隨著(zhù)人們生活品質(zhì)要求、節能意識的不斷提高以及空調系統的大型化，變流量水力系統在暖通空調工程中占據越來(lái)越重要的位置。變流量系統在運行過(guò)程中各分支環(huán)路的流量是隨著(zhù)外界環(huán)境負荷的變化而變化的，因此對系統的水力平衡和調節提出了很高的要求。目前為了解決暖通空調變流量水力系統的動(dòng)態(tài)水力平衡和調節問(wèn)題，定壓差技術(shù)得到了廣泛的應用，同時(shí)為什么以及如何使用定壓差技術(shù)也成為暖通空調設計界的一個(gè)熱點(diǎn)。

　　一、為什么在變流量系統中必須使用定壓差技術(shù)

　　暖通空調系統的目的是保持目標區域適宜的溫度。由于空調系統末端設備的負荷是隨著(zhù)季節以及晝夜轉換的變化而變化的，因此各末端空調設備的流量也要求隨之變化。

　　為保證空調系統的舒適節能性，即保證空調系統目標區域的適宜溫度（過(guò)高或過(guò)低都會(huì )導致不舒適及不節能），最根本的途徑就是選擇最佳的方法來(lái)根據目標區域的溫度來(lái)調節流量，同時(shí)避免在調節過(guò)程中的相互干擾。

　　1、流量調節的主要方式

　　圖1為變流量系統常用的調節方式，根據目標區域的設定溫度與實(shí)際溫度的比較、通過(guò)電動(dòng)閥來(lái)調節流過(guò)末端設備的水流量。

　　電動(dòng)閥調節水流量的方式有二種：

　�。�1）脈沖式調節

　　采用開(kāi)關(guān)型電動(dòng)閥，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)時(shí)間比來(lái)調節流經(jīng)末端設備的平均流量，如圖2所示的風(fēng)機盤(pán)管系統房間溫度調節即為脈沖式調節，其平均流量為：Q_平均= Q_設計（t1+t2+t3+t4+t5）/t0；這種調節方法適用于小流量，調節精度較低的末端設備；

　�。�2）連續調節

　　采用調節型電動(dòng)閥，通過(guò)對流量的連續調節來(lái)滿(mǎn)足末端設備負荷變化的要求。如圖3所示的空調箱系統溫度調節即為連續調節，其平均流量為：Q_平均=∫_t1^t2Q(x)dx/(t2-t1)。這種調節方式適用于調節精度要求較高的系統。

　　2、避免流量調節相互干擾的方式

　　實(shí)際上，變流量系統末端設備流量調節的相互干擾是不可避免的，我們所能做的是消弱和屏蔽這種干擾，在空調系統中，常用的消弱和屏蔽干擾的方式主要有以下二種：

　�。�1）PID參數方式

　　PID是樓宇自控DDC及工控儀表調節計等控制儀表調節流量的主要計算方法（P-比例常數、I-積分時(shí)間常數、D-微分時(shí)間常數）。對于用調節閥來(lái)調節流量的空調系統來(lái)說(shuō)，PID參數是由調節閥所在空調系統的整體狀態(tài)決定的，不同的空調系統PID參數的取值不一樣。由于調節閥可以根據不同的系統要求設定不同的積分時(shí)間常數I和微分時(shí)間常數D從而實(shí)現對系統的超調和預調，在消弱系統的惰性和慣性的影響從而提高調節精度的同時(shí)，當發(fā)生流量調節的相互干擾引起目標區域溫度偏離時(shí)，也能實(shí)時(shí)地對系統進(jìn)行調節以消弱這種相互干擾。

　　PID方式的流量干擾糾正過(guò)程如下（如圖1）：流量調節干擾—末端設備流量變化—制冷（加熱）量變化—目標區域溫度T偏離—目標區域溫度T與設定溫度比較—溫控器輸出信號變化—電動(dòng)閥開(kāi)度變化—流量干擾糾正，因此這種糾正是滯后式糾正。由于空調系統（特別是風(fēng)系統）的熱惰性非常大，調節過(guò)程的滯后時(shí)間較長(cháng)，還沒(méi)等到電動(dòng)閥改變開(kāi)度來(lái)消弱原來(lái)的流量干擾，新的流量干擾又已產(chǎn)生。因此，通過(guò)這種方式來(lái)消弱流量干擾的效果是有限的，特別是對于一些帶多個(gè)電動(dòng)調節閥的大型空調系統，這種流量調節的相互干擾造成系統很難達到平衡狀態(tài)，即使達到平衡狀態(tài)，也很容易由于受到干擾而失去平衡。

