之前介紹自力式壓力調節閥在化工行業(yè)應用，現在介紹空調水系統平衡閥設計空調水系統的阻力平衡是保證空調系統正常、有效運行的前提，以較低的能耗，獲得舒適的室內環(huán)境，是暖通設計者比較關(guān)心重視的問(wèn)題。為了達到水系統的阻力平衡，設計師一般盡可能采用同程式水系統，倘若條件不允許時(shí)則采用異程式水系統，此時(shí)系統可能存在水力平衡失調。當各分區環(huán)路采用同程式系統時(shí)，各系統環(huán)路間也可能存在嚴重的阻力不平衡而導致水力平衡失調。因此必須通過(guò)各種調節手段使系統達到平衡。近年來(lái)，平衡閥因其較為完備的功能和良好的調節性能，正在越受重視和歡迎。許多設計師在設計水系統時(shí)傾向于使用平衡閥來(lái)進(jìn)行水力平衡，但筆者發(fā)現，在很多工程中，平衡閥的設置不盡合理，設計人員對各種平衡閥的應用場(chǎng)合考慮不周。本文從平衡閥的原理入手介紹在工程實(shí)踐中如何合理地選擇平衡閥及相應的系統形式。當前中央空調水系統大多為兩管制，冬夏兩用。為了便于水系統的阻力平衡，設計人員一般都盡可能采用同程式水系統；但在實(shí)際工程中由于一些條件的限制，設計人員也會(huì )設計一些異程式水系統。另外，盡管各系統環(huán)路采用同程式水系統，但各系統環(huán)路之間也存在著(zhù)嚴重的阻力不平衡。為了改善空調水系統的調節功能，用性能良好的調節閥門(mén)取帶現在仍被廣泛采用的閘閥、截止閥、蝶閥等目前平衡閥因其較完備的功能和良好的調節性能，正在越來(lái)越受重視和歡迎。  
1　空調水系統平衡閥設計平衡閥的工作原理
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥水力平衡設備可分為靜態(tài)水力平衡設備和動(dòng)態(tài)水力平衡設備。靜態(tài)水力平衡設備主要有靜態(tài)平衡閥，動(dòng)態(tài)水力平衡設備主要有動(dòng)態(tài)流量平衡閥、動(dòng)態(tài)壓差控制閥、動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通開(kāi)關(guān)閥、組合式或一體式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥等。
靜態(tài)平衡閥在水系統中的作用主要是消除靜態(tài)水力失調、使系統實(shí)現靜態(tài)水力平衡。動(dòng)態(tài)水力平衡設備在水系統中的作用主要是消除動(dòng)態(tài)水力失調，使系統實(shí)現動(dòng)態(tài)水力平衡。
1.1　靜態(tài)平衡閥
靜態(tài)平衡閥亦稱(chēng)為手動(dòng)平衡閥或手動(dòng)調節閥，是可進(jìn)行流量測定和調節的閥門(mén)，其操作方式是人工手動(dòng)調節。該平衡閥原理為可變流量的孔板，并帶有關(guān)斷功能。通過(guò)測量閥門(mén)前后測量孔的壓降，結合閥門(mén)開(kāi)度的讀數，便能換算出閥門(mén)調節后的流量。靜態(tài)平衡閥實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有明確的“流量-壓差-開(kāi)度”關(guān)系、清晰可調的開(kāi)度指示以及良好調節特性的阻尼調節元件。
1.2　動(dòng)態(tài)流量平衡閥
動(dòng)態(tài)流量平衡閥亦稱(chēng)自力式流量控制閥、定流量平衡閥等，是一種在閥體前后一定的壓差范圍內能自動(dòng)保持管道的流量始終不變的閥門(mén)。
其工作原理：q=kv√△p。通過(guò)改變平衡閥的閥芯的過(guò)流面積來(lái)適應閥門(mén)前后壓差（如圖1所示）的變化，從而達到控制流量的目的。即在一定壓差范圍內無(wú)論閥門(mén)入口流量如何變化均可保證其出口流量恒定。它相當于一個(gè)局部阻力可變的節流元件，該元件由可變過(guò)流面積的閥膽和高精度（±5%）的彈簧及支撐裝置構成。彈簧受壓差的作用自動(dòng)控制閥膽上過(guò)流面積的大小，從而使通過(guò)閥門(mén)的流量恒定。流量值的大小可以根據系統要求進(jìn)行定制。圖1　動(dòng)態(tài)流量平衡閥示意圖
1.3　動(dòng)態(tài)壓差控制閥
動(dòng)態(tài)壓差控制閥亦稱(chēng)自力式壓差控制閥、定壓差閥、動(dòng)態(tài)壓差平衡閥等，其工作原理：△P=（q/Kv）2。其閥體可設定壓差值，通過(guò)調整閥門(mén)自身的開(kāi)度，能自動(dòng)將系統兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間的壓差恒定在設定壓差值。動(dòng)態(tài)壓差控制閥示例如圖2所示。
動(dòng)態(tài)壓差控制閥是基于彈簧-隔膜組合的方法進(jìn)行設計的。彈簧拉動(dòng)平衡雙閥芯“2”打開(kāi)閥門(mén)，壓差AB施加在隔膜“3”上，產(chǎn)生一個(gè)與彈簧相反的力。壓力A通過(guò)與測量閥的排水管相連的毛細管傳到壓差控制閥上；壓力B從內部或外部傳到隔膜的另外一側。當壓差AB作用在隔膜上的壓力大于彈簧力時(shí)，閥門(mén)開(kāi)始按比例關(guān)小，直到找到一個(gè)新的平衡位置。這樣，在壓差控制閥上產(chǎn)生一個(gè)附加壓力降，限制了壓差△PL（通過(guò)二次回路的壓差）加大。圖2　動(dòng)態(tài)壓差控制閥示意圖
1.4　動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通開(kāi)關(guān)閥
動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通開(kāi)關(guān)閥具有動(dòng)態(tài)平衡和電動(dòng)開(kāi)關(guān)功能，當閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，它能動(dòng)態(tài)地將管道的實(shí)際流量恒定在設計流量值，并不受系統壓力波動(dòng)的影響。
1.5　組合式或一體式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥
組合式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥是將動(dòng)態(tài)壓差平衡閥與電動(dòng)調節閥組合，一體式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥是把動(dòng)態(tài)壓差平衡閥與電動(dòng)調節閥集成在一個(gè)閥體內。它既具有動(dòng)態(tài)平衡功能，即能動(dòng)態(tài)地平衡系統的壓力波動(dòng)，使流經(jīng)管道的流量不受系統壓力波動(dòng)的影響，又具有電動(dòng)調節功能，即能根據目標區域的負荷變化自動(dòng)地調節開(kāi)度從而調節流量值，保證目標區域的溫度始終恒定在設定溫度。

