暖通空调系统|水力失衡问题-暖通空调系统水力失调问题的原因及解决方法--（河北同力转载）-

水力失调是普遍存在的问题,在暖通空调水系统中。由于系统中水力失调问题的存在,才导致系统流量分配不均，在某些空调区域流量过高，某些空调区域流量过低，才造成某些区域冬天不热、夏天不冷的情况出现。系统输送水流量的不合理，使得空调区域实际需求的冷、热量与实际供给的冷、热量不匹配，从而引起能源的浪费，而 且就是在存在能量浪费情况的同时，还存在某些区域没有达到供热、制冷的效果。在系统运行过程中为解决这个问题，通常采用提高水泵扬程的措施，但仍会产生热 （冷）不均及更大的能源浪费，这让空调系统的运营部门在支出很大一部分没必要的运行成本的同时却没有得到问题的解决。因此，必须采用相应的水力平衡措施对 系统流量分配进行调节才能彻底从根本上解决这个问题。
一、水力失调存在的原因及种类
在暖通空调水系统中某用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值X来衡量，X称水力失调度。
X = G/G0
G：用户的实际流量（m3/h）
G0：用户的设计要求流量（m3/h）
根据水力失调的特性可将其分为：静态水力失调和动态水力失调。
1、静态水力失调
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与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计要求流量不一致，引起 系统的水力失调，叫做静态水力失调。静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是当前我国暖通空调水系统中水力失调的重要因素。
造成静态水力失调的根本原因是由于在系统运行状态下管路特性不能在用户需要的流量下实现各用户环路的阻力相等，也就是我们通常所说的阻力不平衡。热网管道 规格的离散性使热网设计不可能在不经过人为调节而实现各个用户环路的水力平衡。在热网设计时，一般是满足最不利用户点所必需的资用压头，而其它用户的资用 压头都会有不同程度的富裕量，如图1中，资用压头按照最不利环路4号用户选择，而资用压头都不同程度的大于其它1—3号用户的管路压力损失需求，使得系统 在运行过程中各个用户的实际流量都偏离于设计流量。在这种自然状态下分配各个用户流量，必然产生静态水力失调。以往解决此问题通常是采用同程管道的布置、 变管径的布置和采用普通调节阀阀门进行预平衡等办法，但仅能解决部分问题，不能实现真正的水力平衡。有关设计规范要求：热水供暖系统最不利循环环路与各并 联环路之间（不包括共同管段）的计算压力损失相对差额，不应大于±15%①。
2、动态水力失调
在变流量系统中，当某用户根据本区域负荷要求改变阀门等流量调节控制设备而引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致 的水力失调，叫做动态水力失调。动态水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。
当空调系统越大时，各个用户之间的动态失调影响越严重。因某些用户根据负荷变化而开启、关闭、调节水流量控制阀门时，对系统压力将造成干扰，从而造成其它 用户的水流量偏离设计要求或当时使用要求，使得末端设备不受控，其调节阀门频繁动作，因此这种动态失调造成水流量不受控的现象对制冷、供热效果造成了巨大 影响，需要消除。
二、水力失调问题的解决方法
1、静态水力失调的解决方法
1.1同程管道系统解决静态水力失调
在水系统中，采用同程管路布置能够解决静态水力失调问题。通过这种布置方式，使得各个末端设备的循环环路的阻力损失相近，在同一个资用压头情况下，能够保 证各个用户之间的平衡，保证流量分配接近原始设计流量，如图2。这种方法适用于循环水路不是很复杂，各个末端设备的阻力损失相近的空调系统。
在实际设计过程中，为了平衡各并联环路的压力损失，往往需要提高近循环环路分支管段的比摩阻和流速。但流速过大会使管道产生噪声。②因此以此种方式解决水 力失调问题的范围有限。对于水路复杂，末端设备阻力损失差异较大的系统，各个循环环路之间的压力损失差异性是很大的，无法仅靠同程管道实现平衡的，仅采用 同程管道布置或加大支路比摩阻和流速的方式是无法真正解决静态水力失调问题的。
1.2静态平衡阀解决静态水力失调
