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)別于傳統電動閥的產品，是動態(tài)平衡與電動控制一體化的產品；介紹了這種閥的應用及在系統負荷波動較大的變流量系統中的優(yōu)勢，同時提出了變流量水力系統全面平衡的概念、高效節(jié)能的特點及實現途徑。
關鍵字：動態(tài)平衡 調節(jié)閥 變流量

近年來，隨著人們對生活品質要求以及節(jié)能意識的不斷提高，暖通空調工程中變流量水力系統得到越來越廣泛的應用。同時，一種新型的調節(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中得到應用。本文分析了動態(tài)平衡電動閥的特點及其與傳統的電動閥門相比較的優(yōu)勢，介紹了動態(tài)平衡電動閥的應用，同時提出了變流量水力系統實現全面水力平衡的概念及途徑。

一、暖通空調系統調節(jié)方式的演化過程：

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

在早期的暖通空調系統中，一般采用定流量水力系統，通過對末端設備風量的分檔控制來實現對目標區(qū)域環(huán)境溫度的調節(jié)，如采用三速開關調節(jié)風機盤管風量以及通過變風量空調箱進行風量調節(jié)等。這種調節(jié)是簡單、粗略以及分散式的，且在系統初調試合格后不需再對水力系統進行調節(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，這種調節(jié)已經不能滿足要求。于是人們開始采用變流量水力系統以及變風量系統，通過電動調節(jié)閥或風閥執(zhí)行器對系統的水量或風量進行連續(xù)調節(jié)來實現對環(huán)境溫度的精確控制。

電動調節(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，也可以與樓宇控制系統相連組成分散控制、集中管理的中央控制系統，從而大大地提高了系統對環(huán)境溫度調控的能力。

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

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

同時，一種全新的全面平衡水力系統，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所采用。

二、動態(tài)平衡電動閥的特點及其與傳統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：用于風機盤管調節(jié)的動態(tài)平衡電動二通閥以及用于空調箱等調節(jié)的動態(tài)平衡電動調節(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)別于傳統的電動二通閥的新一代產品。它不但具有傳統的電動二通閥的電動調節(jié)作用，即通過房間溫控器控制電動二通閥的開啟和關閉來調節(jié)房間溫度，還具有動態(tài)平衡的作用，即能在系統壓力波動時始終維持電動二通閥開啟時的流量保持不變，避免了如傳統的電動二通閥在系統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)平衡閥與一個風機盤管電動二通閥的串聯，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壓力波動時維持流經風機盤管的流量不變。

動態(tài)平衡電動二通閥與傳統的電動二通閥的比較：

比較內容

動態(tài)平衡電動二通閥

傳統的電動二通閥

控制溫度精度

較高

一般

房間舒適度

較高

一般

二通閥流量

在工作壓差范圍內始終維持不變

隨著系統壓力波動忽高忽低

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)平衡電動調節(jié)閥：

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥是區(qū)別于傳統的電動調節(jié)閥的新一代產品。

暖通空調系統一般要求電動調節(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；對于系統負荷波動較大的變流量系統，還要求電動調節(jié)閥具有等百分比的流量特性曲線，以滿足在小流量時調節(jié)較平緩，而在大流量時調節(jié)靈敏的要求。

傳統的電動調節(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，特別是在系統負荷波動較大的變流量系統中，由于調節(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，使電動調節(jié)閥的調節(jié)特性變差，調節(jié)精度降低。這種電動調節(jié)閥工作時不但受到標準控制信號的控制，還受系統壓力波動的影響，抵抗系統干擾的能力較差。在系統壓力波動較大或者閥權度較小時，調節(jié)精度變差甚至無法調節(jié)，導致調節(jié)的溫度忽高忽低，達不到系統對電動調節(jié)閥調節(jié)特性的要求。

