hvac水力平衡與解決方案

1、HVAC系統(tǒng)的水力平衡及解決方案,,水力平衡概念中的挑戰(zhàn)是什么?,缺少有效的手段來衡量好的水力平衡究竟帶來了多大的節(jié)能效果.更關注于主機（如冷機）方面的節(jié)能，而不關注由水力平衡所帶來的節(jié)能.更關注于在監(jiān)制系統(tǒng)方面的節(jié)能其實只有在系統(tǒng)的水力平衡時，主機（冷機）和控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)高效的節(jié)能,但是,,,什么是一個水力平衡的系統(tǒng),,標準：1、流量平衡 受控系統(tǒng)的流量在任何時候均能夠滿足實際要求 。

2、 2、壓力平衡 受控系統(tǒng)的壓力分布在任何時候均能夠滿足實際要求 ，并不產生額外的問題（例如噪音等）。,,,平衡的分類,,1、靜態(tài)平衡 所有的調節(jié)閥都不動作時，系統(tǒng)平衡。例如定流量系統(tǒng)的水力平衡和變流量系統(tǒng)的調試工況。 2、動態(tài)平衡 部分的調節(jié)閥動作時，系統(tǒng)平衡。例如變流量系統(tǒng)的運行工況。,1、流量失調的常見現(xiàn)象 ☆ 系統(tǒng)冷熱不均： A、供熱（冷）時近熱

3、遠冷（近冷遠熱）。 B、某些支路水量偏大或偏小。 ☆ 變流量系統(tǒng)運行失調。 ☆ 負荷穩(wěn)定，但房間調節(jié)閥動作頻繁，造成房間溫度震蕩頻繁。 ☆ 水泵的運行能耗過高。 ☆ 系統(tǒng)穩(wěn)定時間過長。,水力失調（不平衡）的常見現(xiàn)象：,,2、壓力失調的常見現(xiàn)象 ☆ 調節(jié)閥產生噪音和振動。 ☆ 調節(jié)閥關閉不上，嚴重時有燒閥危險。 ☆ 調節(jié)閥閥權度過小，閥門曲線變形，線性散熱受控系統(tǒng)變成上拋性散熱受控系統(tǒng)。,水力失調（不平衡）的常見現(xiàn)象：

4、,,,圖中是一個典型的異程式系統(tǒng)，假設各個末端的阻力相同，各支管管徑相同，則近端支管的水量會多于遠端支管的水量，原因是近端支管的資用壓頭大于遠端支管。系統(tǒng)越大、支管數(shù)越多、干管越長、干管比摩阻越大，失調的現(xiàn)象越嚴重。如果某個支管阻力過大，會造成水量的不足。,系統(tǒng)冷熱不均現(xiàn)象,,返 回,,常見于使用靜態(tài)平衡閥的變流量系統(tǒng)，調試時即使各個末端已經調試平衡，當實際使用時，當某些末端調節(jié)或關閉時，會造成其他末端兩端的壓差變化，從而因此其他未調節(jié)

5、末端水量的變化，從而引起失調，這種失調現(xiàn)象是一種動態(tài)的失調現(xiàn)象。,變流量系統(tǒng)運行失調現(xiàn)象,,返 回,,產生動態(tài)失調后，由于通過末端的水量發(fā)生變化，因此房間溫度也發(fā)生波動，溫控器控制調節(jié)閥調整水量。而此時該房間的負荷沒有發(fā)生任何變化，調節(jié)閥的調節(jié)動作是由于系統(tǒng)壓力波動產生的。,負荷穩(wěn)定，但調節(jié)閥動作頻繁,變流量系統(tǒng)應該： 調節(jié)閥負責能量控制，僅當負荷發(fā)生變化時動作，而平衡閥負責壓力控制，負責吸收系統(tǒng)的壓力波動。,,返 回,

