1 水力失調
建筑物暖通空調系統采用水作為傳輸介質,傳輸冷水機組的制冷量或熱源的供熱量至末端設備與空氣進行熱交換的系統,其水系統的設計合理與否相當關鍵,直接影響到各個部分的空調效果及整個系統運行效率的正常發揮。即使設計人員在設計時考慮到了該平衡狀況,但在具體的施工、設備材料選擇等環節中,也會引入一些偏離設計值的情況,這就產生了水力失調,因此在設計中兼顧到水系統水力平衡的調節是非常重要的。
從產生原因來看,水力失調主要分為靜態和動態兩種。所謂靜態水力失調是由于設計、施工、設備材料等因素導致的空調系統管道特性阻力數比值與設計要求管道特征阻力數比值不一致,引起的系統各用戶的實際流量與設計值不一致,而產生的呈穩態的、系統本身固有的一種水力失調;而動態水力失調則是為調節系統的靜態平衡,在管道系統中設置靜態水力平衡閥時,用戶閥門開度變化導致水流量改變時,其他用戶的流量隨之變化而產生的偏離設計要求流量的一種失調狀態,這種失調伴隨著靜態失調的調整而存在,與閥門的設置有關,呈現不穩定的狀態。由于系統一般都需要進行靜態水力失調調整,因此兩種水力失調情況同時存在,系統設計時也要兼顧二者。
2 水力失調的平衡調整原則
要達到較為理想的水力平衡狀態,設計之初就要保證系統的水輸送管網自身達到水力平衡。其中,管道阻力不平衡的管網可以通過調整管路管徑、設置水平及垂直同程系統來達到平衡,這些是zui為簡單且效果好的處理方式。
必要時也可以在管路中設置靜態平衡閥,通過對末端設備、管道綜合阻力的調整達到系統水力平衡的目的。但靜態平衡閥的應用,增加了某些支路的綜合阻力,使其與zui不利環路趨于平衡,此時應該注意次生的動態水力失調的補償校正。
3 解決水力失調的措施
為解決水力失調,較為常見的幾種措施包括:
1)安裝手動調節閥,如普通調節閥、靜態流量平衡閥等;
2)安裝節流孔板;
3)加大水泵的流量;
4)安裝動態流量平衡閥等。
基于靜態平衡閥只能在使用前預調節、節流孔板易堵塞、加大水泵流量耗能較大等諸多不利因素的考慮,近年來動態流量平衡閥因其自動靈活的調節特性而廣泛使用,通過與靜態平衡閥結合,來達到較好的平衡。一般來說,該調節過程包括:設計時進行合理的系統劃分與管路布置,然后進行水力計算,zui后確定何處使用何種平衡閥。
下面以靜態平衡閥和動態平衡閥為例簡單介紹下二者的區別應用。
3.1 靜態流量平衡閥
靜態平衡閥亦稱為手動平衡閥或手動調節閥,是可進行流量測定和調節的閥門,其操作方式是人工手動調節。該平衡閥原理為可變流量的孔板,并帶有關斷功能。通過測量閥門前后測量孔的壓降,結合閥門開度的讀數,便能換算出閥門調節后的流量。靜態平衡閥實質上是一個具有明確的流量—壓差—開度∀關系、清晰可調的開度指示以及良好調節特性的阻尼調節元件。靜態平衡閥見圖1。
3.2 動態流量平衡閥
動態流量平衡閥亦稱自力式流量控制閥、定流量平衡閥等,是一種在閥體前后一定的壓差范圍內能自動保持管道的流量始終不變的閥門。通過改變平衡閥的閥芯的過流面積來適應閥門前后壓差的變化,從而達到控制流量的目的。即在一定壓差范圍內無論閥門入口流量如何變化均可保證其出口流量恒定。它相當于一個局部阻力可變的節流元件,該元件由可變過流面積的閥膽和高精度的彈簧及支撐裝置構成。彈簧受壓差的作用自動控制閥膽上過流面積的大小,從而使通過閥門的流量恒定。流量值的大小可以根據系統要求進行定制。動態流量平衡閥見圖2。
圖1 靜態平衡閥
圖2 動態流量平衡閥
基于兩種流量平衡器的原理不同,對空調精度要求較高,或者大氣環境溫度引起的末端設備負荷在總負荷中比例較小的系統來說,zui為常見的設計方式就是把靜態流量平衡閥作為系統初調節的一種方式,通過它的平衡作用削弱系統水力失調的程度,然后在相關的部位或者末端設備處安裝各種動態或電動調節裝置,如動態流量平衡閥,從而實現對系統的精調。
靜態平衡閥保證的不是系統中單個管道的流量值,它要維持的是在系統初調試時,通過靜態平衡閥的調節作用,使系統中各個管路的流量比值與設計流量的比值一致,這樣當系統的總流量等于設計總流量時,各個末端設備及管道的流量也同時達到設計流量即所需的zui大流量,系統實現靜態水力平衡。在系統中某一需流量恒定的設備的分支管路配置了適當的動態流量平衡閥后,該設備即能運行在設計流量狀態。如果并聯的外網由于變動而造成壓力的變化在一定范圍內(該閥門有效范圍),則不會造成流經該設備流量的變化。由此可見,動態流量平衡閥適合安裝在冷凍機房冷熱源設備處,一方面可以保證機組在額定狀態運行,將流量恒定在設計值,從而保護機組,另一方面提高機組的運行效率,使系統運行的水溫正常。
4 水力平衡閥的選取原則
盡管水力平衡閥在空調水系統中起著極其關鍵的作用,但是在實際的工程設計中,水力平衡閥的選取卻是可以有取舍地放寬一些設計要求的。例如,《實用供暖空調設計手冊》中有規定,平衡閥的閥門公稱直徑通??梢园磁涔芄軓街苯哟_定。
可見,其中并沒有要求平衡閥的流量、壓差等的設計值,這是因為在實際的工程設計中,應根據工程投資和系統的精度要求合理地選用水力平衡閥,既要滿足工程設計和技術規范要求,同時又應采用合理的方案,為甲方節約資金。而對于精度要求比較高的水系統來說,具體設計時,則不應簡單地選擇平衡閥公稱直徑等于配管管徑,為了保證調節精度,充分發揮其調節作用,應進一步計算流量和壓差,并保證開度控制在一定范圍內,以滿足設計流量的要求。
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