2　空調水系統平衡閥設計平衡閥在水系統中的合理應用
定流量系統是早期的空調工程中常見(jiàn)的水力系統，這里不再闡述平衡閥在定流量系統中的應用。近年來(lái)，隨著(zhù)空調系統的大型化及《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005的實(shí)施，越來(lái)越多的空調工程中都采用了變流量系統。
變流量系統是指系統在運行過(guò)程中各分支環(huán)路的流量隨外界負荷的變化而變化。由于空調系統在一年的大部分時(shí)間都處于部分負荷運行工況，因此變流量系統大部分時(shí)間管道流量都是低于設計流量的。變流量系統一般既存在靜態(tài)水力失調，又存在動(dòng)態(tài)水力失調，因此必須采取相應的水力平衡措施來(lái)實(shí)現系統的水力平衡，即采用靜態(tài)平衡閥實(shí)現靜態(tài)水力平衡，采用動(dòng)態(tài)水力平衡設備實(shí)現動(dòng)態(tài)水力平衡。
2.1　靜態(tài)平衡閥的應用
變流量系統中靜態(tài)平衡閥用于系統初步調節。靜態(tài)平衡閥保證的不是系統中單個(gè)管道的流量值，它要維持的是在系統初調試時(shí)，通過(guò)靜態(tài)平衡閥的調節作用，使系統中各個(gè)管路的流量比值與設計流量的比值一致，這樣當系統的總流量等于設計總流量時(shí)，各個(gè)末端設備及管道的流量也同時(shí)達到設計流量即所需的大流量，系統實(shí)現靜態(tài)水力平衡。靜態(tài)平衡閥應當分級設置，表1為靜態(tài)平衡閥在空調系統中的安裝位置。表1　靜態(tài)平衡閥在空調系統中的安裝位置