　�。�2）定壓差技術(shù)

　　如何采取更好的方法來(lái)避免流量調節的相互干擾呢？

　　根據流體力學(xué)的基本公式

　　Q=Kv × （△P）^0.5 （Q：電動(dòng)閥流量； Kv：電動(dòng)閥流量系數； △P：電動(dòng)閥前后壓差）

　　如圖1所示，當電動(dòng)閥接受溫度控制信號改變開(kāi)度時(shí)，公式中的Kv值發(fā)生變化，調節流量Q以滿(mǎn)足目標區域溫度控制的要求。那么如何避免流量調節的相互干擾呢？

　　很顯然，只要保證公式中的△P值不變（即圖1A、C二點(diǎn)間的壓差不變）就可以了，這樣電動(dòng)閥的流量Q只受目標區域溫度控制信號的影響，而不受別的因素，如由于其它末端設備流量調節而引起的系統壓力波動(dòng)（即圖1A、B二點(diǎn)間的壓力波動(dòng)）的影響。

　　保證△P值不變的技術(shù)就是定壓差技術(shù)。實(shí)際上，定壓差技術(shù)是暖通空調變流量系統動(dòng)態(tài)水力平衡的主要調節方式。實(shí)現了定壓差技術(shù)，系統就實(shí)現了動(dòng)態(tài)平衡，就不存在末端設備流量調節的相互干擾。

　　由于這種屏蔽干擾的實(shí)現過(guò)程是：流量調節干擾—系統壓力波動(dòng)—定壓差技術(shù)—流量干擾糾正。因此這種干擾實(shí)際上還沒(méi)有影響到電動(dòng)閥就在管道中被屏蔽掉了，因此通過(guò)這種方式來(lái)消除流量調節之間的相互干擾很迅速，效果較好。

　　綜上所述，在變流量系統中，選擇合理的流量調節方式，同時(shí)采用定壓差技術(shù)，可以避免系統不同部位流量調節的相互干擾，從而實(shí)現動(dòng)態(tài)水力平衡。

　　實(shí)際上，在工程實(shí)踐中，除了圖1的定壓方式外，還有壓差旁通定壓方式、調頻泵定壓方式以及對多臺末端設備集中定壓等，會(huì )在以后的篇幅中分別論述。

　　二、變流量系統中定壓差技術(shù)的應用

　　對于一個(gè)實(shí)際的變流量系統，定壓差技術(shù)的應用原則是：分系統定壓、分級定壓。

　　1、分系統定壓

　　分系統定壓是指對于一個(gè)含有多個(gè)系統的大型變流量水力系統，在設計時(shí)為避免各水力分系統的相互影響，應分別采用定壓差技術(shù)，對每個(gè)分系統進(jìn)行定壓，從而保證各個(gè)分系統各自獨立的互不干擾的工作。

　　如圖4所示，為帶有二個(gè)獨立分系統的變流量系統，在每個(gè)分系統分集水器處分別應用了定壓差技術(shù)，從而保證這二個(gè)分系統各自獨立互不干擾的工作。

　　2、分級定壓

　　對于獨立的變流量水力系統，應根據系統投資和精度要求合理的選擇定壓方案。通常應該按照從主機到末端的步驟逐級對系統進(jìn)行定壓，對于精度要求較高的系統，可以采用二級甚至多級定壓的方式以保證系統各末端設備各自獨立互不干擾的工作。

　　圖5為變流量空調系統常用的定壓調節方式。

　　該系統采用二級定壓：

　�、僭跈C房主管路分、集水器處通過(guò)壓差旁通系統一級定壓，主管道通過(guò)調頻泵調節主供回水的流量；

　�、谀┒孙L(fēng)機盤(pán)管處采用在每層水平分支管道回水管上安裝壓差調節閥來(lái)二級定壓，通過(guò)各風(fēng)機盤(pán)管支路上的電動(dòng)二通閥開(kāi)關(guān)式調節風(fēng)機盤(pán)管的流量；

　�、勰┒丝照{箱（空氣處理機組等）在進(jìn)口采用壓差調節閥二級定壓，采用電動(dòng)調節閥調節進(jìn)入設備的流量。

　　以上僅為變流量水系統三個(gè)主要位置常用的定壓調節方式，下面就這幾個(gè)位置各種定壓調節方式進(jìn)行分析。

　　3、分集水器一級定壓調節的幾種形式：

　�。�1）調頻泵定壓調節方式

　　圖6為調頻泵定壓調節方式，通過(guò)調頻器調節調頻泵的轉速以調節進(jìn)入分集水器的流量從而保證分、集水器壓差為設定壓差，從而保證變流量系統的流量隨外界環(huán)境負荷的變化而變化的要求。