对于不可压缩的流体，静态平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件。静态平衡阀具有良好的流量特性，具有可测阀门前后压差的接口。在各个并联环路的回 水管路安装静态平衡阀（如图3），通过系统调试，可以消除各个循环环路富裕的资用压头，实现各并联环路之间的静态平衡。
Q：流量（m3/h）；Kv：静态水力平衡阀特性参数；⊿P：静态水力平衡阀压差（Bar）
在调试过程中，⊿P可以通过调试仪表连接静态平衡阀测出，Kv值是静态平衡阀固有特性，依据上述公式原理可以直接得到流量数值。合理地安装静态平衡阀以及 采用正确的方法进行系统联调，可以极大地改善系统的水力特性，使系统接近或达到水力平衡，各末端设备水量误差可以控制在±5%以内，从而既为系统的正常运 行提供了保证，同时又节省了能源，使系统经济高效地运行。
2、动态水力失调的解决方法
在目前应用广泛的变流量空调系统中，由于空调区域的负荷是随着天气变化、季节轮换以及昼夜转换的变化而变化的，因此各末端空调设备的流量也要求随之变化。
为保证空调系统的舒适节能性，即保证空调区域的适宜温度（过高或过低都会导致不舒适及不节能），最根本的途径就是在达到系统静态水力平衡的基础上，选择最佳的方法来根据目标区域的温度来调节流量,同时避免在调节过程中的相互干扰，达到系统的动态水力平衡。
动态水力失调出现的根本原因是，某个或某些末端设备流量的调节造成系统压力的变化，这种压力变化导致其它末端设备的流量变化是不受控的，是不希望出现的， 因此解决系统中末端设备压差变化是能够解决动态水力失调的根本方法，即采用自力式压差调节器恒定某两点间的压差来解决动态水力失调情况的发生。
2.1风机盘管管路定压差实现动态平衡
如图4所示，在每层的水平主管路回水管上安装压差调节器，另一个取压点接于相对应的供水管路上，通过此设备恒定A、B两点之间的压差。因各个风机盘管之间 的水平管路都是直管段、大口径、低流速，因此每段压力损失占整个环路损失比例很小，我们忽略此处压力损失差异后，可以得到如下数据：
⊿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：因对于每台风盘环路来说，其阻抗系数S1、S2、S3都是一个定值，而⊿P又通过压差调节器的控制为一个恒定值，那么根据以上公式推倒可知 Q1、Q2、Q3等每台风机盘管的流量也将是一个恒定值，本层各台风盘之间的流量不会受到相互之间的影响，也不会受到系统中其它设备调节、开启、停闭的干 扰，实现系统的动态水力平衡。
这种方式能够屏蔽层与层之间风机盘管系统流量调节的相互干扰。对于同层之间的风机盘管，如果是同程式管道或者风机盘管的数量不多，屏蔽同层之间风机盘管流 量调节的相互影响的效果也较好;如果是异程式系统并且风机盘管的数量较多，由于水平管道延程阻力的影响，则离压差调节器较近的风机盘管流量调节的相互干扰 就较小，离压差调节器较远的风机盘管流量调节的相互干扰就较大，精度稍差。这种方式适用于每层末端设备数量不是特别巨大，各台末端设备的阻力损失相差不是 很大的空调系统，是在实现动态水力平衡的前提下相对比较经济的一种方式。
对于不符合上述方式要求的空调系统，为了达到动态水力平衡也可以考虑采用在每台风机盘管之路上安装定流量阀或动态平衡电动二通阀等方案，但这两种方式现对投资较高，适用于对温度控制要求较高，系统较为复杂的工程。
2.2组合式空调箱或新风机组管路定压差实现动态平衡
如图5所示，在空调箱管路上安装压差调节器，用其恒定电动调节阀进出水两端的压差值，即⊿P =P1-P2始终保持恒定。根据公式
可知空调箱的流量仅Q仅同电动 调节阀的特性Kv值有关，而与其它参数没有任何关系。那么管路中的流量变化受仅受Kv值的影响，Kv值取决与电动调节阀门的开度，而阀门的开度变化取决于 自控信号的要求，在任意一个开度的情况下，组合式空调机组的流量是唯一的。因此这种方式可以精确的控制空调机组的水流量，而不受系统压力波动的影响，消除 系统中各个末端设备之间的相互干扰影响，使水系统达到动态水力平衡。
与上述方案同理，对于组合式空调箱或新风机组的管路，也可以选用将压差控制器和电动调节阀功能合二为一的动态平衡电动调节阀，其工作原理与上述方案相一致，同时具有应用简单、安装方便、降低投资等优势。
结论
综上所述，暖通空调系统中的水力失调问题是普遍存在的，为了消除水力失调问题，实现各空调区域供热、制冷效果的均衡，达到节能降耗的目的，应针对不同的空 调系统采用水力平衡技术措施。上述文中就实现系统水力平衡提出了一些解决方法，在实际的工程实践中，应根据投资和系统精度要求合理的选择适宜的解决方案， 既要满足工程设计和技术规范要求，又能降低系统运行成本，节省系统建设初期投资。