浅谈暖气平衡阀的质量控制

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-05-07 10:29 关注：(1)

浅谈暖气平衡阀的质量控制
边泉兴1 陈悦1 康宇华 2

平衡阀是在水力工况下，起到动态、静态平衡调节的阀门。如：静态平衡阀，动态平衡阀。
1、静态平衡阀亦称平衡阀、手动平衡阀、数字锁定平衡阀、双位调节阀等，它是通过改变阀芯与阀座的间隙（开度），来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，其作用对象是系统的阻力，能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部份负荷的流量需求，起到热平衡的作用。
2、动态平衡阀分为动态流量平衡阀，动态压差平衡阀，自力式自身压差控制阀等。动态流量平衡阀亦称：自力式流量控制阀、自力式平衡阀、定流量阀、自动平衡阀等，它是跟据系统工况（压差）变动而自动变化阻力系数，在一定的压差范围内，可以有效地控制通过的流量保持一个常值，即当阀门前后的压差增大时，通过阀门的自动关小的动作能够保持流量不增大，反之，当压差减小时，阀门自动开大，流量仍照保持恒定，但是，当压差小于或大于阀门的正常工作范围时，它毕竟不能提供额外的压头，此时阀门打到全开或全关位置流量仍然比设定流量低或高不能控制。动态压差平衡阀，亦称自力式压差控制阀、差压控制器、稳压变量同步器、压差平衡阀等，它是用压差作用来调节阀门的开度，利用阀芯的压降变化来弥补管路阻力的变化，从而使在工况变化时能保持压差基本不变，它的原理是在一定的流量范围内，可以有效地控制被控系统的压差恒定，即当系统的压差增大时，通过阀门的自动关小动作，它能保证被控系统压差增大反之，当压差减小时，阀门自动开大，压差仍保持恒定。自力自身压差控制阀，在控制范围内自动阀塞为关闭状态，阀门两端压差超过预设定值，阀塞自动打开并在感压膜作用下自动调节开度，保持阀门两端压差相对恒定。
平衡阀是因为能解决供暖系统的水利平衡问题而得此名，它都属于量调节，还有一种属于半质量调节平衡阀是用温度传感器探测回水温度而确定阀门开度的一种阀门。
平衡阀的发展课题，用于冬季采暖、夏季制冷的同一系统，无法采用自力式平衡阀，因为散热与制冷的流量不同，转换季节要重新调节，很麻烦。这样的话采用手动平衡阀就可以了，还比较经济。现在需要研制两用平衡阀。
还有一种叫压力平衡阀，多用于生活用水，比如：公共浴室需要冷水与热水混合达到洗浴温度，在闭式混合系统里，要求混合之前冷水和热水压力相同，就可以使用压力平衡阀，这种阀门有两个进口和两个出口，各自为冷水、热水通路。

在空调及采暖系统中水力失调分两种：静态失调（稳态失调）和动态失调（稳定性失调）。静态失调是指由于设计不合理造成的水力失调， 此种失调（稳定性失调），系统处于满负荷运行，可用静态平衡阀或动态流量平衡阀来解决这个失调问题。动态失调是指系统在变负荷工况下运行造成的水力失调。此时，整个系统处于变流量工况下运行，其水力失调只能用动态流量平衡阀来解决。

　　例如：某酒店共有500个客房，如不装动态流量平衡阀，系统则会动态失调。在空调季节，有118个房间太冷，200个房间刚好达到舒适温度，有182个房间则太热。相反，在采暖季节，有118个房间太热，200个房间温度刚好达到设计温度，有182个房间则太冷。装了动态流量平衡阀后，不管是500个房间全部使用还是只有部分房间在使用，所有房间均达到设计温度。
如下图所示：
 

 

动态流量平衡阀是一种能在较大压差范围内恒定流量或在较大的流量范围恒定压差的阀门。它通过水压自力式改变阀芯的过流面积来适应阀门前后的压力的变化，从而来控制通过阀门的流量的。

