簡介： 本文揭示了水力失調(diào)與水力平衡的概念及其分類，并對定流量系統(tǒng)及變流量系統(tǒng)水力失調(diào)的特點、實現(xiàn)水力平衡的措施及典型的幾種系統(tǒng)形式進行了深入的分析。
關(guān)鍵字：水力平衡 水力失調(diào) 定流量 變流量

在建筑物暖通空調(diào)工程中，水力平衡的調(diào)節(jié)是個重要的課題。本文提出了靜態(tài)水力平衡和動態(tài)水力平衡的概念，并結(jié)合二種水力平衡的特點，分析了定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng)幾種典型方式的水力平衡設備的選擇及實現(xiàn)水力平衡的方式。

一、水力失調(diào)和水力平衡的概念：

在熱水供熱系統(tǒng)以及空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中各熱（冷）用戶的實際流量與設計要求流量之間的不一致性稱為該用戶的水力失調(diào)。

水力失調(diào)的程度可以用實際流量與設計要求流量的比值X來衡量，X稱水力失調(diào)度。

X = QS/QJ（QS：用戶的實際流量，QJ：用戶的設計要求流量）

水力平衡是指網(wǎng)路中各個熱用戶在其它熱用戶流量改變時保持本身流量不變的能力，通常用熱用戶的水力穩(wěn)定性系數(shù)ｒ來表示。

ｒ=1/ XMAX = QJ/ QMAX

（QJ：用戶的設計要求流量，QMAX：用戶出現(xiàn)的最大流量）

二、水力失調(diào)和水力平衡的分類：

1、靜態(tài)水力失調(diào)和靜態(tài)水力平衡：

由于設計、施工、設備材料等原因?qū)е碌南到y(tǒng)管道特性阻力數(shù)比與設計要求管道特性阻力數(shù)比值不一致，從而使系統(tǒng)各用戶的實際流量與設計要求流量不一致，引起系統(tǒng)的水力失調(diào)，叫做靜態(tài)水力失調(diào)。

靜態(tài)水力失調(diào)是穩(wěn)態(tài)的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的，是當前我國暖通空調(diào)水系統(tǒng)中水力失調(diào)的重要因素。

通過在管道系統(tǒng)中增設靜態(tài)水力平衡設備（水力平衡閥）對系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值進

行調(diào)節(jié)，使其與設計要求管道特性阻力數(shù)比值一致，此時當系統(tǒng)總流量達到設計流量時，各末端設備流量均同時達到設計流量，系統(tǒng)實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。

2、動態(tài)水力失調(diào)和動態(tài)水力平衡：

當用戶閥門開度變化引起水流量改變時，其它用戶的流量也隨之發(fā)生改變，偏離設計要求流量，從而導致的水力失調(diào)，叫做動態(tài)水力失調(diào)。

動態(tài)水力失調(diào)是動態(tài)的、變化的，它不是系統(tǒng)本身所固有的，是在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的。

通過在管道系統(tǒng)中增設動態(tài)水力平衡設備（流量調(diào)節(jié)器或壓差調(diào)節(jié)器），當其它用戶閥門開度發(fā)生變化時，通過動態(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，此時系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

三、定流量系統(tǒng)水力平衡分析：

定流量水力平衡系統(tǒng)是暖通空調(diào)設計中常見的水力系統(tǒng)，在運行過程中系統(tǒng)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(tǒng)：

完全定流量系統(tǒng)是指系統(tǒng)中不含任何動態(tài)閥門，系統(tǒng)在初調(diào)試完成后閥門開度無須作任何變動，系統(tǒng)各處流量始終保持恒定。完全定流量系統(tǒng)主要適用于末端設備無須通過流量來進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，如末端風機盤管采用三速開關(guān)調(diào)節(jié)風速和采用變風量空氣處理機組的空調(diào)系統(tǒng)以及系統(tǒng)要求較低、只需氣候補償器調(diào)節(jié)供暖水溫即可滿足基本需要的供暖系統(tǒng)等。