6、,水泵的運行能耗過高,摘自清華大學江億老師的有關資料,,,水泵運行能耗過高主要因為水量過大,揚程與流量H-Q效率與流量η-Q功率與流量P-Q,,返 回,,系統(tǒng)穩(wěn)定時間過長,一個空調系統(tǒng)如果不能夠保持調節(jié)閥開度和散熱設備散熱量之間的良好線性關系，則會造成受控房間溫度波動頻繁，系統(tǒng)穩(wěn)定時間過長。,,系統(tǒng)穩(wěn)定時間過長,,返 回 1,,返 回 2,,根據連續(xù)流方程，水在流經調節(jié)閥的時候有一個加速和減速的過程，對應的動壓也有一個升高和降低的過

7、程，根據伯努力方程，靜壓有一個下降和上升的過程，當某點的靜壓下降到該點水溫對應的汽化壓力時，該點將出現(xiàn)氣泡，發(fā)生“氣蝕”現(xiàn)象，產生噪音和振動。 調節(jié)閥壓降越大、水溫越高（主要是冬季）越明顯。,調節(jié)閥產生噪音和振動現(xiàn)象,,返 回,,當系統(tǒng)某些末端調節(jié)閥關閉時，由于干管流速降低，因此比摩阻變小，其他末端電動調節(jié)閥兩端的壓差升高，當升高到電動調節(jié)閥的關閉壓差以上時，電動調節(jié)閥的驅動器已經無法提供足夠的扭矩去關閉電動調節(jié)閥，造成閥門無法

8、關閉的現(xiàn)象。這時末端處于過流狀態(tài)，控制器將持續(xù)要求電機動作以關閉閥門，而事實卻關閉不上，電機持續(xù)發(fā)熱，如果驅動器沒有過載保護功能，很容易發(fā)生燒電機的現(xiàn)象。,調節(jié)閥關閉不上，嚴重時有燒閥危險現(xiàn)象,,返 回,閥門的基本概念,1、定義：閥門兩端的壓差為1bar時，閥門全開時流經閥門的流量，以m3/h計。,,,流量:,壓降:,,,２、計算：,閥門的流通能力-kv,閥門的流通能力-Kv,3、公式推導：,,（閥門開度）,對于調節(jié)閥，當閥門開度沒有發(fā)

9、生變化時，閥門的流通能力不變。僅當調節(jié)閥的開度發(fā)生變化時，閥門的流通能力才發(fā)生變化。,,調節(jié)閥曲線與系統(tǒng)穩(wěn)定時間的關系,,如何實現(xiàn)盤管散熱量和閥門開度的線性關系,由于盤管靜特性為指數(shù)特性，因此為了達到良好的受控效果，通常采用對數(shù)型曲線的調節(jié)閥。只有保證一定的閥權度，才能保證閥門的實際曲線符合要求。由于盤管靜特性與供水水溫差有關，因此，小溫差對于這個問題更敏感，所以這個問題在夏季空調設計中尤為重要，否則，系統(tǒng)穩(wěn)定時間過長。,,閥門理想流量

10、特性,☆ 1：直線型：單位行程變化引起的流量變化相等。☆ 2：拋物線型：流量特性為一條二次拋物線，介于直線與等百分比特性之間?！?3：等百分比型：同樣行程在小開度時流量變化小，大開度時流量變化大。☆ 4：快開型：行程較小時，流量就比較大，閥的有效行程＜d/4，多用于關斷閥。,,閥門理想流量特性的實現(xiàn)：閥芯形狀,（1）直線特性閥芯（2）等百分比特性閥芯（3）快開特性閥芯（4）拋物線特性閥芯（5）等百分比特性閥芯（開口形）（