　　根据流体力学原理，动态流量平衡阀相当于一个局部阻力可以改变的节流元件，对于不可压缩的流体，其流量方程为：

　　式中：

　　Q：流经平衡阀的流量

　　K：与流体介质和阀门开度（过流面积）有关的一个系数

　　A：阀芯的过流面积

　　ΔP：阀门的进出口压力差

　　当流体介质一定时，K仅与开度有关，当阀门达到某一开度以上时，K值近似不变。

主机上冷冻水、冷却水出水口安装动态流量平衡阀（如下图示）

优点：
　　避免某台主机因流量过大而造成的超负荷运行及对主机内管道的磨损。避免因某台主机因流量过小而造成的经常启停及主机内管道的冻裂。保证各台主机的散热量及主机的正常制冷能力。延长主机使用寿命及运行节能降耗，机房管理正确以及简单化。

安装使用
1、安装位置
平衡阀可安装在供水管路上，也可安装在回水管路上（每个环路中只需安装一处）。对于热力站的一次环路侧来说，为方便平衡调试，建议将平衡阀安装在水温较低的回水管路上。总管上的平衡阀，宜安装在供水总管水泵后（水泵下游），以防止由于水泵前（阀门后）压力过低，可能发生水泵气蚀现象。
2、尽量安装在直管段上
由于平衡阀具有流量计量功能，为使流经阀门前后水流稳定，保证测量精度，在条件允许的情况下应尽量将平衡阀安装在直管段处。
3、注意新系统与原有系统的平衡
当安装有平衡阀的新系统连接于原有供热（冷）管网时，必须注意新系统与原有系统水量分配平衡问题，以免安装了平衡阀的新系统（或改造系统）的水阻力比原有系统高，而达不到应有的水流量。如图５所示，（a）为新系统连接于原有系统的末端；（b）为新系统连接于原有系统的中间位置，应在原有系统的入口处加设平衡阀。
4、不应随意变动平衡阀开度
管网系统安装完毕，并具备测试条件后，使用专用智能仪表对全部平衡阀进行调试整定，并将各阀门开度锁定，使管网实现水力工况平衡。在管网系统正常运行过程中，不应随意变动平衡阀的开度，特别是不应变动开度锁定装置。
5、不必再安装截止阀
在检修某一环路时，可将该环路上的平衡阀关闭，此时平衡阀起到截止阀截断水流的作用，检修完毕后再回复到原来锁定的位置。因此安装了平衡阀，就不必再安装截止阀。
6、系统增设（或取消）环路时应重新调试整定
在管网系统中增设（或取消）环路时，除应增加（或关闭）相应的平衡阀之外，原则上所有新设的平衡阀及原有系统环路中的平衡阀均应重新调试整定（原环路中支管平衡阀不必重新调整）。

 