　　調頻泵定壓調節方式由于調節了水泵轉速，減少了系統運行過(guò)程中水泵的能量消耗，這種配置較其它的方式比較節省系統的運行費用，同時(shí)比較節能，但是由于它使用的調頻器，對電網(wǎng)的沖擊較大，造成一定的電磁污染，因此需要采用一定的電路隔離設備，因此初投資比較高。

　�。�2）壓差旁通定壓調節方式

　　圖7為壓差旁通定壓調節方式，通過(guò)主管道旁通的電動(dòng)調節閥調節旁通水量從而調節進(jìn)入分集水器的流量，保證分、集水器的壓差為設定壓差，

　　從而保證變流量系統的流量隨外界環(huán)境負荷的變化而變化的要求。

　　壓差旁通定壓調節方式由于在系統運行過(guò)程中水泵的轉速并沒(méi)有降低，功率變化不大，因此在運行過(guò)程中水泵的功率消耗較大，運行費用較高，但是它也具有初投資較低且對外部環(huán)境沒(méi)有污染的特點(diǎn)。

　�。�3）自力式調節閥定壓調節方式

　　圖8為自力式調節閥定壓調節方式，通過(guò)調節自力式調節閥的開(kāi)度調節分集水器旁通管的旁通水流量，從而保證分集水器的壓差為設定壓差。

　　自力式定壓調節方式和壓差旁通定壓調節方式一樣，在運行過(guò)程中水泵的功率消耗較大，運行費用較高，同時(shí)定壓精度也較差，但是它也具有初投資最低且對外部環(huán)境沒(méi)有污染的特點(diǎn)。

　　4、風(fēng)機盤(pán)管二級定壓調節的幾種形式

　�。�1）圖9為風(fēng)機盤(pán)管的一種定壓調節方式，電動(dòng)二通閥安裝在風(fēng)機盤(pán)管進(jìn)水管，壓差調節閥安裝在風(fēng)機盤(pán)管出水管，通過(guò)毛細管連接電動(dòng)二通閥進(jìn)出口，保持電動(dòng)二通閥進(jìn)出口壓差恒定，通過(guò)電動(dòng)二通閥的脈沖式流量來(lái)調節房間溫度達到設定溫度。

　　這種方式的定壓調節精度較高，但設備初投資非常高，且安裝麻煩，對于單個(gè)房間的舒適性空調系統，一般很少采用。目前對于精度要求較高的系統，一般采用初投資略低且安裝調試非常簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通閥，其調節效果是完全一樣的。

　�。�2）圖10為風(fēng)機盤(pán)管的另一種定壓調節方式，電動(dòng)二通閥安裝在風(fēng)機盤(pán)管進(jìn)水管，壓差調節閥安裝在風(fēng)機盤(pán)管出水管，通過(guò)毛細管連接電動(dòng)二通閥進(jìn)口和風(fēng)機盤(pán)管出口，保持這兩點(diǎn)的壓差恒定，通過(guò)電動(dòng)二通閥的脈沖式流量來(lái)調節房間溫度達到設定溫度。

　　這種方式和圖9的方式一樣精度較高，但設備初投資非常高，且安裝麻煩，對于單個(gè)房間的舒適性空調系統，一般很少采用。目前對于精度要求較高的系統，一般采用初投資略低且安裝調試非常簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通閥，其調節效果是完全一樣的。

　�。�3）圖11是一種兼顧精度和經(jīng)濟性的定壓調節方式，電動(dòng)二通閥安裝在每個(gè)風(fēng)機盤(pán)管的供水管，壓差調節閥安裝在風(fēng)機盤(pán)管各層水平回水支管上，其另一個(gè)取壓點(diǎn)接在水平供水管上，通過(guò)壓差調節閥的定壓差作用以保證風(fēng)機盤(pán)管水平供回水管的壓差不變，即A、B二點(diǎn)的壓差不變。

