動態(tài)平衡電動閥介紹

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簡介： 本文分析了動態(tài)平衡電動閥的特點及與傳統(tǒng)的電動閥相比較的優(yōu)點；揭示了動態(tài)平衡電動閥是區(qū)別于傳統(tǒng)電動閥的產(chǎn)品，是動態(tài)平衡與電動控制一體化的產(chǎn)品；介紹了這種閥的應(yīng)用及在系統(tǒng)負荷波動較大的變流量系統(tǒng)中的優(yōu)勢，同時提出了變流量水力系統(tǒng)全面平衡的概念、高效節(jié)能的特點及實現(xiàn)途徑。
關(guān)鍵字：動態(tài)平衡 調(diào)節(jié)閥 變流量

近年來，隨著人們對生活品質(zhì)要求以及節(jié)能意識的不斷提高，暖通空調(diào)工程中變流量水力系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時，一種新型的調(diào)節(jié)閥—動態(tài)平衡電動閥也因其優(yōu)越的動態(tài)平衡特性而在越來越多的變流量水力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。本文分析了動態(tài)平衡電動閥的特點及其與傳統(tǒng)的電動閥門相比較的優(yōu)勢，介紹了動態(tài)平衡電動閥的應(yīng)用，同時提出了變流量水力系統(tǒng)實現(xiàn)全面水力平衡的概念及途徑。

一、暖通空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式的演化過程：

暖通空調(diào)系統(tǒng)最根本的目標是實現(xiàn)對環(huán)境溫度的調(diào)控，以滿足人們對環(huán)境舒適度以及一些工藝性的要求。

在早期的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，一般采用定流量水力系統(tǒng)，通過對末端設(shè)備風(fēng)量的分檔控制來實現(xiàn)對目標區(qū)域環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，如采用三速開關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)機盤管風(fēng)量以及通過變風(fēng)量空調(diào)箱進行風(fēng)量調(diào)節(jié)等。這種調(diào)節(jié)是簡單、粗略以及分散式的，且在系統(tǒng)初調(diào)試合格后不需再對水力系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。

隨著人們對環(huán)境舒適度的要求以及節(jié)能意識的不斷提高，這種調(diào)節(jié)已經(jīng)不能滿足要求。于是人們開始采用變流量水力系統(tǒng)以及變風(fēng)量系統(tǒng)，通過電動調(diào)節(jié)閥或風(fēng)閥執(zhí)行器對系統(tǒng)的水量或風(fēng)量進行連續(xù)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的精確控制。

電動調(diào)節(jié)閥既可以通過與各種傳感器、變送器以及控制器相連組成分散式的控制系統(tǒng)，也可以與樓宇控制系統(tǒng)相連組成分散控制、集中管理的中央控制系統(tǒng)，從而大大地提高了系統(tǒng)對環(huán)境溫度調(diào)控的能力。

但是在一些系統(tǒng)負荷波動較大的變流量系統(tǒng)中，由于多臺電動調(diào)節(jié)閥同時工作，任何一臺電動調(diào)節(jié)閥工作狀態(tài)的改變都會對其它的電動調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生影響，而電動調(diào)節(jié)閥本身的抗干擾能力又比較差，從而造成了整個系統(tǒng)不穩(wěn)定，對環(huán)境溫度的調(diào)控能力下降，調(diào)節(jié)精度降低。

因此在目前的一些大型變流量中央空調(diào)水系統(tǒng)中，一種具有較強抗干擾能力的新型調(diào)節(jié)閥—動態(tài)平衡電動閥得到越來越廣泛的應(yīng)用。

同時，一種全新的全面平衡水力系統(tǒng)，也因其高效、穩(wěn)定和節(jié)能而被越來越多的大型變流量水系統(tǒng)所采用。

二、動態(tài)平衡電動閥的特點及其與傳統(tǒng)的電動閥門相比較的優(yōu)勢：

動態(tài)平衡電動閥主要分為二類：用于風(fēng)機盤管調(diào)節(jié)的動態(tài)平衡電動二通閥以及用于空調(diào)箱等調(diào)節(jié)的動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥。

