摘要：本文揭示了水力失調與水力平衡的概念及其分類(lèi)，并對定流量系統及變流量系統水力失調的特點(diǎn)、實(shí)現水力平衡的措施及典型的幾種系統形式進(jìn)行了深入的分析。

　　關(guān)鍵詞：水力平衡 水力失調 定流量 變流量

　　在建筑物暖通空調工程中，水力平衡的調節是個(gè)重要的課題。本文提出了靜態(tài)水力平衡和動(dòng)態(tài)水力平衡的概念，并結合二種水力平衡的特點(diǎn)，分析了定流量系統和變流量系統幾種典型方式的水力平衡設備的選擇及實(shí)現水力平衡的方式。

　　一、水力失調和水力平衡的概念：在熱水供熱系統以及空調冷凍水系統中各熱（冷）用戶(hù)的實(shí)際流量與設計要求流量之間的不一致性稱(chēng)為該用戶(hù)的水力失調。

　　水力失調的程度可以用實(shí)際流量與設計要求流量的比值X來(lái)衡量，X稱(chēng)水力失調度。

　　X = QS/QJ（QS：用戶(hù)的實(shí)際流量，QJ：用戶(hù)的設計要求流量）

　　水力平衡是指網(wǎng)路中各個(gè)熱用戶(hù)在其它熱用戶(hù)流量改變時(shí)保持本身流量不變的能力，通常用熱用戶(hù)的水力穩定性系數ｒ來(lái)表示。

　�。�=1/ XMAX = QJ/ QMAX

　�。≦J：用戶(hù)的設計要求流量，QMAX：用戶(hù)出現的最大流量）

　　二、水力失調和水力平衡的分類(lèi)：

　　1、靜態(tài)水力失調和靜態(tài)水力平衡：

　　由于設計、施工、設備材料等原因導致的系統管道特性阻力數比與設計要求管道特性阻力數比值不一致，從而使系統各用戶(hù)的實(shí)際流量與設計要求流量不一致，引起系統的水力失調，叫做靜態(tài)水力失調。

　　靜態(tài)水力失調是穩態(tài)的、根本性的，是系統本身所固有的，是當前我國暖通空調水系統中水力失調的重要因素。

　　通過(guò)在管道系統中增設靜態(tài)水力平衡設備（水力平衡閥）對系統管道特性阻力數比值進(jìn)

　　行調節，使其與設計要求管道特性阻力數比值一致，此時(shí)當系統總流量達到設計流量時(shí)，各末端設備流量均同時(shí)達到設計流量，系統實(shí)現靜態(tài)水力平衡。

　　2、動(dòng)態(tài)水力失調和動(dòng)態(tài)水力平衡：

　　當用戶(hù)閥門(mén)開(kāi)度變化引起水流量改變時(shí)，其它用戶(hù)的流量也隨之發(fā)生改變，偏離設計要求流量，從而導致的水力失調，叫做動(dòng)態(tài)水力失調。

　　動(dòng)態(tài)水力失調是動(dòng)態(tài)的、變化的，它不是系統本身所固有的，是在系統運行過(guò)程中產(chǎn)生的。

　　通過(guò)在管道系統中增設動(dòng)態(tài)水力平衡設備（流量調節器或壓差調節器），當其它用戶(hù)閥門(mén)開(kāi)度發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)水力平衡設備的屏蔽作用，使自身的流量并不隨之發(fā)生變化，末端設備流量不互相干擾，此時(shí)系統實(shí)現動(dòng)態(tài)水力平衡。

　　三、定流量系統水力平衡分析：定流量水力平衡系統是暖通空調設計中常見(jiàn)的水力系統，在運行過(guò)程中系統各處的流量基本保持不變。常用的主要有以下三種形式：

　　1、完全定流量系統：

　　完全定流量系統是指系統中不含任何動(dòng)態(tài)閥門(mén)，系統在初調試完成后閥門(mén)開(kāi)度無(wú)須作任何變動(dòng)，系統各處流量始終保持恒定。完全定流量系統主要適用于末端設備無(wú)須通過(guò)流量來(lái)進(jìn)行調節的系統，如末端風(fēng)機盤(pán)管采用三速開(kāi)關(guān)調節風(fēng)速和采用變風(fēng)量空氣處理機組的空調系統以及系統要求較低、只需氣候補償器調節供暖水溫即可滿(mǎn)足基本需要的供暖系統等。

　　完全定流量系統只存在靜態(tài)水力失調，不存在動(dòng)態(tài)水力失調，因此只需在相關(guān)部位安裝靜態(tài)水力平衡設備即可。通常在系統機房集水器上安裝水力平衡閥（如圖1所示）；對于空調水系統，可以在建筑物各層水平回水管上安裝水力平衡閥。

