德國歐文托普公司中國代表處 王曉松☆

 (本文刊載于《暖通空調》雜志2005年第七期)

摘  要：本文分析了暖通空調工程定流量和變流量系統水力平衡的特點；提出了變流量系統全面平衡的概念；同時對水力平衡和水力失調系統進行了比較；最后結合工程實例分析了這種全面平衡變流量水力系統的舒適節能性。
   關鍵詞：全面平衡、靜態水力平衡、動態水力平衡、變流量系統

All Balancing In HVAC Variable Flowrate System
                                                       By Wang Xiaosong
Abstract: Analyse the characteristic of hydronic balancing in HVAC invariable flowrate system and Variable flowrate system; Give the concept of all balancing in variable flowrate system; Compare the hydronic balancing system with the hydronic maladjusted system;Finally analyse the comfort and energy-saving in all balancing system by a engineering case.
Keywords: All balancing 、Static hydronic balancing、Dynamic hydronic balancing、
Variable flowrate system

在暖通空調工程中，水力平衡的調節是個重要的課題。本文分析了暖通空調工程定流量和變流量系統水力平衡的特點；提出了變流量系統全面平衡的概念；同時對水力平衡和水力失調系統進行了比較；最后結合工程實例分析了全面平衡水力系統的舒適節能性。

一.水力平衡的概念及分類：

1、靜態水力失調和靜態水力平衡：
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值與設計要求管道特性阻力數比值不一致，從而使系統各用戶的實際流量與設計要求流量不一致，引起的水力失調，叫做靜態水力失調。
靜態水力失調是穩態的、根本性的，是系統本身所固有的。
通過在管道系統中增設靜態水力平衡設備，在水系統初調試時對系統管道特性阻力數比值進行調節，使其與設計要求管道特性阻力數比值一致，此時當系統總流量達到設計總流量時，各末端設備流量同時達到設計流量，實現靜態水力平衡。
2、動態水力失調和動態水力平衡：
系統實際運行過程中當某些末端閥門開度改變引起水流量變化時，系統的壓力產生波動，其它末端的流量也隨之發生改變，偏離末端要求流量，引起的水力失調，叫做動態水力失調。
動態水力失調是動態的、變化的，它不是系統本身所固有的，是在系統運行過程中產生的。
通過在管道系統中增設動態水力平衡設備，當其它用戶閥門開度改變引起水流量變化時，通過動態水力平衡設備的屏蔽作用，自身的流量并不隨之變化，末端設備流量不互相干擾，實現動態水力平衡。
3、全面水力平衡：
全面水力平衡就是消除了靜態和動態水力失調，使系統同時達到靜態和動態水力平衡。

二.定流量系統的靜態水力平衡：
定流量系統是早期的暖通空調工程中常見的水力系統。
定流量系統是指系統不含任何調節閥門，系統在初調試完成后閥門開度無須做任何改變，系統各處流量始終保持恒定。定流量系統主要適用于末端設備無須通過流量來進行調節的系統，如采用變風量來調節的風機盤管和空調箱等。
定流量系統只存在靜態水力失調，基本不存在動態水力失調，因此只需在相關部位安裝靜態水力平衡設備即可。通常在系統機房集水器以及一些主要分支回水管上安裝靜態水力平衡閥。
三.變流量系統的全面水力平衡：
隨著人們對空調品質要求、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越重要的位置。
變流量系統是指系統在運行過程中各分支環路的流量隨外界負荷的變化而變化。由于暖通空調工程在一年的大部分時間均處于部分負荷運行工況，變流量系統大部分時間管道流量都低于設計流量，因此這種系統是高效節能的。
變流量系統一般既存在靜態水力失調，也存在動態水力失調，因此必須采取相應的水力平衡措施來實現系統的全面平衡。
1、 靜態水力平衡的實現：
通過在相應的部位安裝靜態水力平衡設備，使系統達到靜態水力平衡。
實現靜態水力平衡的判斷依據是：當系統所有的自力式閥門均設定到設計參數位置，所有末端設備的溫控閥（電、氣動閥）均處于全開位置時，系統所有末端設備的流量均達到設計流量。
從上可以看出，實現靜態水力平衡的目的是使系統能均衡地輸送足夠的水量到各個末端設備，并保證末端設備同時達到設計流量。
但是，末端設備在大部分時間是不需要這么大的流量的。因此，系統不但要實現靜態水力平衡，還要實現動態水力平衡。
2、 動態水力平衡的實現：
通過在相應部位安裝動態水力平衡設備，使系統達到動態水力平衡。
實現動態水力平衡的判斷依據是：在系統中各個末端設備的流量達到末端設備實際瞬時負荷要求流量的同時，各個末端設備流量的變化只受設備負荷變化的影響，而不受系統壓力波動的影響，即系統中各個末端設備流量的變化不互相干擾。
變流量系統的動態水力平衡在保證系統供給和需求水量瞬時一致性（這個功能是由各類調節閥門來實現的）的同時，避免了各末端設備流量變化的相互干擾，從而保證系統能高效穩定地將設備在各個時刻所須的流量準確地輸送過去。
目前在暖通空調變流量系統中常用的兼具動態平衡與調節功能的動態水力平衡設備主要有動態平衡電動二通閥（風機盤管用）、動態平衡電動調節閥（各類空調箱用）等。
四.水力平衡和水力失調系統的比較：
1、靜態水力平衡與水力失調系統的比較：
圖1為對靜態水力不平衡系統進行改造的一個應用實例。下圖為系統流程圖，其中左側為水泵及主機，右側為四臺末端設備，四臺末端設備的設計流量均為20m3/h；

上圖為該系統在靜態水力平衡前后的阻力分布線圖。
⑴、靜態水力失調系統的流量計算：
在未安裝靜態水力平衡設備前，現場測得的末端設備流量及通過改造水泵來滿足流量的計算結果如表1所示，該系統為靜態失調的水力系統。

表1

由上表可見，設計總流量為80（m3/h），但為了保證最不利環路達到設計流量，實際水泵所需的最小流量為107.5（m3/h），遠遠大于設計總流量。
這樣的系統既不節能，也不舒適，因此必須安裝靜態水力平衡設備對系統進行改造。
⑵、靜態水力平衡系統的流量計算：
表2為安裝了靜態水力平衡閥并調試合格前后的末端設備流量的實測數值。

  表2

由上表可見，設計總流量為80（m³/h），系統靜態水力平衡后的實際總流量也是80（m³/h），且各個末端設備的流量同時達到設計流量。因此這種系統實現了靜態水力平衡，并且舒適節能。