水力失調(diào)是普遍存在的問題,在暖通空調(diào)水系統(tǒng)中。由于系統(tǒng)中水力失調(diào)問題的存在,才導(dǎo)致系統(tǒng)流量分配不均，在某些空調(diào)區(qū)域流量過高，某些空調(diào)區(qū)域流量過低，才造成某些區(qū)域冬天不熱、夏天不冷的情況出現(xiàn)。系統(tǒng)輸送水流量的不合理，使得空調(diào)區(qū)域?qū)嶋H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(qū)域沒有達到供熱、制冷的效果。在系統(tǒng)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(chǎn)生熱 （冷）不均及更大的能源浪費，這讓空調(diào)系統(tǒng)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(yīng)的水力平衡措施對 系統(tǒng)流量分配進行調(diào)節(jié)才能徹底從根本上解決這個問題。
一、水力失調(diào)存在的原因及種類
在暖通空調(diào)水系統(tǒng)中某用戶的實際流量與設(shè)計要求流量之間的不一致性稱為該用戶的水力失調(diào)。水力失調(diào)的程度可以用實際流量與設(shè)計要求流量的比值X來衡量，X稱水力失調(diào)度。
X = G/G0
G：用戶的實際流量（m3/h）
G0：用戶的設(shè)計要求流量（m3/h）
根據(jù)水力失調(diào)的特性可將其分為：靜態(tài)水力失調(diào)和動態(tài)水力失調(diào)。
1、靜態(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，是當(dāng)前我國暖通空調(diào)水系統(tǒng)中水力失調(diào)的重要因素。
造成靜態(tài)水力失調(diào)的根本原因是由于在系統(tǒng)運行狀態(tài)下管路特性不能在用戶需要的流量下實現(xiàn)各用戶環(huán)路的阻力相等，也就是我們通常所說的阻力不平衡。熱網(wǎng)管道 規(guī)格的離散性使熱網(wǎng)設(shè)計不可能在不經(jīng)過人為調(diào)節(jié)而實現(xiàn)各個用戶環(huán)路的水力平衡。在熱網(wǎng)設(shè)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(huán)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(tǒng) 在運行過程中各個用戶的實際流量都偏離于設(shè)計流量。在這種自然狀態(tài)下分配各個用戶流量，必然產(chǎn)生靜態(tài)水力失調(diào)。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(diào)節(jié)閥閥門進行預(yù)平衡等辦法，但僅能解決部分問題，不能實現(xiàn)真正的水力平衡。有關(guān)設(shè)計規(guī)范要求：熱水供暖系統(tǒng)最不利循環(huán)環(huán)路與各并 聯(lián)環(huán)路之間（不包括共同管段）的計算壓力損失相對差額，不應(yīng)大于±15%①。
2、動態(tài)水力失調(diào)
在變流量系統(tǒng)中，當(dāng)某用戶根據(jù)本區(qū)域負荷要求改變閥門等流量調(diào)節(jié)控制設(shè)備而引起水流量改變時，其它用戶的流量也隨之發(fā)生改變，偏離設(shè)計要求流量，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。
當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)越大時，各個用戶之間的動態(tài)失調(diào)影響越嚴(yán)重。因某些用戶根據(jù)負荷變化而開啟、關(guān)閉、調(diào)節(jié)水流量控制閥門時，對系統(tǒng)壓力將造成干擾，從而造成其它 用戶的水流量偏離設(shè)計要求或當(dāng)時使用要求，使得末端設(shè)備不受控，其調(diào)節(jié)閥門頻繁動作，因此這種動態(tài)失調(diào)造成水流量不受控的現(xiàn)象對制冷、供熱效果造成了巨大 影響，需要消除。
二、水力失調(diào)問題的解決方法
1、靜態(tài)水力失調(diào)的解決方法
1.1同程管道系統(tǒng)解決靜態(tài)水力失調(diào)
