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动态平衡电动阀介绍

简介： 本文分析了动态平衡电动阀的特点及与传统的电动阀相比较的优点；揭示了动态平衡电动阀是区别于传统电动阀的产品，是动态平衡与电动控制一体化的产品；介绍了这种阀的应用及在系统负荷波动较大的变流量系统中的优势，同时提出了变流量水力系统全面平衡的概念、高效节能的特点及实现途径。
关键字：动态平衡调节阀变流量

近年来，随着人们对生活品质要求以及节能意识的不断提高，暖通空调工程中变流量水力系统得到越来越广泛的应用。同时，一种新型的调节阀—动态平衡电动阀也因其优越的动态平衡特性而在越来越多的变流量水力系统中得到应用。本文分析了动态平衡电动阀的特点及其与传统的电动阀门相比较的优势，介绍了动态平衡电动阀的应用，同时提出了变流量水力系统实现全面水力平衡的概念及途径。

一、暖通空调系统调节方式的演化过程：

暖通空调系统最根本的目标是实现对环境温度的调控，以满足人们对环境舒适度以及一些工艺性的要求。

在早期的暖通空调系统中，一般采用定流量水力系统，通过对末端设备风量的分档控制来实现对目标区域环境温度的调节，如采用三速开关调节风机盘管风量以及通过变风量空调箱进行风量调节等。这种调节是简单、粗略以及分散式的，且在系统初调试合格后不需再对水力系统进行调节。

随着人们对环境舒适度的要求以及节能意识的不断提高，这种调节已经不能满足要求。于是人们开始采用变流量水力系统以及变风量系统，通过电动调节阀或风阀执行器对系统的水量或风量进行连续调节来实现对环境温度的精确控制。

电动调节阀既可以通过与各种传感器、变送器以及控制器相连组成分散式的控制系统，也可以与楼宇控制系统相连组成分散控制、集中管理的中央控制系统，从而大大地提高了系统对环境温度调控的能力。

但是在一些系统负荷波动较大的变流量系统中，由于多台电动调节阀同时工作，任何一台电动调节阀工作状态的改变都会对其它的电动调节阀产生影响，而电动调节阀本身的抗干扰能力又比较差，从而造成了整个系统不稳定，对环境温度的调控能力下降，调节精度降低。

因此在目前的一些大型变流量中央空调水系统中，一种具有较强抗干扰能力的新型调节阀—动态平衡电动阀得到越来越广泛的应用。

同时，一种全新的全面平衡水力系统，也因其高效、稳定和节能而被越来越多的大型变流量水系统所采用。

二、动态平衡电动阀的特点及其与传统的电动阀门相比较的优势：

动态平衡电动阀主要分为二类：用于风机盘管调节的动态平衡电动二通阀以及用于空调箱等调节的动态平衡电动调节阀。

1、动态平衡电动二通阀：

动态平衡电动二通阀是区别于传统的电动二通阀的新一代产品。它不但具有传统的电动二通阀的电动调节作用，即通过房间温控器控制电动二通阀的开启和关闭来调节房间温度，还具有动态平衡的作用，即能在系统压力波动时始终维持电动二通阀开启时的流量保持不变，避免了如传统的电动二通阀在系统处于部分负荷运行状态时由于压力波动较大从而使输送的水流量波动较大、温度控制误差较大、房间忽冷忽热的缺点。

动态平衡电动二通阀的工作原理等同于一个动态平衡阀与一个风机盘管电动二通阀的串联，在电动二通阀开启时，通过动态平衡阀的恒流作用使在系统压力波动时维持流经风机盘管的流量不变。

动态平衡电动二通阀与传统的电动二通阀的比较：

比较内容

动态平衡电动二通阀

传统的电动二通阀

控制温度精度

较高

一般

房间舒适度

较高

一般

二通阀流量

在工作压差范围内始终维持不变

随着系统压力波动忽高忽低

二通阀启闭

影响因素

仅受房间温度影响

受房间温度和系统压力波动影响

二通阀启闭

状态及时间

启闭状态稳定，启闭时间相对恒定

在系统压力波动较大时启闭状态不稳定，

时间忽长忽短

抗干扰能力

强

弱

流量-时

间线图

最小压差要求

必须维持最小压差以保证动态平衡

无最小压差要求

2、动态平衡电动调节阀：

动态平衡电动调节阀是区别于传统的电动调节阀的新一代产品。

暖通空调系统一般要求电动调节阀具有直线的流量特性曲线，即流量变化与阀体开度变化的比值是一个定值；对于系统负荷波动较大的变流量系统，还要求电动调节阀具有等百分比的流量特性曲线，以满足在小流量时调节较平缓，而在大流量时调节灵敏的要求。