瑞典TA公司创建于1895年，至今已有一百多年的历史。TA公司专业生产采暖、空调领域所用的平衡阀及压差控制器。TA公司是该领域最早获得IS09001、IS014001 国际质量认证的厂家，是该产品领域技术和市场的领导者。
公司于1962年发明了世界上第一台水力平衡阀，多年以来一直在水力平衡领域居于世界领先地位。公司注重技术，所倡导的全面水力平衡技术开创了空调、供热水系统平衡技术的先河。
TA的生产工厂位于风景秀丽的瑞典Ljung，处于瑞典西部的中央地区，在歌德堡东北方向约100公里。作为国际工程集团IMI plc. 的室内环境业务部分，TA 在17个国家拥有1,300名员工。可以为用户提供快捷、周到的技术支持与服务。
平衡理念 　　TA 平衡概念是全面平衡的理念，它认为只有系统的阻力调整平衡后，才能使每台设备在设计工况下获得设计流量。　　HVAC行业流体管网系统阻力的平衡包括中央空调系统的冷源部分的平衡、输配系统的平衡和末端的平衡。
功能说明 　　平衡阀主要应用在集中供热/供冷的管网系统中。通过平衡阀对整个系统进行平衡调整，包括： 控制末端的平衡，立管的平衡以及主回路的平衡，使系统在最短时间最少能耗下达到客户所设定的温度，达到舒适的气候条件并且大大降低了系统的能耗。　　许多房地产经理将大量的钱财花费在处理对室内气候的抱怨上，甚至在使用最新控制技术的新建筑中也是这样。下列问题是相当普遍的： 　　某些房间永远也达不到所需的温度，尤其在负荷变化时。　• 房间温度高低起伏，尤其是处于低等和中等的负荷时，尽管终端设备具有精密的控制器。　• 虽然生产设备的额定功率是足够的，但所设计的功率不能传送，在周末或夜晚回设后的启动中尤其如此。　　由于错误的流量阻止控制器正确工作而使得这些问题经常发生。只有在设计的条件下工作时，设备中流过设计流量的情况下，控制器才能有效的控制。获得设计流量的唯一方法是使设备平衡。平衡是指使用平衡阀来调节流量。这必须在5个方面来进行：　　1. 生产设备必须平衡以使每台锅炉或冷冻机获得设计流量。此外，在大多数情况下，每台设备的流量必须保持恒定。流量的波动会降低生产效率，缩短生产设备的寿命和不易获得有效控制。　　2. 分配系统必须被平衡以确保所有的终端设备至少能获得设计的流量，而无关与设备的总负荷。　　3. 控制回路必须被平衡以获得控制阀的合适工作条件，并使一次和二次流量兼容。　　4. 使用手动平衡阀的平衡为检测大多数流体循环系统的异常和确定泵的尺寸过大提供了帮助。泵压可调节到正确的数值，这优化了泵的成本。　　当设备平衡之后，用中央控制器或优化器可使所有房间都按相同的方式内应。此外，当平均室温偏离设计值时，由于没有进行平衡，将会导致如后面所述的既昂贵又不舒适的状况发生。　　高于设备的平均温度也是不平衡的。　　在冷天中靠近锅炉的地方会太热，而在顶层的地方会太冷。当人们提高建筑物的供暖温暖时，在顶层的会停止抱怨而靠近锅炉的人会打开窗户。在热天中也同样，靠近冷冻机的地方会太冷，而在顶层则太热。在一个单独的房间里增加或降低一度对人的舒适或能源成本的影响很小。但当建筑物中的平均温度出错时，成本却是昂贵的。　　在中欧，超过摄氏20度以上每增加一度加热温度的成本会至少提高8%（在南欧会提高12%）。在欧洲，低于23度以上每降低一度制冷成本会增加15%。设计一个 HVAC 系统来供特定的最大负荷使用。如果设备因为在设计条件下不能达到平衡，而不能将其全部容量传送给所有的回路时，就不能实现整个设备的投资价值。当需要最大容量时控制阀会完全打开，而这样就不能控制这一局面。此外，控制阀的尺寸通常会过大而使得它们不能提供平衡。因此，流体循环系统的平衡是必须的且典型的表现为低于总体 HVAC 系统两个百分数值。　　在夜间回设之后的每个早晨，需要用全部的设备容量将系统尽可能恢复到舒适状态。一台经过良好平衡的设备回很快做到这一点。如果设备启动时间快于30分钟，那么每天可节约6%的能源消耗。　　但是，重要的是考虑补偿泵的尺寸过大。用补偿方法或TA平衡方法调节的平衡阀能显示泵尺寸过大的程度。所有压力过大的情况都会在最靠近泵的平衡阀上显示。然后可采取校正的措施（例如减少泵的转速或修整叶轮）。流体循环系统的平衡需要校正工具，先进的程序和有效的测量装置。一个手动平衡阀是在设计条件下，校正流量的最可靠最简单的产品。它还允许为诊断而测量流量。