11、6）直線特性閥芯（開口形）,,閥權度的定義：,Δpv100: 閥門全開時閥上的壓降Δpv0: 閥門全關時閥上的壓降Δpsmax：系統(tǒng)的總壓降,閥權度,,,實現(xiàn)水力平衡的手段,,1、靜態(tài)平衡☆ 水力計算、合理配管?！?同程式?！?靜態(tài)平衡閥?！?動態(tài)壓差平衡閥或動態(tài)流量平衡閥。2、動態(tài)平衡 ☆ 動態(tài)壓差平衡閥是解決動態(tài)失調的唯一途徑。,,,平衡閥的分類,,1、靜態(tài)類平衡閥☆ 手動平衡閥：又稱靜態(tài)平衡閥，平

12、衡閥，通過手動調節(jié)閥門開度改變閥門的KV值，消耗多余的壓差，測量通過該閥的流量和壓降。2、動態(tài)類平衡閥 ☆ 動態(tài)流量平衡閥：又稱動態(tài)平衡閥，自力式流量控制閥，在一定的壓差范圍內維持流量動態(tài)恒定（在一個區(qū)間內）。☆ 動態(tài)壓差平衡閥：又稱壓差控制器，維持壓差在一定的范圍內動態(tài)恒定（在一個區(qū)間內）。,1、MSV-C 口徑：DN15－DN50， 內螺紋連接。,手動平衡閥,,2、MSV-F2 口徑：DN

13、50－DN400， 法蘭連接。,原理： 通過旋轉手柄調節(jié)閥芯的上下運動，以改變閥門的Kv值，通過專用儀表連接閥門兩端的測壓點可以測量閥門的壓降和通過流量，并可以鎖定閥門的開度。功能：☆ 調節(jié)閥功能，精確調節(jié)KV值?！?具有關斷和測量閥門的壓降和流量功能。作用： 消耗富余壓差，使管路流量和壓降與設計值一致，測量流量。,手動平衡閥,,☆ 定流量系統(tǒng)的管路，逐級安裝，從末端支路到水泵出口的各個支路。

14、☆ 變流量系統(tǒng)的大分支處（僅當安裝動態(tài)壓差平衡閥的支路上的壓差大于動態(tài)壓差平衡閥的控制壓差時才安裝），末端安裝動態(tài)壓差平衡閥?！?供水管或回水管安裝均可，差別在于安裝在供水管時，手動平衡閥的工作壓力要大于回水管安裝的情況，但是末端設備和電動調節(jié)閥的工作壓力情況剛好相反。,安裝位置,,選型： 按照Kv值選型，所選閥門的Kv值要大于設計值。最小開度大于全行程的20%閥門最小壓降大于3KPa使用注意事項： A、不能采用蝶閥

15、、閘閥、截止閥、球閥等關斷類閥門代替手動調節(jié)閥。關斷類的閥門曲線為上拋型曲線，調節(jié)靈敏性很差；而手動平衡閥的特性曲線接近直線特性，調節(jié)靈敏度較高。B、不應串聯(lián)安裝，即同一環(huán)路不應供回水管同時安裝手動平衡閥。C、系統(tǒng)調試工作比較復雜，往往需要專業(yè)調試公司進行調試。,選型和注意事項,,手動平衡閥的調試步驟,,1、首先對干管、立管、支管、末端的手動平衡閥編號,,2、計算各立管的流量比λ，找出有最大流量比的立管，如圖λ1,?1=170/15

16、0 = 1.13,設計流量 : 立管1 BV 1.0 - 150 l/h 立管2 BV 2.0 - 200 l/h 立管3 BV 3.0 - 180 l/h,測量流量 : 立管1 BV 1.0 - 170 l/h 立管2 BV 2.0 - 210 l/h 立管3 BV 3.0 - 160 l/h,?2=1.05,?3=0.88,,λ=測量流量/設計流量,,3、計算各支管的流量比λ，找出有最大流量比的支管，如

17、圖λ1,,4、計算各末端管路的流量比λ，找出有最小流量比的末端，如圖λ1,，鎖定該閥,,5、依次調整各閥的流量比和最小的末端流量比后鎖定該閥,BV 1.1.1 ?1 = 0.4BV 1.1.2 ?2 = 0.4BV 1.1.3 ?3 = 0.4,6、依次調整干管和支管的手動平衡閥，方法相同，直至完成,☆ 測量形式為固定節(jié)流孔板，測量誤差小。 ☆ DANFOSS采用針式測量接頭，具有自密封功能，直接插入測量頭

