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静态水力平衡阀工程应用分析

静态水力平衡阀工程应用分析

发布日期:2021/6/9 14:13:07

水力平衡新产品、新技术、新思维不断影响着我国暖通界,设计人员在很多工程中大量采用了水力平衡阀。但是,实际工程中不断暴露出问题,由此产生了关于水力平衡和平衡阀的质疑和相关的学术之争。

  1 水力平衡

  对水力平衡的定义是:在真实运行情况下测定水的流量,并在满负荷时调节流量至设计值,为建筑物内的每个区域或房间输送合理的供热、供冷量的过程。

  2 静态水力平衡阀应用的讨论

  2.1 设计工况下的水力失调

  对于一个按照设计要求运行的理想HVAC系统而言,在满负荷工况下,各个用户都能够获得设计水量,满足各个区域用户的舒适性以及系统运行的安全性和经济性要求,避免用户投诉和能源浪费,这样的系统就算是实现了水力平衡的系统。反之则称为水力不平衡或称水力失调的系统。通常在设计工况下,当系统中某一用户资用压头高于设计压头时,其实际流量就可能会大于设计流量,其他环路的实际流量则有可能达不到设计流量,这种设计工况下出现的水力失调特性为静态水力失调,是由于设计、施工、设备材料等原因导致的系统管道特性阻力数比值与设计要求的管道特性阻力数比值不一致引起的,是系统本身所固有的[2]。

  另一种状态是,系统中所有末端用户实际流量均等于或大于设计值。由此引起的水力失调工况并不会导致客户投诉,故常常并未引起设计师和工程师的重视。

  对于闭路循环的管网,其水力工况各物理量之间的相互关系可用公式Δp=SG2描述,其中Δp为压差或阻力损失;S为管网阻抗;G为流量。压差和流量的调控互为手段和目的。

  在静态水力平衡阀的设计理念进入中国之前,工程技术人员多采用截止阀或蝶阀等来实现和满足水系统对水力平衡技术的要求。由于截止阀、蝶阀结构简单、价格低、调节便利,被广泛应用于水力平衡的调节。图1是给出的水力平衡示意图。

  在正确设计选型前提下,系统在满负荷工况下末端各温控电动阀应全开,1#~3#末端的设计流量均为33m3/h。若图1中所有阀门开度均为100%,1#末端流量约为39m3/h;2#末端流量约为35m3/h;3#末端流量约31m3/h,水泵工作点参数扬程约为19m、流量约为105m3/h,系统出现水力失调。

  分别调节1#和2#调节阀开度,将1#末端节点盘管加温控阀两端压差减小40kPa;2#末端减小20kPa,使1#~3#末端节点盘管加温控阀两端阻力均为80kPa,同时满足约33m3/h的设计流量,水泵工作点参数为扬程20m,流量100m3/h,实现系统静态水力平衡。而3个末端中3#末端无需调整调节阀即可满足33m3/h设计流量,可见并不是所有末端支路都需要配置静态水力平衡调节阀,静态水力平衡阀并不是解决水系统设计工况下水力失调难题的唯一选择。

  鉴于目前大多数HVAC水系统的设计仅对末端支路标示设计流量参数,而很少对末端压差值提出技术要求,手动调节阀的平衡调节主要还是依靠设计、施工、运行和维护人员的实践经验现场调节实现的,故被平衡阀供应商视为一种缺乏理论支持的系统调节方法。但是,其对消除设计工况下的系统水力失调作用却是有目共睹的不争事实。

  2.2 静态水力平衡阀与水力平衡

  常见的静态水力平衡阀实质上可以视为多功能手动调节阀,其特点是一个调节阀多种功能。仅从实验性能特性曲线数据来看,当阀门两端压差Δp为常数时,静态水力平衡阀的调节性能并没有明显的优势,采用静态水力平衡阀取代传统调节阀的理论依据尚显单薄。就管网阻力特性及性价比等参数而言,静态水力平衡阀反而略逊一筹。

  目前市场上的静态水力平衡阀多具有流量测量、开度数字显示、流量预设和注水/排空等优点。可以通过专业仪表在现场随时测量平衡阀的流量;也可起开、关作用。平衡阀在调试结束后,锁定功能使开度不能随便改动。因阀体主轴上有环形密封圈密封,减少了维护保养的工作量。类似测量、调节、排空、充液等工作都不必中断系统的运行,可现场完成,且不必破坏系统的整体保温。但是,目前一台品质优良的静态水力平衡阀的市场价格甚至高于相同流量的离心式水泵,除了居高不下的价格之外,目前国内市场上的静态水力平衡阀尚存在不少缺憾。

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