暖通空調系統|水力失衡問題-暖通空調系統水力失調問題的原因及解決方法--（河北同力轉載）-

水力失調是普遍存在的問題,在暖通空調水系統中。由于系統中水力失調問題的存在,才導致系統流量分配不均，在某些空調區域流量過高，某些空調區域流量過低，才造成某些區域冬天不熱、夏天不冷的情況出現。系統輸送水流量的不合理，使得空調區域實際需求的冷、熱量與實際供給的冷、熱量不匹配，從而引起能源的浪費，而 且就是在存在能量浪費情況的同時，還存在某些區域沒有達到供熱、制冷的效果。在系統運行過程中為解決這個問題，通常采用提高水泵揚程的措施，但仍會產生熱 （冷）不均及更大的能源浪費，這讓空調系統的運營部門在支出很大一部分沒必要的運行成本的同時卻沒有得到問題的解決。因此，必須采用相應的水力平衡措施對 系統流量分配進行調節才能徹底從根本上解決這個問題。
一、水力失調存在的原因及種類
在暖通空調水系統中某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。水力失調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稱水力失調度。
X = G/G0
G：用戶的實際流量（m3/h）
G0：用戶的設計要求流量（m3/h）
根據水力失調的特性可將其分為：靜態水力失調和動態水力失調。
1、靜態水力失調
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 系統的水力失調，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，是當前我國暖通空調水系統中水力失調的重要因素。
造成靜態水力失調的根本原因是由于在系統運行狀態下管路特性不能在用戶需要的流量下實現各用戶環路的阻力相等，也就是我們通常所說的阻力不平衡。熱網管道 規格的離散性使熱網設計不可能在不經過人為調節而實現各個用戶環路的水力平衡。在熱網設計時，一般是滿足最不利用戶點所必需的資用壓頭，而其它用戶的資用 壓頭都會有不同程度的富裕量，如圖1中，資用壓頭按照最不利環路4號用戶選擇，而資用壓頭都不同程度的大于其它1—3號用戶的管路壓力損失需求，使得系統 在運行過程中各個用戶的實際流量都偏離于設計流量。在這種自然狀態下分配各個用戶流量，必然產生靜態水力失調。以往解決此問題通常是采用同程管道的布置、 變管徑的布置和采用普通調節閥閥門進行預平衡等辦法，但僅能解決部分問題，不能實現真正的水力平衡。有關設計規范要求：熱水供暖系統最不利循環環路與各并 聯環路之間（不包括共同管段）的計算壓力損失相對差額，不應大于±15%①。
2、動態水力失調
在變流量系統中，當某用戶根據本區域負荷要求改變閥門等流量調節控制設備而引起水流量改變時，其它用戶的流量也隨之發生改變，偏離設計要求流量，從而導致 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。
當空調系統越大時，各個用戶之間的動態失調影響越嚴重。因某些用戶根據負荷變化而開啟、關閉、調節水流量控制閥門時，對系統壓力將造成干擾，從而造成其它 用戶的水流量偏離設計要求或當時使用要求，使得末端設備不受控，其調節閥門頻繁動作，因此這種動態失調造成水流量不受控的現象對制冷、供熱效果造成了巨大 影響，需要消除。
二、水力失調問題的解決方法
1、靜態水力失調的解決方法
1.1同程管道系統解決靜態水力失調
在水系統中，采用同程管路布置能夠解決靜態水力失調問題。通過這種布置方式，使得各個末端設備的循環環路的阻力損失相近，在同一個資用壓頭情況下，能夠保 證各個用戶之間的平衡，保證流量分配接近原始設計流量，如圖2。這種方法適用于循環水路不是很復雜，各個末端設備的阻力損失相近的空調系統。
在實際設計過程中，為了平衡各并聯環路的壓力損失，往往需要提高近循環環路分支管段的比摩阻和流速。但流速過大會使管道產生噪聲。②因此以此種方式解決水 力失調問題的范圍有限。對于水路復雜，末端設備阻力損失差異較大的系統，各個循環環路之間的壓力損失差異性是很大的，無法僅靠同程管道實現平衡的，僅采用 同程管道布置或加大支路比摩阻和流速的方式是無法真正解決靜態水力失調問題的。
1.2靜態平衡閥解決靜態水力失調
對于不可壓縮的流體，靜態平衡閥相當于一個局部阻力可以改變的節流元件。靜態平衡閥具有良好的流量特性，具有可測閥門前后壓差的接口。在各個并聯環路的回 水管路安裝靜態平衡閥（如圖3），通過系統調試，可以消除各個循環環路富裕的資用壓頭，實現各并聯環路之間的靜態平衡。