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥是動態(tài)平衡與電動調節(jié)一體化的產品。它采用全新的設計理念，使得調節(jié)閥在系統實際工作過程中當壓力波動時，能動態(tài)的平衡系統的壓力變化。因此，這種動態(tài)平衡電動調節(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。特殊的設計保證了電動閥的調節(jié)只受標準控制信號的作用，而不受系統壓力波動的影響，而且，對應電動閥的任一開度位置，其流量都是唯一和恒定的，對于暖通空調系統來說，這就意味著電動閥在任一調節(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負荷變化較大的變流量系統中，具有抗干擾能力強，工作狀態(tài)穩(wěn)定，調節(jié)精度高的特點。避免了傳統的電動調節(jié)閥即使在同一開度位置，由于系統壓力的波動，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、調節(jié)精度低的缺點。

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥根據其結構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：

在系統負荷波動較大的變流量系統中，當系統壓力變化時，動態(tài)平衡電動調節(jié)閥二端的壓差（P1—P3）也隨之變化：

⑴、當進口壓力P1升高時，通過閥體內部引壓通道的引壓作用，動態(tài)平衡電動調節(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，閥體內部壓力P2升高，從而保證電動調節(jié)閥芯二端的壓差（P1-P2）維持不變；當進口壓力P1降低時，，通過閥體內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，閥體內部壓力P2降低，從而保證電動調節(jié)閥芯二端的壓差（P1-P2）維持不變。因此，無論系統的壓力怎樣變化，通過動態(tài)平衡閥芯的調節(jié)作用，使電動調節(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、當電動執(zhí)行器接受控制信號使電動調節(jié)閥芯開度變化時，由于不管系統壓差（P1-P3）如何變化，電動調節(jié)閥芯二端的壓差（P1-P2）始終維持不變，因此對應于任一開度位置，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，因此這種電動調節(jié)閥較傳統的電動調節(jié)閥具有更好的調節(jié)特性。

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥與傳統的電動調節(jié)閥的比較：

比較內容

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥

傳統的電動調節(jié)閥

調節(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）量也隨著系統壓力的波動而波動

調節(jié)閥

開度變化

只受標準控制信號的控制，不受

系統壓力波動的影響

既受標準控制信號的控制，又受系統

壓力波動的影響

工作狀態(tài)

穩(wěn)定，不受系統壓力波動的影響

不穩(wěn)定，受系統壓力波動的影響

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。系統壓力波動越

大，偏離理想的流量特性曲線的幅

度就越大，調節(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中的應用：

1、動態(tài)平衡電動二通閥在系統中的應用：

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

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥在系統中的應用：

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥主要適用于暖通空調系統末端空調設備（如空調箱、新風機組、空氣處理機）的溫度控制，在系統負荷波動較大的變流量系統中優(yōu)勢明顯。

四、暖通空調變流量水力系統全面平衡的概念及實現途徑：

1、全面水力平衡的概念：

暖通空調水系統水力失調分為靜態(tài)水力失調和動態(tài)水力失調。

由于設計、施工、設備材料等原因導致的系統管道特性阻力數比值與設計要求管道特性阻力數比值不一致，從而使系統各用戶的實際流量與設計要求流量不一致，引起系統的水力失調，叫做靜態(tài)水力失調。

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

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

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

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

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

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

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

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

2、全面水力平衡實現的途徑：

通過在系統中的一定部位安裝靜、動態(tài)水力平衡設備，可以實現系統的全面水力平衡。

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

暖通空調變流量水力系統全面水力平衡的解決方案如（圖二）所示。

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

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

通過在主設備處安裝動態(tài)流量平衡閥以保證設備運行對于流量穩(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從而保證變流量系統對于水流量隨著系統負荷適時變化的要求。

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

這樣，系統就實現了全面的水力平衡。

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

五、結語：

動態(tài)平衡電動調節(jié)閥為暖通空調變流量水力系統實現全面的水力平衡及進行精確的溫度、流量等調節(jié)、以及保證系統最大程度的節(jié)能提供了一種有效的解決途徑。但是，在實際的工程設計中，應根據暖通空調工程項目的投資、規(guī)模及水力系統的特點合理地選用水力平衡設備，既要保證工程設計和規(guī)范要求，同時又應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，技術總監(jiān)、工程師, 100176，北京經濟技術開發(fā)區(qū)同濟中路5號, （010）67883603 13910116597, Email: oventropwxs@vip.sina.com