暖通空调系统水力平衡探析

　　摘要：在暖通空调工程中，水力平衡的调节一直是很重要的环节。由于水力失调导致系统流量的分配不合理，致使有些系统区域温度没有达到要求，引起能量上的浪费。本文就暖通空调水力失调和水力平衡的概念和分类，对实现水力平衡进行深入的探讨。

　　关键词：水力平衡,水力失调,系统平衡调试

　　引言

　　在建筑暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题，因此水力平衡调节一直是暖通行业研究的重要课题。由暖通空调水力失衡造成的输送冷热量的不合理，极易造成能源的浪费。一般的解决办法是提高水泵的扬程，但是这种方法无法从根本上解决水力失衡的问题，不仅如此还会引发更多的能源消耗。因此解决暖通水力平衡问题具有重要意义。

　　1.水力失调和水力平衡的概念

　　1.1水利失调：暖通空调系统的供热管网是由众多串，并联管路以及各热用户组成的一个复杂的相互连通的管道系统，在运行过程中，由于各种原因的影响，往往使得网路的流量分配与各用户的设计要求不相符合，各用户之间的流量要重新分配。热水供热系统中，各热用户的实际流量与要求流量之间的不一致性称为热用户的水力失调. 水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值X来衡量，X称水力失调度。X=QS/QJ(QS：用户的实际流量，QJ：用户的设计要求流量)

　　1.2水力平衡：水力平衡是针对水力失调问题而产生的一种调节方法，目的是消除水力失调，达到节能降耗。由于水力失调分为静态失调和动态失调。静态失调是由于某些环路的阻力过小，而环路的实际流量就将超过设计流量，但由于总的流量一定，则其他部分就达不到设定流量，就会出现冷热不均;在动态系统中，当某些环路的水量发生变化时，会引起系统的压力分布不均，从而干扰到其他环路，使得其他环路本不应产生的变化产生。水力平衡是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力，通常用热用户的水力稳定性系数r来表示。r=1/XMAX=QJ/QMAX(QJ：用户的设计要求流量，QMAX：用户出现的最大流量)

　　2.水力失调和水力平衡的分类

　　就当前的具体分类情况看，暖通空调供热系统的水力失调和水力平衡可以分为以下类别：

　　2.1静态水力失调和静态水力平衡

　　在供热系统的设计、施工和材料设备的选择方面出现了问题，导致了用户实际的管道特性阻力比值与设计要求的管道特性阻力数比值不一致，进而致使实际流量和设计流量的不一致，这称之为静态水力失调。但是如果通过对供热管道之中设计静态水力平衡设备，并对整个供热系统中的管道特性阻力比值进行调整，使其与设计数值保持一致，并能在各个末端设备中达到设计要求，流量也能同时达到设计要求，这则称之为静态水力平衡。

　　2.2动态水力失衡和动态水力平衡

　　当用户阀门开度变化引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致的水力失调，叫做动态水力失调。动态水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。在出现动态水力失调时，可以在管道系统中安装动态水力平衡设备(流量调节器或压差调节器)，当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰，各用户的实际流量与设计流量趋于一致，此时系统实现动态水力平衡

　　3.定流量水系统的水力平衡分析

　　定流量水力平衡系统是暖通空调设计中常见的水力系统，在运行过程中系统各处的流量基本保持不变。常用的主要有以下三种形式

　　3.1完全定理流量系统

　　此系统不含任何动态阀门，在初调完成之后阀门开度无须再做任何变动且系统各处的流量始终保持恒定。主要适用于末端设备无须通过流量来进行调节的系统。

　　3.2单管串联(带旁通管)供暖系统

　　单管串联供暖系统包括垂直双管水平单管串联系统以及垂直单管系统等，这种系统主管的流量基本不变，也是属于定流量系统的一种。这种系统主要存在于静态水力失调中，因此只在相关部位设置水力平衡设备即可。

　　3.3末端设备带三通调节阀的暖通空调系统

　　此系统与单管串联系统类似，各分支环路的流量基本保持不变，属于定流量系统。这种系统存在静态水力失调，末端管路上存在一定的动态水力失调，只需在相应部位增设水力平衡设备即可保持水力平衡。