完全定流量系統(tǒng)只存在靜態(tài)水力失調(diào)，不存在動態(tài)水力失調(diào)，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(tǒng)機房集水器上安裝水力平衡閥（如圖1所示）；對于空調(diào)水系統(tǒng)，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(tǒng)，雖然也不包含任何動態(tài)閥門，但由于無法通過其它非流量手段進行調(diào)節(jié)，因此在實際運行中用戶會因為房間過冷或過熱而改變閥門開度從而改變流量，因此可以認為這種系統(tǒng)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(tǒng)：

單管串聯(lián)供暖系統(tǒng)包括垂直雙管水平單管串聯(lián)系統(tǒng)以及垂直單管系統(tǒng)等。這種系統(tǒng)主管的流量基本不變，因此是定流量系統(tǒng)。以前者為例，來說明實現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡的方式。

這種系統(tǒng)主要存在靜態(tài)水力失調(diào)，在水平分支管上由于三通或二通溫控閥的調(diào)節(jié)作用而存在一定的動態(tài)水力失調(diào)。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(tǒng)保持水力平衡。具體如下：

⑴、在系統(tǒng)機房集水器上安裝水力平衡閥；

⑵、在立管回水管上設水力平衡閥（如圖2所示）；

⑶、在水平分支管上安裝流量調(diào)節(jié)器保證各分支環(huán)路流量恒定（既可在本分支環(huán)路內(nèi)部管道特性變化時保持流量恒定，也可在其它環(huán)路流量變化時避免受其干擾）。

3、末端設備帶三通調(diào)節(jié)閥的空調(diào)系統(tǒng)：

如圖3所示，該系統(tǒng)與系統(tǒng)2類似。系統(tǒng)各分支環(huán)路的流量基本不變，是定流量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要存在靜態(tài)水力失調(diào)，在末端管路上也存在一定的動態(tài)水力失調(diào)。因此只需在相應部位增加相應的水力平衡設備即可使系統(tǒng)保持水力平衡。具體措施同系統(tǒng)2，只需將措施⑶的流量調(diào)節(jié)器安裝在末端設備（風機盤管或空氣處理機組）水管道即可。

四、變流量水力平衡分析：

由于人們對系統(tǒng)品質(zhì)的要求以及節(jié)能意識的不斷提高，變流量水力系統(tǒng)在暖通空調(diào)工程中占據(jù)越來越重要的位置。變流量系統(tǒng)在運行過程中各分支環(huán)路的流量是隨著外界環(huán)境負荷的變化而變化的。由于暖通空調(diào)工程在一年運行的大部分時間均處于部分負荷運行工況，因此變流量系統(tǒng)大部分時間系統(tǒng)流量都是低于設計流量的。因此這種系統(tǒng)是實時、靈敏、高效、節(jié)能的。

變流量系統(tǒng)一般既存在靜態(tài)水力失調(diào)，也存在動態(tài)水力失調(diào)，因此必須采取相應的水力平衡措施來實現(xiàn)系統(tǒng)的水力平衡。

1、靜態(tài)水力平衡的實現(xiàn)：

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

實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡的判斷依據(jù)是：當系統(tǒng)所有動態(tài)水力平衡設備均設定到設計參數(shù)位置（設計流量或壓差），所有末端設備的溫度控制閥門（溫控閥、電動二通閥和電動調(diào)節(jié)閥等）均處于全開位置時（這時系統(tǒng)是完全定流量系統(tǒng)，各處流量均不變），系統(tǒng)所有末端設備的流量均達到設計流量。

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

變流量系統(tǒng)靜態(tài)水力平衡設備的選擇可參照定流量系統(tǒng)的描述來進行，在這里就不再贅述。

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(tǒng)不但要實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡，還要實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