1、動態(tài)平衡電動二通閥：

動態(tài)平衡電動二通閥是區(qū)別于傳統(tǒng)的電動二通閥的新一代產(chǎn)品。它不但具有傳統(tǒng)的電動二通閥的電動調(diào)節(jié)作用，即通過房間溫控器控制電動二通閥的開啟和關(guān)閉來調(diào)節(jié)房間溫度，還具有動態(tài)平衡的作用，即能在系統(tǒng)壓力波動時始終維持電動二通閥開啟時的流量保持不變，避免了如傳統(tǒng)的電動二通閥在系統(tǒng)處于部分負荷運行狀態(tài)時由于壓力波動較大從而使輸送的水流量波動較大、溫度控制誤差較大、房間忽冷忽熱的缺點。

動態(tài)平衡電動二通閥的工作原理等同于一個動態(tài)平衡閥與一個風(fēng)機盤管電動二通閥的串聯(lián)，在電動二通閥開啟時，通過動態(tài)平衡閥的恒流作用使在系統(tǒng)壓力波動時維持流經(jīng)風(fēng)機盤管的流量不變。

動態(tài)平衡電動二通閥與傳統(tǒng)的電動二通閥的比較：

比較內(nèi)容

動態(tài)平衡電動二通閥

傳統(tǒng)的電動二通閥

控制溫度精度

較高

一般

房間舒適度

較高

一般

二通閥流量

在工作壓差范圍內(nèi)始終維持不變

隨著系統(tǒng)壓力波動忽高忽低

二通閥啟閉

影響因素

僅受房間溫度影響

受房間溫度和系統(tǒng)壓力波動影響

二通閥啟閉

狀態(tài)及時間

啟閉狀態(tài)穩(wěn)定，啟閉時間相對恒定

在系統(tǒng)壓力波動較大時啟閉狀態(tài)不穩(wěn)定，

時間忽長忽短

抗干擾能力

強

弱

流量-時

間線圖

最小壓差要求

必須維持最小壓差以保證動態(tài)平衡

無最小壓差要求

2、動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥：

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥是區(qū)別于傳統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥的新一代產(chǎn)品。

暖通空調(diào)系統(tǒng)一般要求電動調(diào)節(jié)閥具有直線的流量特性曲線，即流量變化與閥體開度變化的比值是一個定值；對于系統(tǒng)負荷波動較大的變流量系統(tǒng)，還要求電動調(diào)節(jié)閥具有等百分比的流量特性曲線，以滿足在小流量時調(diào)節(jié)較平緩，而在大流量時調(diào)節(jié)靈敏的要求。

傳統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥理想的流量特性曲線一般都是直線的或等百分比的。但是在實際的工作過程中，特別是在系統(tǒng)負荷波動較大的變流量系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)閥進出口壓差的波動，其實際的工作流量特性曲線會偏離理想的流量特性曲線，使電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性變差，調(diào)節(jié)精度降低。這種電動調(diào)節(jié)閥工作時不但受到標準控制信號的控制，還受系統(tǒng)壓力波動的影響，抵抗系統(tǒng)干擾的能力較差。在系統(tǒng)壓力波動較大或者閥權(quán)度較小時，調(diào)節(jié)精度變差甚至無法調(diào)節(jié)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)的溫度忽高忽低，達不到系統(tǒng)對電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性的要求。