2.2　動(dòng)態(tài)流量平衡閥的應用
動(dòng)態(tài)流量平衡閥用于系統中需定流量的管路。在系統中某一需流量恒定的設備的分支管路配置了適當的動(dòng)態(tài)流量平衡閥后，該設備即能運行在設計流量狀態(tài)。如果并聯(lián)的外網(wǎng)由于變動(dòng)而造成壓力的變化△P在一定范圍內（該閥門(mén)有效范圍），則不會(huì )造成流經(jīng)該設備流量的變化。由此可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)流量平衡閥適合安裝在冷凍機房冷熱源設備處，一方面可以保證機組在額定狀態(tài)運行，將流量恒定在設計值，從而保護機組，另一方面提高機組的運行效率，使系統運行的水溫正常。表2為動(dòng)態(tài)流量平衡閥在空調系統中的安裝位置。表2　動(dòng)態(tài)流量平衡閥在空調系統中的安裝位置

當壓力處于設定范圍內，流量隨壓力的變化并不發(fā)生變化，當壓力在設定范圍之外，流量隨著(zhù)壓力的增大而增大。
需要強調的是動(dòng)態(tài)流量平衡閥與電動(dòng)調節閥組合使用是不能實(shí)現穩定末端設備流量的。因為末端設備支路上的電動(dòng)調節閥是根據室溫要求來(lái)調整開(kāi)度進(jìn)而調節流量的，其流量是變化的，而動(dòng)態(tài)流量平衡閥作用是恒定流量，所以動(dòng)態(tài)流量平衡閥和電動(dòng)調節閥組合使用是錯誤的。
2.3　動(dòng)態(tài)壓差控制閥的應用
動(dòng)態(tài)壓差控制閥的作用一是被控環(huán)路出現外擾（網(wǎng)路的壓力波動(dòng)）和內擾（內部管路阻力的改變）時(shí)，使被控環(huán)路的壓差保持恒定；二是各環(huán)路間的調節互不干擾，即一個(gè)環(huán)路的調節對其它環(huán)路的流量不產(chǎn)生影響。
大中型空調系統分區分環(huán)路設計時(shí)，一方面由于工程設計時(shí)循環(huán)水泵是按不利環(huán)路的阻力來(lái)選型的，對近端支路來(lái)說(shuō)，往往揚程偏高，末端支路的調節閥就要承擔更大的壓差；另一方面各環(huán)路之間、各層支路之間壓差值可能相差很大，為避免水力平衡失調，在立管或支管上安裝壓差控制閥可以將立管或支管的壓差穩定在合適的范圍內，各回路的調節互不干擾，可獨立進(jìn)行平衡。
動(dòng)態(tài)壓差控制閥與電動(dòng)調節閥可配合使用（即組合式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥）。一般電動(dòng)調節閥的尺寸選擇均偏大，造成電動(dòng)閥大部分時(shí)間在較小開(kāi)度下工作，導致其兩端壓差增大，不僅使閥的控制不穩定、不，而且電動(dòng)閥的噪聲隨著(zhù)壓差增大而增大；另外閥全開(kāi)時(shí)將使被控末端設備出現過(guò)流。一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方法是與電動(dòng)閥串聯(lián)一個(gè)靜態(tài)平衡閥，消耗一部分壓差，使閥門(mén)開(kāi)度變大，從而將流量限制到設計值。進(jìn)一步更好的解決辦法是，采用動(dòng)態(tài)壓差控制閥與靜態(tài)平衡閥組合設置在電動(dòng)閥兩端，用動(dòng)態(tài)壓差控制閥控制電動(dòng)閥的進(jìn)出口壓差，使之基本恒定，從而避免調節閥閥權度過(guò)小影響其調節能力，使調節閥控制的流量恒定。外網(wǎng)的壓力波動(dòng)和末端設備的壓降變化，均由動(dòng)態(tài)壓差控制閥吸收。表3為動(dòng)態(tài)壓差控制閥在空調系統中的安裝位置。
表3　動(dòng)態(tài)壓差控制閥在空調系統中的安裝位置

2.4　平衡閥應用于末端設備
動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通開(kāi)關(guān)閥主要應用于風(fēng)機盤(pán)管處，一方面，它具有傳統電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的電動(dòng)開(kāi)關(guān)功能；另一方面，它又能在閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)將流量始終恒定在風(fēng)機盤(pán)管的設計流量。
組合式或一體式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥主要應用于空調箱、空氣處理機組和新風(fēng)機組處。
2.5　變流量系統中平衡閥應用系統形式
①末端設備使用動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)二通開(kāi)關(guān)閥及一體式或組合式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調節閥（圖3）