在水系統(tǒng)中，采用同程管路布置能夠解決靜態(tài)水力失調(diào)問題。通過這種布置方式，使得各個末端設(shè)備的循環(huán)環(huán)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(shè)計流量，如圖2。這種方法適用于循環(huán)水路不是很復(fù)雜，各個末端設(shè)備的阻力損失相近的空調(diào)系統(tǒng)。
在實際設(shè)計過程中，為了平衡各并聯(lián)環(huán)路的壓力損失，往往需要提高近循環(huán)環(huán)路分支管段的比摩阻和流速。但流速過大會使管道產(chǎn)生噪聲。②因此以此種方式解決水 力失調(diào)問題的范圍有限。對于水路復(fù)雜，末端設(shè)備阻力損失差異較大的系統(tǒng)，各個循環(huán)環(huán)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(xiàn)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(tài)水力失調(diào)問題的。
1.2靜態(tài)平衡閥解決靜態(tài)水力失調(diào)
對于不可壓縮的流體，靜態(tài)平衡閥相當(dāng)于一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。靜態(tài)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(lián)環(huán)路的回 水管路安裝靜態(tài)平衡閥（如圖3），通過系統(tǒng)調(diào)試，可以消除各個循環(huán)環(huán)路富裕的資用壓頭，實現(xiàn)各并聯(lián)環(huán)路之間的靜態(tài)平衡。
Q：流量（m3/h）；Kv：靜態(tài)水力平衡閥特性參數(shù)；⊿P：靜態(tài)水力平衡閥壓差（Bar）
在調(diào)試過程中，⊿P可以通過調(diào)試儀表連接靜態(tài)平衡閥測出，Kv值是靜態(tài)平衡閥固有特性，依據(jù)上述公式原理可以直接得到流量數(shù)值。合理地安裝靜態(tài)平衡閥以及 采用正確的方法進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，可以極大地改善系統(tǒng)的水力特性，使系統(tǒng)接近或達到水力平衡，各末端設(shè)備水量誤差可以控制在±5%以內(nèi)，從而既為系統(tǒng)的正常運 行提供了保證，同時又節(jié)省了能源，使系統(tǒng)經(jīng)濟高效地運行。
2、動態(tài)水力失調(diào)的解決方法
在目前應(yīng)用廣泛的變流量空調(diào)系統(tǒng)中，由于空調(diào)區(qū)域的負荷是隨著天氣變化、季節(jié)輪換以及晝夜轉(zhuǎn)換的變化而變化的，因此各末端空調(diào)設(shè)備的流量也要求隨之變化。
為保證空調(diào)系統(tǒng)的舒適節(jié)能性，即保證空調(diào)區(qū)域的適宜溫度（過高或過低都會導(dǎo)致不舒適及不節(jié)能），最根本的途徑就是在達到系統(tǒng)靜態(tài)水力平衡的基礎(chǔ)上，選擇最佳的方法來根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的溫度來調(diào)節(jié)流量,同時避免在調(diào)節(jié)過程中的相互干擾，達到系統(tǒng)的動態(tài)水力平衡。
動態(tài)水力失調(diào)出現(xiàn)的根本原因是，某個或某些末端設(shè)備流量的調(diào)節(jié)造成系統(tǒng)壓力的變化，這種壓力變化導(dǎo)致其它末端設(shè)備的流量變化是不受控的，是不希望出現(xiàn)的， 因此解決系統(tǒng)中末端設(shè)備壓差變化是能夠解決動態(tài)水力失調(diào)的根本方法，即采用自力式壓差調(diào)節(jié)器恒定某兩點間的壓差來解決動態(tài)水力失調(diào)情況的發(fā)生。
2.1風(fēng)機盤管管路定壓差實現(xiàn)動態(tài)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(diào)節(jié)器，另一個取壓點接于相對應(yīng)的供水管路上，通過此設(shè)備恒定A、B兩點之間的壓差。因各個風(fēng)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(huán)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(shù)據(jù)：