2、動態(tài)水力平衡的實現(xiàn)：

通過在相應部位安裝動態(tài)水力平衡設備，使系統(tǒng)達到動態(tài)水力平衡。它包含二方面內(nèi)容：

①、當系統(tǒng)其它環(huán)路發(fā)生變化時，自身環(huán)路關(guān)鍵點壓差并不隨之發(fā)生變化，當自身的動態(tài)閥門（如溫控閥、電動調(diào)節(jié)閥）開度不變時，流量保持不變；如圖4所示，當C、D點壓差變化時，通過動態(tài)水力平衡設備（壓差調(diào)節(jié)器PV）的調(diào)節(jié)作用，使A、B二點壓差并不發(fā)生變化，如果各支路電動二通閥VM1、VM2……開度保持不變,則流經(jīng)風機盤管FP1、FP2的流量保持不變；

②、當外界環(huán)境負荷變化導致系統(tǒng)自身環(huán)路變化時，通過動態(tài)水力平衡設備的作用，使關(guān)鍵點壓差并不發(fā)生變化，此時自身其它并聯(lián)支路的流量也不發(fā)生變化。如圖4，當風機盤管FP1所在房間負荷變化導致電動二通閥FM1由開啟到關(guān)閉，由于壓差調(diào)節(jié)器PV1的作用，A、B二點的壓差并不隨之發(fā)生變化，這樣，風機盤管FP2的流量保持不變。

由上可知，變流量系統(tǒng)動態(tài)水力平衡一般是通過動態(tài)水力平衡設備將雙管并聯(lián)系統(tǒng)關(guān)鍵點壓差恒定在設計壓差來實現(xiàn)的。因此變流量動態(tài)水力平衡系統(tǒng)也可叫做變流量定壓差系統(tǒng)。壓差調(diào)節(jié)是變流量系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)方式。實際上，動態(tài)水力平衡的另一關(guān)鍵設備流量調(diào)節(jié)器也是通過閥體內(nèi)部關(guān)鍵點恒定壓差（關(guān)鍵點間的節(jié)流裝置開度不變）來保持流量不變的（固定閥膽式除外）。

下面就變流量系統(tǒng)幾種典型動態(tài)水力平衡方式進行分析：

⑴、暖通空調(diào)機房三種主要變流量動態(tài)水力平衡方式：

①、自力式壓差調(diào)節(jié)器方式：

如圖5所示，在分集水器旁通管上設壓差調(diào)節(jié)器PV調(diào)節(jié)分集水器壓差，當某一分支環(huán)路如V1-J1流量變化時，由于壓差調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使分集水器壓差△P保持不變。這樣，其余分支環(huán)路V2-J2、V3-J3的流量并不隨之發(fā)生變化，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

②、電動調(diào)節(jié)閥方式：

電動調(diào)節(jié)閥方式可以分為電動二通閥和電動三通合（分）流調(diào)節(jié)閥方式三種，以電動二通閥方式為例：

如圖6所示，從分集水器上采集壓力信號P1、P2輸入壓差變送器，壓差變送器輸出4-20mA標準電流信號到調(diào)節(jié)計（或DDC），通過與調(diào)節(jié)計上設定壓差相比較，輸出4-20mA控制信號到電動調(diào)節(jié)閥控制其動作，通過調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥改變旁通水量從而保證分集水器壓差△P恒定到設計壓差，這時分集水器上任一分支回路流量變化時對其它回路不產(chǎn)生影響，系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

③、調(diào)頻水泵方式：

如圖7所示，從分集水器上采集壓力信號P1、P2輸入到壓差變送器，壓差變送器輸出4-20mA標準電流信號到調(diào)節(jié)計（或DDC），與調(diào)節(jié)計設定壓差比較后輸出4-20mA控制信號到調(diào)頻器，通過調(diào)頻器輸出已調(diào)頻的電壓信號到水泵，控制水泵轉(zhuǎn)速改變水流量，從而保證分集水器壓差與設定壓差保持一致，使系統(tǒng)達到動態(tài)水力平衡。