　　這種方式能夠屏蔽層與層之間風(fēng)機盤(pán)管系統流量調節的相互干擾。對于同層之間的風(fēng)機盤(pán)管，如果是同程式管道或者風(fēng)機盤(pán)管的數量不多，屏蔽同層之間風(fēng)機盤(pán)管流量調節的相互影響的效果也較好；如果是異程式系統并且風(fēng)機盤(pán)管的數量較多，由于水平管道延程阻力的影響，則離壓差調節閥較近的風(fēng)機盤(pán)管流量調節的相互干擾就較小，離壓差調節閥較遠的風(fēng)機盤(pán)管流量調節的相互干擾就較大，精度稍差。

　�。�4）圖12為水平管道異程式且風(fēng)機盤(pán)管數量較多的一種定壓調節方式。水平管道回水管上安裝壓差調節閥，以保證水平供回水管的壓差恒定；在每個(gè)風(fēng)機盤(pán)管供水管上安裝動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通閥，以保證在工作壓差范圍內，不論系統壓力如何變化，風(fēng)機盤(pán)管的流量始終維持在設計流量。這樣就避免了層與層之間以及同層之間風(fēng)機盤(pán)管流量調節的相互干擾。這種系統的調節精度高，抗干擾能力強，缺點(diǎn)是初投資較高。

　　5、空調箱（空氣處理機組）二級定壓調節的幾種形式

　�。�1）圖13是空調箱（空氣處理機組）的一種定壓調節方式，壓差調節閥及電動(dòng)調節閥安裝在空調箱（空氣處理機組）的供水管，壓差調節閥的取壓點(diǎn)位于電動(dòng)調節閥的進(jìn)出口，通過(guò)壓差調節閥的定壓差作用保持電動(dòng)調節閥進(jìn)出口壓差恒定在設定壓差。如前所述，這時(shí)電動(dòng)調節閥的流量只受由于末端設備負荷變化而導致的溫度控制信號變化的影響，而不受由于其它空調箱流量調節而導致系統壓力波動(dòng)的影響，系統實(shí)現動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)由于定壓差作用，使電動(dòng)調節閥的實(shí)際調節特性曲線(xiàn)與其理想調節特性曲線(xiàn)一致，系統調節性能非常好。

　　但是由于這種方式使用二個(gè)閥門(mén)，因此在同等情況下設備初投資很高，而且安裝調試比較麻煩。

　�。�2）圖14是空調箱（空氣處理機組）的另一種定壓調節方式，壓差調節閥及電動(dòng)調節閥安裝在空調箱（空氣處理機組）的供水管，壓差調節閥的取壓點(diǎn)位于電動(dòng)調節閥的進(jìn)口和空調箱的出口，通過(guò)壓差調節閥的定壓差作用保持這兩點(diǎn)壓差恒定。同圖13一樣，它能保證空調箱的流量調節不相互干擾，即實(shí)現動(dòng)態(tài)平衡；但是由于空調箱的分壓作用使調節閥的閥權度小于1，因此它的實(shí)際流量特性曲線(xiàn)偏離理想流量特性曲線(xiàn)，調節特性變差。所以一般不采用此方案。

　�。�3）圖15是空調箱（空氣處理機組）的一種新型定壓調節方式，它在空調箱供水管用一種具有動(dòng)態(tài)平衡功能和電動(dòng)調節功能一體的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥來(lái)代替壓差調節閥和電動(dòng)調節閥組合，同時(shí)由于它經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的設計，因此具有更好的性能。這種閥一方面能避免各并聯(lián)空調箱流量調節的相互干擾，同時(shí)其實(shí)際的流量調節特性與理想的流量調節特性一致，調節性能非常好。

　　同時(shí)由于這種閥所有功能集中在一個(gè)閥體內，因此在同等性能下設備初投資較低，且安裝調試比較簡(jiǎn)單，因此相比較于圖13，具有一定的優(yōu)勢。

　　三、結語(yǔ)

　　綜上所述，暖通空調變流量系統定壓差技術(shù)的運用為暖通空調水系統實(shí)現動(dòng)態(tài)水力平衡，更舒適、經(jīng)濟、節能的運行提供了一種有效的途徑。但是在實(shí)際的工程實(shí)踐中，應根據投資和系統精度要求合理的選擇定壓差方案，既要滿(mǎn)足工程設計和技術(shù)規范要求，又應采用合理的方案，為甲方節約資金。

　　參考文獻

　　1、陳沛霖、岳孝芳主編—空調與制冷技術(shù)手冊 上海，同濟大學(xué)出版社，1990年

　　2、陸耀慶 等主編—供暖通風(fēng)設計手冊 北京，中國建筑工業(yè)出版社，1987年

　　中國論文下載中心·王曉松