　　對于某些系統，雖然也不包含任何動(dòng)態(tài)閥門(mén)，但由于無(wú)法通過(guò)其它非流量手段進(jìn)行調節，因此在實(shí)際運行中用戶(hù)會(huì )因為房間過(guò)冷或過(guò)熱而改變閥門(mén)開(kāi)度從而改變流量，因此可以認為這種系統介于定流量和變流量之間。

　　2、單管串聯(lián)（帶旁通管）供暖系統：

　　單管串聯(lián)供暖系統包括垂直雙管水平單管串聯(lián)系統以及垂直單管系統等。這種系統主管的流量基本不變，因此是定流量系統。以前者為例，來(lái)說(shuō)明實(shí)現系統水力平衡的方式。

　　這種系統主要存在靜態(tài)水力失調，在水平分支管上由于三通或二通溫控閥的調節作用而存在一定的動(dòng)態(tài)水力失調。因此只需在相關(guān)部位增設相關(guān)的水力平衡設備即可使系統保持水力平衡。具體如下：

　�、�、在系統機房集水器上安裝水力平衡閥；

　�、�、在立管回水管上設水力平衡閥；

　�、�、在水平分支管上安裝流量調節器保證各分支環(huán)路流量恒定（既可在本分支環(huán)路內部管道特性變化時(shí)保持流量恒定，也可在其它環(huán)路流量變化時(shí)避免受其干擾）。

　　3、末端設備帶三通調節閥的空調系統：

　　四、變流量水力平衡分析：由于人們對系統品質(zhì)的要求以及節能意識的不斷提高，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。由于暖通空調工程在一年運行的大部分時(shí)間均處于部分負荷運行工況，因此變流量系統大部分時(shí)間系統流量都是低于設計流量的。因此這種系統是實(shí)時(shí)、靈敏、高效、節能的。

　　變流量系統一般既存在靜態(tài)水力失調，也存在動(dòng)態(tài)水力失調，因此必須采取相應的水力平衡措施來(lái)實(shí)現系統的水力平衡。

　　1、靜態(tài)水力平衡的實(shí)現：

　　通過(guò)在相應的部位安裝靜態(tài)水力平衡設備，使系統達到靜態(tài)水力平衡。

　　實(shí)現靜態(tài)水力平衡的判斷依據是：當系統所有動(dòng)態(tài)水力平衡設備均設定到設計參數位置（設計流量或壓差），所有末端設備的溫度控制閥門(mén)（溫控閥、電動(dòng)二通閥和電動(dòng)調節閥等）均處于全開(kāi)位置時(shí)（這時(shí)系統是完全定流量系統，各處流量均不變），系統所有末端設備的流量均達到設計流量。

　　從上可以看出，實(shí)現靜態(tài)水力平衡的目的是保證末端設備同時(shí)達到設計流量，即設備所需的最大流量。避免了一般水力失調系統一部分設備還沒(méi)有達到設計流量，而另一部分已遠高于設計流量的問(wèn)題。因此它解決的是靜態(tài)平衡和系統能力問(wèn)題，即保證系統能均衡地輸送足夠的水量到各個(gè)末端設備。

　　變流量系統靜態(tài)水力平衡設備的選擇可參照定流量系統的描述來(lái)進(jìn)行，在這里就不再贅述。

　　但是，末端設備在大部分時(shí)間是不需要這么大的流量的。因此，系統不但要實(shí)現靜態(tài)水力平衡，還要實(shí)現動(dòng)態(tài)水力平衡。

　　2、動(dòng)態(tài)水力平衡的實(shí)現：

　　通過(guò)在相應部位安裝動(dòng)態(tài)水力平衡設備，使系統達到動(dòng)態(tài)水力平衡。它包含二方面內容：

　�、�、當系統其它環(huán)路發(fā)生變化時(shí)，自身環(huán)路關(guān)鍵點(diǎn)壓差并不隨之發(fā)生變化，當自身的動(dòng)態(tài)閥門(mén)（如溫控閥、電動(dòng)調節閥）開(kāi)度不變時(shí)，流量保持不變；如圖4所示，當C、D點(diǎn)壓差變化時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)水力平衡設備（壓差調節器PV）的調節作用，使A、B二點(diǎn)壓差并不發(fā)生變化，如果各支路電動(dòng)二通閥VM1、VM2……開(kāi)度保持不變，則流經(jīng)風(fēng)機盤(pán)管FP1、FP2的流量保持不變；

　�、�、當外界環(huán)境負荷變化導致系統自身環(huán)路變化時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)水力平衡設備的作用，使關(guān)鍵點(diǎn)壓差并不發(fā)生變化，此時(shí)自身其它并聯(lián)支路的流量也不發(fā)生變化。當風(fēng)機盤(pán)管FP1所在房間負荷變化導致電動(dòng)二通閥FM1由開(kāi)啟到關(guān)閉，由于壓差調節器PV1的作用，A、B二點(diǎn)的壓差并不隨之發(fā)生變化，這樣，風(fēng)機盤(pán)管FP2的流量保持不變。