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥是動態(tài)平衡與電動調(diào)節(jié)一體化的產(chǎn)品。它采用全新的設(shè)計理念，使得調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)實際工作過程中當(dāng)壓力波動時，能動態(tài)的平衡系統(tǒng)的壓力變化。因此，這種動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥工作時的流量特性曲線與理想的流量特性曲線是一致的，沒有偏離。特殊的設(shè)計保證了電動閥的調(diào)節(jié)只受標準控制信號的作用，而不受系統(tǒng)壓力波動的影響，而且，對應(yīng)電動閥的任一開度位置，其流量都是唯一和恒定的，對于暖通空調(diào)系統(tǒng)來說，這就意味著電動閥在任一調(diào)節(jié)位置輸送的熱（冷）量都是穩(wěn)定的。因此，這種電動閥特別適用在系統(tǒng)負荷變化較大的變流量系統(tǒng)中，具有抗干擾能力強，工作狀態(tài)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)精度高的特點。避免了傳統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥即使在同一開度位置，由于系統(tǒng)壓力的波動，其流量也是變化的，電動閥輸送熱（冷）量不穩(wěn)定，抗干擾能力差、調(diào)節(jié)精度低的缺點。

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式分為閥前定壓式（如FLOWCON公司）和閥后定壓式（如OVENTROP公司）二種。，它們的原理是一樣的。對于閥前定壓式，其工作原理如（圖一）所示：

在系統(tǒng)負荷波動較大的變流量系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)壓力變化時，動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥二端的壓差（P1—P3）也隨之變化：

⑴、當(dāng)進口壓力P1升高時，通過閥體內(nèi)部引壓通道的引壓作用，動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥的動態(tài)平衡閥芯（圖中后置帶阻尼元件閥芯）在P1作用下向上運動，使P2、P3間開度減少，閥體內(nèi)部壓力P2升高，從而保證電動調(diào)節(jié)閥芯二端的壓差（P1-P2）維持不變；當(dāng)進口壓力P1降低時，，通過閥體內(nèi)部引壓通道的引壓作用，動態(tài)平衡閥芯向下運動，使P2、P3間開度增大，閥體內(nèi)部壓力P2降低，從而保證電動調(diào)節(jié)閥芯二端的壓差（P1-P2）維持不變。因此，無論系統(tǒng)的壓力怎樣變化，通過動態(tài)平衡閥芯的調(diào)節(jié)作用，使電動調(diào)節(jié)閥芯二端的壓差始終維持不變。因此這種電動閥的抗干擾能力強，具有動態(tài)平衡的功能；

⑵、當(dāng)電動執(zhí)行器接受控制信號使電動調(diào)節(jié)閥芯開度變化時，由于不管系統(tǒng)壓差（P1-P3）如何變化，電動調(diào)節(jié)閥芯二端的壓差（P1-P2）始終維持不變，因此對應(yīng)于任一開度位置，其輸送的水流量都是一定的，并且這種電動閥實際的流量特性曲線與其理想的流量特性曲線是一致的，沒有偏離，因此這種電動調(diào)節(jié)閥較傳統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥具有更好的調(diào)節(jié)特性。

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥與傳統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥的比較：

比較內(nèi)容

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥

傳統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥

調(diào)節(jié)精度

較高

一般

輸送流量

在任一開度位置的流量是唯一

和恒定的

即使在同一開度位置，其流量也隨著

系統(tǒng)壓力的波動而波動

輸送

熱（冷）量

在任一開度位置輸送的熱（冷）

量都是唯一和恒定的

即使在同一開度位置，其輸送的熱（冷）量也隨著系統(tǒng)壓力的波動而波動

調(diào)節(jié)閥

開度變化

只受標準控制信號的控制，不受

系統(tǒng)壓力波動的影響

既受標準控制信號的控制，又受系統(tǒng)

壓力波動的影響

工作狀態(tài)

穩(wěn)定，不受系統(tǒng)壓力波動的影響

不穩(wěn)定，受系統(tǒng)壓力波動的影響

抗干擾能力

強

弱

流量特性

曲線圖

比較

左圖為理想的流量特性曲線

右圖為實際的流量特性曲線

理想的流量特性曲線與實際的

流量特性曲線一致，沒有偏離。

左圖為理想的流量特性曲線

右圖為實際的流量特性曲線

理想的流量特性曲線與實際的流量

特性曲線不一致。系統(tǒng)壓力波動越

大，偏離理想的流量特性曲線的幅

度就越大，調(diào)節(jié)特性越差

最小壓差要求

必須維持最小壓差以保證

動態(tài)平衡

無最小壓差要求

三、動態(tài)平衡電動閥門在系統(tǒng)中的應(yīng)用：

1、動態(tài)平衡電動二通閥在系統(tǒng)中的應(yīng)用：

動態(tài)平衡電動二通閥主要適用于暖通空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機盤管溫度控制。在系統(tǒng)負荷波動較大的變流量系統(tǒng)中優(yōu)勢明顯，如高級賓館、辦公大樓等的空調(diào)系統(tǒng)等。