　　4.变流量水力平衡分析

　　由于现今人们对暖通空调系统品质要求和节能意识的不断加强，变流量水利系统在暖通空调工程中的比重越来越大。变流量系统运行时各分支环路的流量是随着外界环境的负荷变化而变化的。由于暖通空调工程在一年的运行时间大部分处于部分负荷运行，所以变流量系统大部分时间是低于设计流量的。因此这种系统调节灵敏、运行高效、节约能耗等优点，它既存在于静态水力失调，也存在于动态水力失调。所以根据不同的情况应采取不同水力平衡措施来实现系统的水力平衡。

　　4.1实现静态的水力平衡的判断依据是：当系统所有的动态水力平衡设备均设定到设计参数位置(设计流量或压差)，所有的末端设备的温度控制阀门均处于全开状态，系统所有的末端设备均达到设计流量。以上避免了一般的水力失调系统一部分没有达到设计流量，另一部分已经远高于设计流量的问题。它解决了静态平衡和系统能力问题，保证了系统能均衡的把足够的水量送到各个末端设备。

　　4.2动态水力平衡的实现

　　系统环路相应部位安装动态水力平衡设备，使其达到动态水力平衡。变流量系统的动态水力平衡方式有：

　　①自力式压差调节器，在分集水器旁通管上安装压差调节器来调节分集水器压差，当某一分支环路流量发生变化时，在压差调节器的作用下，分集水器压差保持不变。其余分支环路的流量并不随之变化，从而实现系统的动态水力平衡。

　　②电动调节阀式，从分集水器上采集不同的压力信号，并输入压差变送器中，压差变送器输出信号到调节器，再同调节器上设定的压差作对比的同时输出控制信号到电动调节阀改变旁通水量，从而保证了分集水器压差恒定并与设计压差一致。分集水器上任意一分支回路的流量变化都不会对其他回路产生影响，进而实现动态水力平衡。

　　③调节水泵式，在分集水器上采集压力信号，在压差变送器中输入压差，并把信号传递给调节计，并同调节计设定压差比较之后发送控制信号到调频器，通过调频器输出调频信号到水泵，控制水泵转速改变水流量，使其保证分集水器压差同设定压差一样，达到动态水平衡。

　　5.暖通空调供暖设计中的一些问题

　　供暖设计的是否合理的当，会直接影响供暖系统运行工况，并且进而影响供暖质量和效果。认真对待供暖设计对减小不利因素，保证供暖的顺利运行有着重要的意义。

　　5.1供暖系统的水力平衡。供暖系统的水力工况决定了供暖效果和质量，如果没有进行详细的水力平衡计算和设置相应的调控的设备，会使暖通系统运行水力失调现象发生，且由于供暖系统先天不足，对供暖系统的运行和调节带来了巨大的麻烦。因此做好前期设计计算工作和后期的运行调试工作尤为重要。

　　5.2散热器的选择。由于目前的散热器品种多样，使得设计人员有了很大的选择空间，但是也要注意根据建筑物的功能特性适当的选用。供暖系统运行、保养和水质控制等环节的提高需要一个过程，所以在选择散热器时应尽量提高其适应客观条件的能力。

　　5.3系统的噪音和振动。在设计时应对系统运行时产生的噪音和振动有预见性的进行避免或是采取有效的防治措施，将噪声和振动的危害控制在最小范围内。

　　结语

　　总之在暖通空调的水系统中，合理的设计安装水力平衡阀以及采用正确的方法进行系统联调，可以极大地改善水力特性，使系统达到或接近水力平衡。这即为暖通空调系统的正常运行提供了保障，同时又节省能源，不仅满足了工程设计和技术规范的要求，也为系统后期的运行调试减少了不必要的麻烦。

　　参考文献

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　　[2] 陈向群.浅议空调系统水力平衡调节[J].城市建设.2010(04)

　　[3] 高会荣.暖通空调水系统中水力失调现象及解决方法[J].山西建筑.2011(20)

　　本文选自《湖南社会科学》。  《湖南社会科学》杂志是湖南省社科联主办的公开发行的综合反映社科研究的刊物，是中国人文社会科学核心期刊。创刊15年来积极面向社科理论研究的前沿领域，面向改革开放和现代化建设的实际，坚持“三个代表”重要思想为指导，解放思想、与时俱进，务实求真，扎实开拓，相继编发了一系列思想性强、学术性精、创新性优、影响大、价值高的文章，得到了广大作者和读者的好评。
 

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