18、即可取壓。 ☆ 閥體上有開度顯示，手輪位置不隨開度的變化而升高或降低，手柄有一定長度，管道的保溫不能影響開度刻度的讀取。,丹佛斯手動平衡閥的特點,,動態(tài)流量平衡閥-AQ,口徑：DN15－DN50，內螺紋連接。,,口徑：DN50－DN800，對夾連接。,功能：該款動態(tài)流量平衡閥在壓降31-600KPa之間保持流量恒定。作用：保持通過該閥的流量恒定。,動態(tài)流量平衡閥,,動態(tài)流量平衡閥,原理： 當來流壓力P1增大時，閥膽的套筒

19、向下運動，壓縮閥膽內的彈簧，同時減少閥膽底部閥孔的過流面積，即減少閥膽的Kv值。這樣雖然閥膽兩端的壓差ΔP增大了，但是Kv值減小了，在彈簧的作用下兩者的乘積即流量Q基本上保持不變。,,,,☆ 定流量系統(tǒng)的管路，末端安裝，不需逐級?！?一次泵系統(tǒng)冷凍水泵、冷卻水泵處，防止臺數(shù)變化時水泵過流?！?冷卻塔等需要恒定流量的場所?！?供水管或回水管安裝均可。,安裝位置,,水泵曲線,管路特性曲線,臺數(shù)變化后水泵曲線,限流后管路特性曲線,選型和

20、注意事項,選型： 僅按照流量選型。使用注意事項： A、閥門壓力工作范圍，要大于最小啟動壓差。B、不能和比例積分的電動調節(jié)閥串聯(lián)安裝。,,,,,,,,,對于電動調節(jié)閥：,結果：會使電動調節(jié)閥兩端的壓差△P增大，調節(jié)閥產生噪音和振動，調節(jié)閥關閉不上，嚴重時有燒閥危險。,?,丹佛斯動態(tài)流量平衡閥的特點,☆ 第三代閥膽技術☆ 滾動密封，確保將誤差降到最低。 ☆ 工作壓差范圍寬，工作壓力至350Kpa(10,11,20,30,4

21、0閥膽）及600KPa（50,60閥膽）☆ 閥膽材質為黃銅（40以下閥膽）或不銹鋼（50以上閥膽） ☆ 大開口式設計，具有自清功能，能夠有效地防堵。,,,滾動密封,大開口式設計,,定流量系統(tǒng)水力平衡方案：,,手動平衡閥方案,動態(tài)流量平衡閥方案,動態(tài)壓差平衡閥,口徑：DN15－DN40螺紋連接。,,3、AFP/VFG 口徑：DN50－DN250 法蘭連接,1、ASV-PV 口徑：DN15－DN100

22、 螺紋連接,2、AVP 口徑：DN15－DN50 螺紋/法蘭連接,動態(tài)壓差平衡閥,原理： 電動調節(jié)閥上游的高壓通過導壓管引導至控制膜盒下側；電動調節(jié)閥下游的壓力通過外部導壓管或內部導壓孔引導至控制膜盒上側。 當高壓側的壓力升高時，膜盒向上運動，帶動閥桿、閥錐也向上運動，造成中壓側壓力升高，從而動態(tài)的保持中壓側和高壓側之間的壓力差與彈簧的預設力平衡，從而保證了電動調節(jié)閥兩端壓差的動態(tài)恒定。 當