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的應(yīng)用：

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥主要適用于暖通空調(diào)系統(tǒng)末端空調(diào)設(shè)備（如空調(diào)箱、新風(fēng)機組、空氣處理機）的溫度控制，在系統(tǒng)負荷波動較大的變流量系統(tǒng)中優(yōu)勢明顯。

四、暖通空調(diào)變流量水力系統(tǒng)全面平衡的概念及實現(xiàn)途徑：

1、全面水力平衡的概念：

暖通空調(diào)水系統(tǒng)水力失調(diào)分為靜態(tài)水力失調(diào)和動態(tài)水力失調(diào)。

由于設(shè)計、施工、設(shè)備材料等原因?qū)е碌南到y(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值與設(shè)計要求管道特性阻力數(shù)比值不一致，從而使系統(tǒng)各用戶的實際流量與設(shè)計要求流量不一致，引起系統(tǒng)的水力失調(diào)，叫做靜態(tài)水力失調(diào)。

靜態(tài)水力失調(diào)是穩(wěn)態(tài)的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的，是暖通空調(diào)水系統(tǒng)中水力失調(diào)的重要因素。

通過在管道系統(tǒng)中增設(shè)靜態(tài)水力平衡閥，在暖通空調(diào)工程水系統(tǒng)初調(diào)試時對系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值進行調(diào)節(jié)，使其與設(shè)計要求管道特性阻力數(shù)比值一致，此時當(dāng)系統(tǒng)總流量達到設(shè)計流量時，各末端設(shè)備流量均同時達到設(shè)計流量。因此，對于一個調(diào)試合格的系統(tǒng)，在運行過程中是不存在靜態(tài)水力失調(diào)的。

系統(tǒng)實際運行過程中當(dāng)某些用戶閥門開度變化引起水流量改變時，系統(tǒng)的壓力產(chǎn)生波動，其它用戶的流量也隨之發(fā)生改變，偏離系統(tǒng)要求流量，從而導(dǎo)致的水力失調(diào)，叫做動態(tài)水力失調(diào)。

動態(tài)水力失調(diào)是動態(tài)的、變化的，它不是系統(tǒng)本身所固有的，是在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的。

通過在管道系統(tǒng)中增設(shè)動態(tài)水力平衡設(shè)備，當(dāng)其它用戶閥門開度發(fā)生變化時，通過動態(tài)水力平衡設(shè)備的屏蔽作用，使自身的流量并不隨之發(fā)生變化，末端設(shè)備流量不互相干擾。因此，選擇合理的動態(tài)水力平衡設(shè)備，如動態(tài)平衡電動閥，可以消除系統(tǒng)運行過程中的動態(tài)水力失調(diào)。

由于暖通空調(diào)變流量水力系統(tǒng)既存在靜態(tài)水力失調(diào)，又存在動態(tài)水力失調(diào)，因此實現(xiàn)全面水力平衡的實質(zhì)就是在系統(tǒng)中同時實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)水力平衡。

全面水力平衡是指一方面在系統(tǒng)的初調(diào)試時，使系統(tǒng)中各個末端設(shè)備的流量同時達到設(shè)計流量，從而實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡；另一方面，在系統(tǒng)的運行過程中，系統(tǒng)中各個末端設(shè)備的流量同時達到系統(tǒng)要求流量（這個流量是由末端設(shè)備的實際瞬時負荷所決定的），且末端設(shè)備流量的變化只受設(shè)備負荷變化的影響，而不受系統(tǒng)壓力波動的影響，即系統(tǒng)中各個末端設(shè)備流量的變化不互相干擾，從而實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