传统的电动调节阀理想的流量特性曲线一般都是直线的或等百分比的。但是在实际的工作过程中，特别是在系统负荷波动较大的变流量系统中，由于调节阀进出口压差的波动，其实际的工作流量特性曲线会偏离理想的流量特性曲线，使电动调节阀的调节特性变差，调节精度降低。这种电动调节阀工作时不但受到标准控制信号的控制，还受系统压力波动的影响，抵抗系统干扰的能力较差。在系统压力波动较大或者阀权度较小时，调节精度变差甚至无法调节，导致调节的温度忽高忽低，达不到系统对电动调节阀调节特性的要求。

动态平衡电动调节阀是动态平衡与电动调节一体化的产品。它采用全新的设计理念，使得调节阀在系统实际工作过程中当压力波动时，能动态的平衡系统的压力变化。因此，这种动态平衡电动调节阀工作时的流量特性曲线与理想的流量特性曲线是一致的，没有偏离。特殊的设计保证了电动阀的调节只受标准控制信号的作用，而不受系统压力波动的影响，而且，对应电动阀的任一开度位置，其流量都是唯一和恒定的，对于暖通空调系统来说，这就意味着电动阀在任一调节位置输送的热（冷）量都是稳定的。因此，这种电动阀特别适用在系统负荷变化较大的变流量系统中，具有抗干扰能力强，工作状态稳定，调节精度高的特点。避免了传统的电动调节阀即使在同一开度位置，由于系统压力的波动，其流量也是变化的，电动阀输送热（冷）量不稳定，抗干扰能力差、调节精度低的缺点。

动态平衡电动调节阀根据其结构形式分为阀前定压式（如FLOWCON公司）和阀后定压式（如OVENTROP公司）二种。，它们的原理是一样的。对于阀前定压式，其工作原理如（图一）所示：

在系统负荷波动较大的变流量系统中，当系统压力变化时，动态平衡电动调节阀二端的压差（P1—P3）也随之变化：

⑴、当进口压力P1升高时，通过阀体内部引压通道的引压作用，动态平衡电动调节阀的动态平衡阀芯（图中后置带阻尼元件阀芯）在P1作用下向上运动，使P2、P3间开度减少，阀体内部压力P2升高，从而保证电动调节阀芯二端的压差（P1-P2）维持不变；当进口压力P1降低时，，通过阀体内部引压通道的引压作用，动态平衡阀芯向下运动，使P2、P3间开度增大，阀体内部压力P2降低，从而保证电动调节阀芯二端的压差（P1-P2）维持不变。因此，无论系统的压力怎样变化，通过动态平衡阀芯的调节作用，使电动调节阀芯二端的压差始终维持不变。因此这种电动阀的抗干扰能力强，具有动态平衡的功能；

⑵、当电动执行器接受控制信号使电动调节阀芯开度变化时，由于不管系统压差（P1-P3）如何变化，电动调节阀芯二端的压差（P1-P2）始终维持不变，因此对应于任一开度位置，其输送的水流量都是一定的，并且这种电动阀实际的流量特性曲线与其理想的流量特性曲线是一致的，没有偏离，因此这种电动调节阀较传统的电动调节阀具有更好的调节特性。

动态平衡电动调节阀与传统的电动调节阀的比较：

比较内容

动态平衡电动调节阀

传统的电动调节阀

调节精度

较高

一般

输送流量

在任一开度位置的流量是唯一

和恒定的

即使在同一开度位置，其流量也随着

系统压力的波动而波动

输送

热（冷）量

在任一开度位置输送的热（冷）

量都是唯一和恒定的

即使在同一开度位置，其输送的热（冷）量也随着系统压力的波动而波动

调节阀

开度变化

只受标准控制信号的控制，不受

系统压力波动的影响

既受标准控制信号的控制，又受系统

压力波动的影响

工作状态

稳定，不受系统压力波动的影响

不稳定，受系统压力波动的影响

抗干扰能力

强

弱

流量特性

曲线图

比较

左图为理想的流量特性曲线

右图为实际的流量特性曲线

理想的流量特性曲线与实际的

流量特性曲线一致，没有偏离。

左图为理想的流量特性曲线

右图为实际的流量特性曲线

理想的流量特性曲线与实际的流量

特性曲线不一致。系统压力波动越

大，偏离理想的流量特性曲线的幅

度就越大，调节特性越差

最小压差要求

必须维持最小压差以保证

动态平衡

无最小压差要求

三、动态平衡电动阀门在系统中的应用：

1、动态平衡电动二通阀在系统中的应用：

动态平衡电动二通阀主要适用于暖通空调系统中的风机盘管温度控制。在系统负荷波动较大的变流量系统中优势明显，如高级宾馆、办公大楼等的空调系统等。

动态平衡电动调节阀在系统中的应用：

动态平衡电动调节阀主要适用于暖通空调系统末端空调设备（如空调箱、新风机组、空气处理机）的温度控制，在系统负荷波动较大的变流量系统中优势明显。

四、暖通空调变流量水力系统全面平衡的概念及实现途径：

1、全面水力平衡的概念：

暖通空调水系统水力失调分为静态水力失调和动态水力失调。

由于设计、施工、设备材料等原因导致的系统管道特性阻力数比值与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计要求流量不一致，引起系统的水力失调，叫做静态水力失调。