⑵、供熱系統(tǒng)典型的變流量水力平衡方式：

如圖8所示為垂直雙管、水平雙管并聯(lián)分戶設環(huán)供熱系統(tǒng)。在垂直立管回水管上設壓差調(diào)節(jié)器PV1，當其它立管的管道特性發(fā)生變化時，由于壓差調(diào)節(jié)器PV1的調(diào)節(jié)作用，垂直立管供回水關(guān)鍵點A、B的壓差保持不變；在水平管回水管上設壓差調(diào)節(jié)器PV2，當其它不同樓層水平管管道特性發(fā)生變化時，由于壓差調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，水平支管供回水關(guān)鍵點C、D的壓差保持不變。這時當該環(huán)路某一散熱器所在房間負荷變化引起溫控閥WA開度變化時，由于壓差調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，關(guān)鍵點C、D的壓差不變，這樣該環(huán)路其余散熱器的流量并不會隨之變化。

通過對變流量供熱系統(tǒng)關(guān)鍵點壓差的層層整定，使系統(tǒng)中每個散熱器的流量只會因為自身負荷變化而通過溫控閥的調(diào)節(jié)來改變，并不會因為系統(tǒng)中其它散熱器流量變化而發(fā)生變化。這樣，系統(tǒng)真正地實現(xiàn)了動態(tài)水力平衡。

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

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

⑶、空調(diào)系統(tǒng)典型的變流量水力平衡方式：

①、帶電動二通閥的風機盤管變流量水力平衡方式：

該系統(tǒng)的水力平衡分析參看四.2（動態(tài)水力平衡的實現(xiàn)）部分。

值得注意的是，目前市場上有一種自動平衡電動調(diào)節(jié)閥，其功能和上述方式是一致的，均能保證每個風機盤管達到動態(tài)水力平衡。它將上述功能和電動二通閥集成到一個閥內(nèi)，安裝在每個風機盤管支路上，其缺點是價格較高。

②、帶電動調(diào)節(jié)閥的空氣處理機組（或柜式換熱機組）變流量水力平衡方式：

如圖9所示為帶電動二通閥的空氣處理機組。在回水管上安裝壓差調(diào)節(jié)器，當系統(tǒng)其它分支管路的管道特性發(fā)生變化時，通過壓差調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使A、B二點的壓差保持不變。這時如果電動二通閥VM的開度不變，則空氣處理機的水流量保持不變，系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

③、帶動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥的空氣處理機組（柜式換熱機組）變流量水力平衡方式：

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥是一種新穎高效、調(diào)節(jié)性能極佳的電動調(diào)節(jié)閥，它實質(zhì)上是壓差調(diào)節(jié)器與電動調(diào)節(jié)閥的集成。如右圖所示，當系統(tǒng)其它管路的特性發(fā)生變化時，由于動態(tài)平衡電動

調(diào)節(jié)閥內(nèi)置壓差調(diào)節(jié)器的作用，使A、B二點的壓差保持不變。如果電動調(diào)節(jié)閥VM開度不變，則通過空氣處理機組的水流量保持不變。當空氣處理機組回風溫度T發(fā)生變化時，輸入到調(diào)節(jié)計的測量回風溫度與設定回風溫度相比較，輸出一個4-20mA的控制信號去控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，以調(diào)節(jié)水流量，保證回風溫度與設定溫度一致。在電動調(diào)節(jié)閥動作時，由于壓差調(diào)節(jié)器的作用，電動調(diào)節(jié)閥二端壓差（A、B二點）保持不變，因此這種調(diào)節(jié)是靈敏高效的，且調(diào)節(jié)閥流量特性曲線與理想的流量特性曲線一致，沒有變形。這種電動調(diào)節(jié)閥比普通的電動調(diào)節(jié)閥具有更好的調(diào)節(jié)特性。

五、結(jié)束語：

定流量系統(tǒng)與變流量系統(tǒng)是多種多樣的，在這里只簡單地分析幾種典型的形式。需要注意的是，在實際的工程設計中，應根據(jù)工程投資和系統(tǒng)的精度要求合理地選用水力平衡設備，既要滿足工程設計和技術(shù)規(guī)范要求，同時又應采用合理的方案，為甲方節(jié)約資金。

參考文獻：

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

2、陸耀慶 等主編—供暖通風設計手冊。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

作者簡介：

王曉松，男，1969年7月生，大學，工程師，100176，地址：北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)同濟中路5號。電話：（010）67883603。Email: oventropwxs@vip.sina.com