和末端装置调节的影响。

4结语
动态平衡阀可以有效解决水系统的动态水力平衡和静态水力平衡,系统中无需其他平衡手段,且无需初调试,简化系统,减少工作量,缩短施工时间。动态平衡阀采用全末端控制方案,而且功能是保证所控末端设备的流量不受其他支路和末端调节的影响,因此,使用动态平衡阀方案的水系统可以完成一部分即使用一部分,或者,建筑扩建后,增加的水系统部分可以直接与原系统接口,无需重新调试。动态平衡阀实现了真正意义上的变水量运行,水泵完全可以按照系统所需来输送水量,避免了定水量系统即使部分负荷时水泵依然满流量运行,耗电多的缺点,可以实现变水量的节能目的。动态平衡阀的优点很多,但不足也存在,目前尚未推出动态平衡阀的国家标准,因此,这种产品的很多技术特性参数并没有权威的规范来限制,使用时需要设计人员仔细考虑选用。