23、高壓側的壓力降低時，膜盒向下運動，情況類似。 調節(jié)彈簧的預緊力,即可調節(jié)壓差設定值。,,低壓側,中壓側,高壓側,電動調節(jié)閥,導壓管,膜盒,動態(tài)壓差平衡閥,功能： 動態(tài)保持受控點之間的壓差恒定在設定值。作用：☆ 保證受控系統(tǒng)的動態(tài)水力平衡，防止系統(tǒng)出現(xiàn)動態(tài)失調?！?防止電動調節(jié)閥調節(jié)閥產生噪音和振動?！?系統(tǒng)中的調節(jié)閥門可選用驅動力較小的驅動器，避免燒閥危險?！?為調節(jié)閥提供良好的閥權度，確保線性散熱受控系統(tǒng)的

24、實現(xiàn)，保證系統(tǒng)的迅速穩(wěn)定?！?調試工作量非常小，加速安裝周期，系統(tǒng)改、擴建時可以免調試。☆ 方便的修正實際和設計工況之間的差異?！?最大流量限制功能。,,,保證受控系統(tǒng)的動態(tài)水力平衡,動態(tài)壓差平衡閥動態(tài)保持受控點之間的壓差ΔP恒定在設定值，其他未動作電動調節(jié)閥的Kv值不變，因此該支路的水量動態(tài)恒定。僅當電動調節(jié)閥動作時，即Kv值發(fā)生變化時，該支路的水量才會發(fā)生變化。,恒定,不變,不變,,返 回,使用手動平衡閥時的壓降情況,使用動態(tài)

25、壓差平衡閥時的壓降情況,防止電動調節(jié)閥產生噪音和振動,50%,100%,調節(jié)閥的壓降手動平衡閥的壓降管路系統(tǒng)的壓降末端的壓降,水泵曲線,水泵曲線,調節(jié)閥的壓降壓差平衡閥的壓降管路系統(tǒng)的壓降末端的壓降,,返 回,,調節(jié)閥門選用驅動力較小的驅動器,電動調節(jié)閥兩端的壓差恒定，系統(tǒng)的壓力波動均由動態(tài)壓差平衡閥吸收，因此調節(jié)閥門選用驅動力較小的驅動器。,,返 回,,閥權度的定義：,Δpv100: 閥門全開時閥上的壓降Δpv0: 閥

26、門全關時閥上的壓降Δpsmax：系統(tǒng)的總壓降,為調節(jié)閥提供良好的閥權度,動態(tài)壓差平衡閥直接恒定電動調節(jié)閥兩端的壓差時，電動調節(jié)閥的閥權度為1。,,返 回,☆ 定、變流量系統(tǒng)的管路，末端安裝，不需逐級?！?變流量系統(tǒng)的管路，支管或立管安裝，不需逐級?！?單導壓管的閥必須回水安裝，雙導壓管的閥供水或回水管安裝均可。,安裝位置,,丹佛斯動態(tài)壓差平衡閥的特點和選型,,特點：☆ 口徑范圍大，DN15-DN250。 ☆ 壓差控制范圍大且選

27、擇靈活，有0.15-1.5bar、0.1-0.7bar 、 0.05-0.35 bar、 1-6bar、 0.5-3bar等多個規(guī)格可供選擇。選型： 閥體按照Kv值選型，所選閥門的Kv值要大于設計值，計算閥門Kv值時所用的是閥門壓降，并非控制壓差。用控制壓差選驅動器。,丹佛斯壓差控制器選型表,動態(tài)壓差平衡型電動調節(jié)閥,,DN15－DN50， 螺紋連接DN32－DN125，法蘭連接,動態(tài)壓差平衡型電動調節(jié)閥,原理：

28、 實質就是一個動態(tài)壓差平衡閥和一個電動調節(jié)閥合二為一，該閥為雙閥錐結構，上閥錐為電動調節(jié)閥的閥錐，下閥錐為動態(tài)壓差平衡閥的閥錐，動態(tài)壓差平衡閥為電動閥閥錐（上閥錐）前后提供恒定的壓差（0.2Bar或0.5Bar），系統(tǒng)的壓力波動都被動態(tài)壓差平衡閥吸收，當電動閥閥錐（上閥錐）沒有動作時，閥門流通能力kv不變，壓差ΔP不變，因此閥門的流量Q不變；只有當電動閥閥錐（上閥錐）的動作時，通過閥門的流量才會發(fā)生變化，從而實現(xiàn)了動態(tài)平衡和調節(jié)功能的