空調水系統平衡閥設計圖3　平衡閥應用于變流量空調水系統形式一
通過(guò)分級設置靜態(tài)平衡閥，使系統初調試時(shí)，各個(gè)末端裝置獲得設計流量，實(shí)現靜態(tài)水力平衡；通過(guò)設置動(dòng)態(tài)水力平衡設備，使系統在運行過(guò)程中各個(gè)末端設備的流量同時(shí)達到系統瞬時(shí)負荷要求流量，且這些流量之間的調節不互相干擾，從而實(shí)現動(dòng)態(tài)水力平衡。
這種系統優(yōu)點(diǎn)是控制穩定；由于末端流量實(shí)時(shí)滿(mǎn)足要求，系統會(huì )獲得自動(dòng)的平衡，不需要其它平衡過(guò)程；維修時(shí)影響的范圍小，某一末端設備的關(guān)斷不影響其它設備的正常使用。缺點(diǎn)是初投資較高。對于一些需要控制溫度的場(chǎng)所，如計算機房、醫院手術(shù)室、工業(yè)廠(chǎng)房等建筑，可以采用這種方案。
②動(dòng)態(tài)壓差控制閥與靜態(tài)平衡閥組合使用（圖4，5）圖4 平衡閥應用于變流量空調水系統型式二圖5 平衡閥應用于變流量空調水系統形式三當系統水平面積較大時(shí)，可在支路上劃分更小的支路，如圖4中的A支路，在小支路上設置壓差控制閥以提高系統控制的靈敏度；當連接支路的末端設備較少時(shí)，宜在立管上設置壓差控制閥以提高經(jīng)濟性（如圖5）。這兩種系統優(yōu)點(diǎn)是舒適性較好，減小電動(dòng)調節閥的噪聲，簡(jiǎn)化了平衡與調試工作，試運行能分階段直接進(jìn)行，而且初投資較低。對于大型商場(chǎng)、寫(xiě)字樓、公寓或酒店等建筑，并不是所有樓層都能同時(shí)賣(mài)完或出租出去，將動(dòng)態(tài)壓差控制閥設置在支路上，穩定支路上的壓差，支路之間不需要進(jìn)行平衡，因此，空調系統可以分層分段投入使用，而且新支路的加入不會(huì )影響其它已經(jīng)運行的支路。

3　空調水系統平衡閥設計平衡閥安裝注意事項
3.1　為使平衡閥前后的水流穩定，保證測量精度，平衡閥應安裝在直管段上，即平衡閥前后各至少有5倍和2倍管徑長(cháng)的直管管段。若平衡閥設在水泵的出口管段上，閥前則需有10倍管徑長(cháng)的直管段。
3.2　安裝過(guò)程中，保證閥體箭頭所示的方向與實(shí)際水流方向一致，切忌安裝方向相反。
3.3　平衡閥的手柄和測壓小孔應調整到面向檢修側，以便于操作和檢修。
3.4　在整個(gè)空調水系統調試完畢后，必須做好平衡閥的保溫。

4　空調水系統平衡閥設計結語(yǔ)
空調水系統的根本水力平衡在于管網(wǎng)系統的設計組織，要通過(guò)計算使其處于基本的平衡狀態(tài)，而不要因使用某些裝置（如平衡閥）而忽略這個(gè)基本工作。
平衡閥的應用為空調水系統的平衡提供了一種解決方案。各種平衡閥原理不同，作用也不同。靜態(tài)平衡閥一旦設定，相當于局部阻力不會(huì )發(fā)生變化的節流元件，其控制對象為系統的阻力，開(kāi)度的變化引起阻力的變化，進(jìn)而達到調節流量的目的，靜態(tài)平衡閥的調節可以保證各支路間的流量分配更加合理。壓差控制閥控制的對象為系統的壓力，當供回水管壓力增大或減小時(shí)，控制閥門(mén)相應關(guān)閉或開(kāi)啟，以保持差壓的穩定，動(dòng)態(tài)壓差控制閥可將管路系統分成若干個(gè)相對獨立的區域，區域間互不影響。動(dòng)態(tài)流量平衡閥相當于局部阻力可以發(fā)生變化的節流元件，其控制對象為系統的流量，當壓力處于設定范圍內，流量隨壓力的變化并不發(fā)生變化，動(dòng)態(tài)流量平衡閥可用于需定水量的支路，避免其他支路流量變化時(shí)對其的影響。
空調水系統平衡閥設計只有正確合理的應用，才能有效的解決水力失調問(wèn)題，確?？照{水系統合理的運行。在工程設計中，我們應當根據工程項目的投資、規模及系統精度要求，在滿(mǎn)足設計規范要求的前提下，合理的選擇水力平衡設備和系統形式，為建設方節約資金。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調壓閥組