全面水力平衡保證了系統(tǒng)供給和需求水量的一致性，系統(tǒng)的水量消耗沒有任何浪費，因此這種系統(tǒng)是高效和節(jié)能的。

2、全面水力平衡實現(xiàn)的途徑：

通過在系統(tǒng)中的一定部位安裝靜、動態(tài)水力平衡設(shè)備，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的全面水力平衡。

靜態(tài)水力平衡設(shè)備主要有靜態(tài)水力平衡閥，動態(tài)水力平衡設(shè)備主要有動態(tài)平衡電動二通閥、動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥、動態(tài)流量平衡閥等。

暖通空調(diào)變流量水力系統(tǒng)全面水力平衡的解決方案如（圖二）所示。

通過在暖通空調(diào)水系統(tǒng)集水器回水主管、總管以及末端設(shè)備各層支路回水管等部位安裝靜態(tài)水力平衡閥，在系統(tǒng)初調(diào)試時通過一定的步驟進行調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)實際的管道特性阻力數(shù)比值與設(shè)計要求的管道特性阻力數(shù)比值一致，從而使系統(tǒng)在初調(diào)試合格后實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡；

通過在末端風(fēng)機盤管處安裝動態(tài)平衡電動二通閥、在空氣處理機、空調(diào)箱、新風(fēng)機組處安裝動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥，保證當(dāng)系統(tǒng)的一個末端設(shè)備由于自身負荷變化流量發(fā)生變化時，系統(tǒng)中其它設(shè)備由于自身的動態(tài)屏蔽作用流量并不隨之發(fā)生變化，系統(tǒng)運行時各末端設(shè)備的流量只受自身負荷變化的影響，而不受系統(tǒng)壓力波動的影響，這樣系統(tǒng)就實現(xiàn)了動態(tài)水力平衡。

通過在主設(shè)備處安裝動態(tài)流量平衡閥以保證設(shè)備運行對于流量穩(wěn)定的要求。

通過在機房分、集水器上安裝電動壓差旁通系統(tǒng)從而保證變流量系統(tǒng)對于水流量隨著系統(tǒng)負荷適時變化的要求。

通過安裝以上的水力平衡設(shè)備，并進行合理的調(diào)試，這樣在系統(tǒng)調(diào)試合格后，一方面系統(tǒng)的各個末端設(shè)備流量在動態(tài)閥門處于全開位置時同時達到設(shè)計流量，實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡，另一方面，在系統(tǒng)的運行過程中，各個末端設(shè)備的流量同時達到系統(tǒng)實際要求流量（這種流量是適時變化的）且不互相干擾，從而實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。

這樣，系統(tǒng)就實現(xiàn)了全面的水力平衡。

這種全面平衡的水力系統(tǒng)，由于其水流量是與系統(tǒng)實際要求流量適時一致的，而傳統(tǒng)的不平衡水力系統(tǒng)水流量總是大于系統(tǒng)實際要求流量，導(dǎo)致多余的流量造成系統(tǒng)能源的浪費，因此這種系統(tǒng)是最節(jié)能的。

五、結(jié)語：

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥為暖通空調(diào)變流量水力系統(tǒng)實現(xiàn)全面的水力平衡及進行精確的溫度、流量等調(diào)節(jié)、以及保證系統(tǒng)最大程度的節(jié)能提供了一種有效的解決途徑。但是，在實際的工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)暖通空調(diào)工程項目的投資、規(guī)模及水力系統(tǒng)的特點合理地選用水力平衡設(shè)備，既要保證工程設(shè)計和規(guī)范要求，同時又應(yīng)采取合理的水力平衡方案，為甲方節(jié)約資金。

作者簡介：

王曉松，男，1969年7月生，技術(shù)總監(jiān)、工程師, 100176，北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)同濟中路5號, （010）67883603 13910116597, Email: oventropwxs@vip.sina.com