29、完美統(tǒng)一。,,動態(tài)壓差平衡型電動調節(jié)閥,過程： 膜片的上下兩端與內部彈簧的力量形成一個平衡，即P1=P2+P彈簧。 當系統(tǒng)壓力發(fā)生波動，P1增加時，此平衡被破壞，膜片下方的力大于上方，因此膜片會向上移動，關小壓差控制閥閥芯，使得P2增加，重新達到平衡，如圖所示。 反之壓差控制閥開大，使得調節(jié)閥閥芯的壓差在整個開關的工作過程中始終保持恒定，這樣經過該閥門的流量的變化僅與調節(jié)閥的開度一一對應。,動態(tài)壓差平衡型電動調節(jié)閥-

30、ABQM,動態(tài)維持P2和P3之間的壓差恒定,,最大流量設定功能,電動調節(jié)功能,一體閥精確的流量控制功能,,負荷變化時一體閥精確的流量控制功能I,,由于一體閥有100%的閥權度，因此系統(tǒng)穩(wěn)定時間很短。,,,,,,負荷變化時一體閥精確的流量控制功能II,開度設定變化時一體閥精確的流量控制功能,,由于一體閥有100%的閥權度，因此系統(tǒng)穩(wěn)定時間很短。,☆ 變流量系統(tǒng)的管路，末端安裝，不需逐級。,安裝位置,,一體閥的優(yōu)、缺點,,主要優(yōu)點：1、占

31、用的空間少，系統(tǒng)的自動平衡性好。2、每組閥少了一個泄漏點。3、安裝、維修方便。缺點：1、不如分體方案（動態(tài)壓差平衡閥+電動調節(jié)閥）靈活，分體方案的壓差可以現(xiàn)場調節(jié)。,丹佛斯一體閥的特點和選型,,特點：☆ 流通能力強（同口徑的情況下丹佛斯閥門KV值較大）?！?關閉壓差大?！?采用膜盒外置結構，能夠更有力的保證閥錐前后壓力的恒定，并不易堵塞。 ☆ 機械方式進行開度設定，調試方便?！?先進的驅動器設計：具有自檢閥門行程的功能

32、以減少調試時間，并具有手動操作功能；驅動器帶有過載保護和故障報警，具有閥位極限位置力敏開關，為閥錐提供過載保護； 驅動器具有增強保護功能，在連接時不慎將電源線等接反時，不會將電路板燒毀；驅動器行程為256個步進，使得定位更準；驅動器能接受0-10V、2-10V、0-20mA、4-20 mA四種控制信號，并帶回饋信號。選型： 按照流量選型。,丹佛斯一體閥選型表,風機盤管,空調機組,變流量系統(tǒng)水力平衡方案,,動態(tài)壓差平衡閥方案,一

33、體閥方案,☆ 系統(tǒng)冷熱不均；水泵的運行能耗過高?水力計算、合理配管；同程式；靜態(tài)平衡閥；動態(tài)壓差平衡閥或動態(tài)流量平衡閥、一體閥?！?變流量系統(tǒng)運行失調；負荷穩(wěn)定，但房間調節(jié)閥動作頻繁，造成房間溫度震蕩頻繁；系統(tǒng)穩(wěn)定時間過長?動態(tài)壓差平衡閥或一體閥?！?調節(jié)閥產生噪音和振動；調節(jié)閥關閉不上，嚴重時有燒閥危險；調節(jié)閥閥權度過小，閥門曲線變形，線性散熱受控系統(tǒng)變成上拋性散熱受控系統(tǒng)。?動態(tài)壓差平衡閥或一體閥。,水力失調常見現(xiàn)象的解決辦法：