静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是暖通空调水系统中水力失调的重要因素。

通过在管道系统中增设静态水力平衡阀，在暖通空调工程水系统初调试时对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，此时当系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量。因此，对于一个调试合格的系统，在运行过程中是不存在静态水力失调的。

系统实际运行过程中当某些用户阀门开度变化引起水流量改变时，系统的压力产生波动，其它用户的流量也随之发生改变，偏离系统要求流量，从而导致的水力失调，叫做动态水力失调。

动态水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。

通过在管道系统中增设动态水力平衡设备，当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰。因此，选择合理的动态水力平衡设备，如动态平衡电动阀，可以消除系统运行过程中的动态水力失调。

由于暖通空调变流量水力系统既存在静态水力失调，又存在动态水力失调，因此实现全面水力平衡的实质就是在系统中同时实现静态和动态水力平衡。

全面水力平衡是指一方面在系统的初调试时，使系统中各个末端设备的流量同时达到设计流量，从而实现静态水力平衡；另一方面，在系统的运行过程中，系统中各个末端设备的流量同时达到系统要求流量（这个流量是由末端设备的实际瞬时负荷所决定的），且末端设备流量的变化只受设备负荷变化的影响，而不受系统压力波动的影响，即系统中各个末端设备流量的变化不互相干扰，从而实现动态水力平衡。

全面水力平衡保证了系统供给和需求水量的一致性，系统的水量消耗没有任何浪费，因此这种系统是高效和节能的。

2、全面水力平衡实现的途径：

通过在系统中的一定部位安装静、动态水力平衡设备，可以实现系统的全面水力平衡。

静态水力平衡设备主要有静态水力平衡阀，动态水力平衡设备主要有动态平衡电动二通阀、动态平衡电动调节阀、动态流量平衡阀等。

暖通空调变流量水力系统全面水力平衡的解决方案如（图二）所示。

通过在暖通空调水系统集水器回水主管、总管以及末端设备各层支路回水管等部位安装静态水力平衡阀，在系统初调试时通过一定的步骤进行调节，保证系统实际的管道特性阻力数比值与设计要求的管道特性阻力数比值一致，从而使系统在初调试合格后实现静态水力平衡；

通过在末端风机盘管处安装动态平衡电动二通阀、在空气处理机、空调箱、新风机组处安装动态平衡电动调节阀，保证当系统的一个末端设备由于自身负荷变化流量发生变化时，系统中其它设备由于自身的动态屏蔽作用流量并不随之发生变化，系统运行时各末端设备的流量只受自身负荷变化的影响，而不受系统压力波动的影响，这样系统就实现了动态水力平衡。

通过在主设备处安装动态流量平衡阀以保证设备运行对于流量稳定的要求。

通过在机房分、集水器上安装电动压差旁通系统从而保证变流量系统对于水流量随着系统负荷适时变化的要求。

通过安装以上的水力平衡设备，并进行合理的调试，这样在系统调试合格后，一方面系统的各个末端设备流量在动态阀门处于全开位置时同时达到设计流量，实现静态水力平衡，另一方面，在系统的运行过程中，各个末端设备的流量同时达到系统实际要求流量（这种流量是适时变化的）且不互相干扰，从而实现动态水力平衡。

这样，系统就实现了全面的水力平衡。

这种全面平衡的水力系统，由于其水流量是与系统实际要求流量适时一致的，而传统的不平衡水力系统水流量总是大于系统实际要求流量，导致多余的流量造成系统能源的浪费，因此这种系统是最节能的。

五、结语：

动态平衡电动调节阀为暖通空调变流量水力系统实现全面的水力平衡及进行精确的温度、流量等调节、以及保证系统最大程度的节能提供了一种有效的解决途径。但是，在实际的工程设计中，应根据暖通空调工程项目的投资、规模及水力系统的特点合理地选用水力平衡设备，既要保证工程设计和规范要求，同时又应采取合理的水力平衡方案，为甲方节约资金。

作者简介：

王晓松，男，1969年7月生，技术总监、工程师, 100176，北京经济技术开发区同济中路5号, （010）67883603 13910116597, Email: oventropwxs@vip.sina.com