设计选型 平衡阀与流量控制阀的设计方法与选型　• 平衡阀：是指瑞典 TA 公司生产的静态可调阻力的平衡阀，主要型号有 STAD （10-50MM）、STAF （60-300 MM）。　• CBI：电脑平衡测试仪，可以用来测试流量，平衡HVAC 水力系统的阻力。　• 流量控制阀：是指美国 FDI 公司生产的自动流量控制阀。在某个压力变化的范围内保证流量不变。一、设计方法：　• 冷源部分（生产部分）： 在每一台的冷水机组的回水管上设置一台平衡阀， 通过CBI 调试保证每台机组的设计流量。　• 输配部分：包括主管的平衡， 立管的平衡以及分支回路的平衡。 在主管、每个立管和每个分支回路的回水管上设置平衡阀， 通过CBI 调试后获得设计流量。　• 末端的平衡：在每个风机盘管（FCU）或风柜（AHU）的回路上设置一个平衡阀，通过CBI 调试后获得设计流量。二、TA平衡阀的选型：　　TA 平衡阀的选型可以利用 IMI 公司免费提供的软件 TA SELECT 进行。中下载）只要输入设计流量与该平衡阀两端的设计压差即可。当然还可以根据 TA 样本提供的选型表。原理是相似的，因为 TA 平衡阀具有很大范围的调节性，按照管径选择也基本可以达到要求。平衡阀的开度在 50-70% 时精度最高。建议在此范围内选择平衡阀。　　这里需要说明一下，因为最终的设备情况多数与设计阶段选的参数不一样， 所以在选型时获得的数据只是参考数据，最终系统要通过 CBI 来修正。　　对于盘管的控制也可以采用 TA 公司的新产品。两通平衡控制阀 TBV-C，它具有平衡阀和电动两通阀的全部功能。　　在一些大的系统或者需要稳定压差的地方，可以采用 TA 公司的动态压差控制阀 STAP，或者减压阀 BPV。如果在每一个末端都使用 STAP，整个系统可以获得动态的平衡，此时不需要平衡立管或分支。三、自动流量控制阀的选型：　　在非设计工况下，因为自动流量控制阀可以动态的吸收阻力的变化，保证末端的正确的设计流量。此时系统处于动态的平衡状态中。系统彻底消灭了过流，提高了空调的舒适度，降低了能耗。动态平衡是美国暖通空调工程师协会（ASHRAE）的推荐设计方法，请参考FDI 的样本图示。　　每一个自动流量控制阀都是根据设计流量和管径来选型的，由厂家根据设计要求的流量配置阀胆。10-50 MM 请使用AC 或YR 等型号，60-750 MM请使用WS 等型号。　　以上两种方法也可以混合使用，例如在生产侧使用自动流量控制阀，其他的地方使用平衡阀。
规格查询 一、TA静态平衡阀1、 STS、STA、STAD、STADA、STA-DR 系列（DN15-50，PN16-25）2、 STAF、STAF-SG、STAF-R、STAG系列（DN65-300，PN16-25）二、TA压差控制阀STAP系列压差控制阀、STAM系列测量阀（与STAP配套使用）（DN15-50，PN20）三、FDI自动流量平衡阀AB、AC、FL、GE、WB、WG、WR、WS、WT、WU、YG、YR系列（DN15-750，PN16-40）四、平衡测试工具 CMI IICBI II Balancing Instrument
所谓自动平衡阀，叫做自力式流量控制阀，国外叫做自力式流量限制器，是限制最大流量的，流量少了它不管，因为没有动力，流量超了它管，能够自动关小。作用相当于电网上的限流器、保险丝。
真正的自动平衡的，是自力式压差控制阀，分旁通型和串连型，它的作用相当于电网上的220V，只要220V不变，里面电器启停运转都正常。
从电网上理解，水力平衡阀相当于固定电阻，自力式流量限制阀相当于限流器，自力式压差控制阀相当于控制220V的稳压器，随便你怎么动态都行。
追问一句，谁会拿限流器当作控制电网电阻电压的平衡装置呢？
如果压差和流量控制阀也叫做平衡阀，那么温控阀算不算，FCU上的电动两通阀算不算，不是也平衡温度吗？这不是在偷换概念吗？
自力式压差控制阀和自力式流量控制阀原理和结构是一摸一样的，当阀芯前后的压差产生变化时，压差引到膜盒中膜片的上下，产生的位移，带着阀芯也跟着位移。
当前后压差增大的时候，原本阀门流量应该增加的，但是随着膜盒的动作，阀芯就关小了，流量也就控制住不变了。这就是流量控制阀。
当膜盒上下的压力是从供回水管传过来的时候，动作就是受立管压差控制，也就成了压差控制阀；
当膜盒感应压力只有阀前一个点或者阀后一个点的时候，就成了阀前或者阀后压力控制阀，也就差不多是减压阀了；

当压差控制阀串连在供水或者回水管上时，感应压力点还是供回水管，当压差增加的时候，阀门关小，阀门后面的回路压差保持不变；
当压差控制阀并联在分集水缸之间的时候，当压差增加的时候，阀门不是关小而是开大了（只要把膜盒上下的压力点对调一下即可），压力就卸下来了，压差保持不变了。
这些自力式阀门都是一样的原理，关键在于膜盒上下的压力点从哪里引过来。从阀芯前后引，就是流量阀，从立管引，就是压差阀。
但是压差阀还不是很好用，因为控制范围太小，越是进口的越没戏。当初我们评审自力式流量控制阀的时候，是我坚持评价为国际先进的，因为国产阀的流量控制范围比所有国外产品都宽。