⊿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?qū)τ诿颗_風(fēng)盤環(huán)路來說，其阻抗系數(shù)S1、S2、S3都是一個定值，而⊿P又通過壓差調(diào)節(jié)器的控制為一個恒定值，那么根據(jù)以上公式推倒可知 Q1、Q2、Q3等每臺風(fēng)機盤管的流量也將是一個恒定值，本層各臺風(fēng)盤之間的流量不會受到相互之間的影響，也不會受到系統(tǒng)中其它設(shè)備調(diào)節(jié)、開啟、停閉的干 擾，實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)水力平衡。
這種方式能夠屏蔽層與層之間風(fēng)機盤管系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的相互干擾。對于同層之間的風(fēng)機盤管，如果是同程式管道或者風(fēng)機盤管的數(shù)量不多，屏蔽同層之間風(fēng)機盤管流 量調(diào)節(jié)的相互影響的效果也較好;如果是異程式系統(tǒng)并且風(fēng)機盤管的數(shù)量較多，由于水平管道延程阻力的影響，則離壓差調(diào)節(jié)器較近的風(fēng)機盤管流量調(diào)節(jié)的相互干擾 就較小，離壓差調(diào)節(jié)器較遠的風(fēng)機盤管流量調(diào)節(jié)的相互干擾就較大，精度稍差。這種方式適用于每層末端設(shè)備數(shù)量不是特別巨大，各臺末端設(shè)備的阻力損失相差不是 很大的空調(diào)系統(tǒng)，是在實現(xiàn)動態(tài)水力平衡的前提下相對比較經(jīng)濟的一種方式。
對于不符合上述方式要求的空調(diào)系統(tǒng)，為了達到動態(tài)水力平衡也可以考慮采用在每臺風(fēng)機盤管之路上安裝定流量閥或動態(tài)平衡電動二通閥等方案，但這兩種方式現(xiàn)對投資較高，適用于對溫度控制要求較高，系統(tǒng)較為復(fù)雜的工程。
2.2組合式空調(diào)箱或新風(fēng)機組管路定壓差實現(xiàn)動態(tài)平衡
如圖5所示，在空調(diào)箱管路上安裝壓差調(diào)節(jié)器，用其恒定電動調(diào)節(jié)閥進出水兩端的壓差值，即⊿P =P1-P2始終保持恒定。根據(jù)公式
可知空調(diào)箱的流量僅Q僅同電動 調(diào)節(jié)閥的特性Kv值有關(guān)，而與其它參數(shù)沒有任何關(guān)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(diào)節(jié)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(diào)機組的流量是唯一的。因此這種方式可以精確的控制空調(diào)機組的水流量，而不受系統(tǒng)壓力波動的影響，消除 系統(tǒng)中各個末端設(shè)備之間的相互干擾影響，使水系統(tǒng)達到動態(tài)水力平衡。
與上述方案同理，對于組合式空調(diào)箱或新風(fēng)機組的管路，也可以選用將壓差控制器和電動調(diào)節(jié)閥功能合二為一的動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥，其工作原理與上述方案相一致，同時具有應(yīng)用簡單、安裝方便、降低投資等優(yōu)勢。
結(jié)論
綜上所述，暖通空調(diào)系統(tǒng)中的水力失調(diào)問題是普遍存在的，為了消除水力失調(diào)問題，實現(xiàn)各空調(diào)區(qū)域供熱、制冷效果的均衡，達到節(jié)能降耗的目的，應(yīng)針對不同的空 調(diào)系統(tǒng)采用水力平衡技術(shù)措施。上述文中就實現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡提出了一些解決方法，在實際的工程實踐中，應(yīng)根據(jù)投資和系統(tǒng)精度要求合理的選擇適宜的解決方案， 既要滿足工程設(shè)計和技術(shù)規(guī)范要求，又能降低系統(tǒng)運行成本，節(jié)省系統(tǒng)建設(shè)初期投資。