　　由上可知，變流量系統動(dòng)態(tài)水力平衡一般是通過(guò)動(dòng)態(tài)水力平衡設備將雙管并聯(lián)系統關(guān)鍵點(diǎn)壓差恒定在設計壓差來(lái)實(shí)現的。因此變流量動(dòng)態(tài)水力平衡系統也可叫做變流量定壓差系統。壓差調節是變流量系統的主要調節方式。實(shí)際上，動(dòng)態(tài)水力平衡的另一關(guān)鍵設備流量調節器也是通過(guò)閥體內部關(guān)鍵點(diǎn)恒定壓差（關(guān)鍵點(diǎn)間的節流裝置開(kāi)度不變）來(lái)保持流量不變的（固定閥膽式除外）。

　　下面就變流量系統幾種典型動(dòng)態(tài)水力平衡方式進(jìn)行分析：

　�、�、暖通空調機房三種主要變流量動(dòng)態(tài)水力平衡方式：

　�、�、自力式壓差調節器方式：

　�、�、電動(dòng)調節閥方式：

　　電動(dòng)調節閥方式可以分為電動(dòng)二通閥和電動(dòng)三通合（分）流調節閥方式三種，以電動(dòng)二通閥方式為例：

　�、�、調頻水泵方式：

　�、�、供熱系統典型的變流量水力平衡方式：

　　通過(guò)對變流量供熱系統關(guān)鍵點(diǎn)壓差的層層整定，使系統中每個(gè)散熱器的流量只會(huì )因為自身負荷變化而通過(guò)溫控閥的調節來(lái)改變，并不會(huì )因為系統中其它散熱器流量變化而發(fā)生變化。這樣，系統真正地實(shí)現了動(dòng)態(tài)水力平衡。

　　垂直雙管、帶分集水器的散熱器及地暖分戶(hù)設環(huán)系統也是變流量系統，其水力平衡特性同以上是一致的。

　　對于單、雙管組合系統，分支管為單管串聯(lián)的按定流量系統進(jìn)行分析，分支管為雙管并聯(lián)及主管、機房部分按變流量系統進(jìn)行分析。

　�、�、空調系統典型的變流量水力平衡方式：

　�、�、帶電動(dòng)二通閥的風(fēng)機盤(pán)管變流量水力平衡方式：

　　該系統的水力平衡分析參看四。

　　2（動(dòng)態(tài)水力平衡的實(shí)現）部分。

　　值得注意的是，目前市場(chǎng)上有一種自動(dòng)平衡電動(dòng)調節閥，其功能和上述方式是一致的，均能保證每個(gè)風(fēng)機盤(pán)管達到動(dòng)態(tài)水力平衡。它將上述功能和電動(dòng)二通閥集成到一個(gè)閥內，安裝在每個(gè)風(fēng)機盤(pán)管支路上，其缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

　�、�、帶電動(dòng)調節閥的空氣處理機組（或柜式換熱機組）變流量水力平衡方式：

　�、�、帶動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥的空氣處理機組（柜式換熱機組）變流量水力平衡方式：

　　動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥是一種新穎高效、調節性能極佳的電動(dòng)調節閥，它實(shí)質(zhì)上是壓差調節器與電動(dòng)調節閥的集成。當系統其它管路的特性發(fā)生變化時(shí)，由于動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥內置壓差調節器的作用，使A、B二點(diǎn)的壓差保持不變。如果電動(dòng)調節閥VM開(kāi)度不變，則通過(guò)空氣處理機組的水流量保持不變。當空氣處理機組回風(fēng)溫度T發(fā)生變化時(shí)，輸入到調節計的測量回風(fēng)溫度與設定回風(fēng)溫度相比較，輸出一個(gè)4-20mA的控制信號去控制電動(dòng)調節閥的開(kāi)度，以調節水流量，保證回風(fēng)溫度與設定溫度一致。在電動(dòng)調節閥動(dòng)作時(shí)，由于壓差調節器的作用，電動(dòng)調節閥二端壓差（A、B二點(diǎn)）保持不變，因此這種調節是靈敏高效的，且調節閥流量特性曲線(xiàn)與理想的流量特性曲線(xiàn)一致，沒(méi)有變形。這種電動(dòng)調節閥比普通的電動(dòng)調節閥具有更好的調節特性。

　　五、結束語(yǔ)：

　　定流量系統與變流量系統是多種多樣的，在這里只簡(jiǎn)單地分析幾種典型的形式。需要注意的是，在實(shí)際的工程設計中，應根據工程投資和系統的精度要求合理地選用水力平衡設備，既要滿(mǎn)足工程設計和技術(shù)規范要求，同時(shí)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

　　3、賀平、孫剛主編—供熱工程。北京，中國建筑工業(yè)出版社，1990年