Q：流量（m3/h）；Kv：靜態水力平衡閥特性參數；⊿P：靜態水力平衡閥壓差（Bar）
在調試過程中，⊿P可以通過調試儀表連接靜態平衡閥測出，Kv值是靜態平衡閥固有特性，依據上述公式原理可以直接得到流量數值。合理地安裝靜態平衡閥以及 采用正確的方法進行系統聯調，可以極大地改善系統的水力特性，使系統接近或達到水力平衡，各末端設備水量誤差可以控制在±5%以內，從而既為系統的正常運 行提供了保證，同時又節省了能源，使系統經濟高效地運行。
2、動態水力失調的解決方法
在目前應用廣泛的變流量空調系統中，由于空調區域的負荷是隨著天氣變化、季節輪換以及晝夜轉換的變化而變化的，因此各末端空調設備的流量也要求隨之變化。
為保證空調系統的舒適節能性，即保證空調區域的適宜溫度（過高或過低都會導致不舒適及不節能），最根本的途徑就是在達到系統靜態水力平衡的基礎上，選擇最佳的方法來根據目標區域的溫度來調節流量,同時避免在調節過程中的相互干擾，達到系統的動態水力平衡。
動態水力失調出現的根本原因是，某個或某些末端設備流量的調節造成系統壓力的變化，這種壓力變化導致其它末端設備的流量變化是不受控的，是不希望出現的， 因此解決系統中末端設備壓差變化是能夠解決動態水力失調的根本方法，即采用自力式壓差調節器恒定某兩點間的壓差來解決動態水力失調情況的發生。
2.1風機盤管管路定壓差實現動態平衡
如圖4所示，在每層的水平主管路回水管上安裝壓差調節器，另一個取壓點接于相對應的供水管路上，通過此設備恒定A、B兩點之間的壓差。因各個風機盤管之間 的水平管路都是直管段、大口徑、低流速，因此每段壓力損失占整個環路損失比例很小，我們忽略此處壓力損失差異后，可以得到如下數據：
⊿P=Pa-Pb=P1-P1’= P2-P2’= P3-P3’
另有⊿P =P1-P1’=S1*Q12------③
⊿P =P2-P2’=S2*Q22------③
⊿P =P3-P3’=S3*Q32------③
由上可知：因對于每臺風盤環路來說，其阻抗系數S1、S2、S3都是一個定值，而⊿P又通過壓差調節器的控制為一個恒定值，那么根據以上公式推倒可知 Q1、Q2、Q3等每臺風機盤管的流量也將是一個恒定值，本層各臺風盤之間的流量不會受到相互之間的影響，也不會受到系統中其它設備調節、開啟、停閉的干 擾，實現系統的動態水力平衡。
這種方式能夠屏蔽層與層之間風機盤管系統流量調節的相互干擾。對于同層之間的風機盤管，如果是同程式管道或者風機盤管的數量不多，屏蔽同層之間風機盤管流 量調節的相互影響的效果也較好;如果是異程式系統并且風機盤管的數量較多，由于水平管道延程阻力的影響，則離壓差調節器較近的風機盤管流量調節的相互干擾 就較小，離壓差調節器較遠的風機盤管流量調節的相互干擾就較大，精度稍差。這種方式適用于每層末端設備數量不是特別巨大，各臺末端設備的阻力損失相差不是 很大的空調系統，是在實現動態水力平衡的前提下相對比較經濟的一種方式。
對于不符合上述方式要求的空調系統，為了達到動態水力平衡也可以考慮采用在每臺風機盤管之路上安裝定流量閥或動態平衡電動二通閥等方案，但這兩種方式現對投資較高，適用于對溫度控制要求較高，系統較為復雜的工程。
2.2組合式空調箱或新風機組管路定壓差實現動態平衡
如圖5所示，在空調箱管路上安裝壓差調節器，用其恒定電動調節閥進出水兩端的壓差值，即⊿P =P1-P2始終保持恒定。根據公式
可知空調箱的流量僅Q僅同電動 調節閥的特性Kv值有關，而與其它參數沒有任何關系。那么管路中的流量變化受僅受Kv值的影響，Kv值取決與電動調節閥門的開度，而閥門的開度變化取決于 自控信號的要求，在任意一個開度的情況下，組合式空調機組的流量是唯一的。因此這種方式可以精確的控制空調機組的水流量，而不受系統壓力波動的影響，消除 系統中各個末端設備之間的相互干擾影響，使水系統達到動態水力平衡。
與上述方案同理，對于組合式空調箱或新風機組的管路，也可以選用將壓差控制器和電動調節閥功能合二為一的動態平衡電動調節閥，其工作原理與上述方案相一致，同時具有應用簡單、安裝方便、降低投資等優勢。
結論
綜上所述，暖通空調系統中的水力失調問題是普遍存在的，為了消除水力失調問題，實現各空調區域供熱、制冷效果的均衡，達到節能降耗的目的，應針對不同的空 調系統采用水力平衡技術措施。上述文中就實現系統水力平衡提出了一些解決方法，在實際的工程實踐中，應根據投資和系統精度要求合理的選擇適宜的解決方案， 既要滿足工程設計和技術規范要求，又能降低系統運行成本，節省系統建設初期投資。