【摘要】许多人认为只要采用足够好的自控系统，诸如流量分配不均、压力不稳定等水力失调问题就可以得到较好的控制，其实不然。不管是多么先进的自控系统，能否正常工作以实现人们预期的精确的温、湿度控制的重要前提，就是空调水系统的动态水力平衡。本文通过控制阀阀权度的概念，建立具体模型的计算，来论证动态水力平衡对于中央空调系统能否实现完美精确的自动控制的重要性和应用方法。

【关键词】动态水力平衡;自动控制;控制阀阀权度;资用压头

为什么说即使是应用了目前最先进技术的自动控制系统也经常达不到所要求的舒适度控制效果，这并不是因为自控系统本身的不完善，而是在大多数情况下，问题的根本在于自控系统所要控制的对象本身，也就是传输冷（热）量的媒介——冷（热）水系统的水力工况！即换言之，那么我们也应该从对水力工况的控制，也就是动态水力平衡的角度来找到解决方案。

1、控制阀阀权度

为了表征和衡量控制阀调节特性偏移的程度以及后文的论证，我们再来介绍一个“阀权度”的概念。我们定义控制阀，如电动调节（两通）阀的阀权度为β，

即阀权度=控制阀全开并流过设计流量时的阀门两端压差/控制阀关闭时两端的压差（即该环路的资用压头）。从定义可知阀权度是一个介于0～1的数字，它反映了当控制阀从全开到全关时，有多少额外压差作用在阀门两端，额外压差增加的越多，阀权度越小，阀门的调节特性偏离理想特性——控制阀供应商所提供的阀门工作曲线的程度越严重，实际调节特性也就越差。例如，阀权度β=0.25，表示阀门趋于关闭时，有相当于4倍的阀门全开正常工作时的压差作用在控制阀两端上！通俗点解释，当控制阀关闭时，是因为我们想降低流量，可当阀门关小时，阀门两端所增大的压差又会加快流过阀门流体的流速，会产生增加流量的趋势，所以控制阀不能真正将流量降低到“所需值”，即控制阀的调节特性发生了改变！一般来讲，我们建议控制阀的阀权度不应小于0.5，最小不能小于0.25。

我们的暖通空调系统运行的大部分时间里，系统所需承担的负荷不超过设计负荷的50%，而50%的负荷意味着什么呢？从一般末端设备（风机盘管或散热器）的“热交换量vs流量”曲线可知（参见图1），50%的负荷仅需要约20%的设计水流量，而由              ，20%的流量仅产生4%的压降，这意味着在系统输配侧水管路、空调设备上的压力损耗仅为设计工况的4%！

为了更好的量化和分析问题，以典型空调水系统工况建立一个简单的模型来计算说明。在我们所要讨论的环路中，在设计工况下盘管阻力20kpa，从水泵至该环路的管路损失为65kpa，假设设计工况下我们所选的控制阀两端的工作压差为15kpa，则从水泵至该点所需的资用压头为20+15+65=100kpa。

首先，设计工况时，即该控制阀的最优阀权度。按照定义，分子即是我们所设的15kpa;再看分母，此时，系统中其他阀门全开，仅有此控制阀趋于关闭时，对整个系统流量影响很小，根据，消耗在从水泵至该回路之前管路上的压损变化很小，可忽略，那么作用在该控制阀上的压头约为100-65=35kpa，则理论上我们可获得控制阀的阀权度β=15/35≈0.43，似乎是一个可以接受的值。

再看一下在50%负荷情况下此控制阀的阀权度将如何变化。如前文中论述，我们以常规的末端空调设备为例，系统在50%负荷情况下设备及管路中的总流量仅为设计流量的20%左右，相应地，此时消耗在系统管路以及末端设备上的压损仅为设计工况时的4%，即（65+20）*4%=3.4kpa，那么此时控制阀趋于关闭时作用在其上的实际压头将增大至100-3.4=96.6kpa！实际阀权度β=15/96.6≈0.155<0.25！如此低的阀权度将意味着“振荡控制”的问题将出现！我们付出昂贵代价所获得的自控系统将无法实现其应有的控制效果！而且这种问题将可能在整个系统运行时间的50%-70%中出现！

结论：

以往，人们过于单方面依赖自控系统的作用，而忽视了自控系统所要控制的水系统本身问题的复杂性，即水力不平衡所造成危害的严重性。只有合理地应用水力平衡措施，才是提高暖通空调系统的舒适性和节约能耗的有效途径。

参考文献：

[1]（杨国荣，胡仰耆等译）Robert Petitjean.全面水力平衡[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社， 2008.

[3]ASHRAE Standard-111-1988， Practices for measurement， testing， adjusting and balancing of building heating， ventilation and air conditioning [S]. 1988.

[4]Coad William. Hydronic designs [J]. ASHARE Journal， June 1985.

[5]Robert Petitjean. Lequilibrage Hydraulique dans la construction [M]. Sweden： Tour & Andersson Hydronics AB.

[6]Robert Petitjean. Balancing a variable flow system improves the control system [J]. ASHARE Journal， October 1990.

作者簡介：

王焕海，男，中国科学院天津工业生物技术研究院工程硕士导师，天合新源（天津）能源科技有限公司副总经理。瑞典Tour & Andersson水力学院亚太区讲师;住建部中德技术合作“中国北方地区既有建筑节能改造”项目巡讲专家;主持“欧盟援助亚洲（Switch-Asia）-天津开发区产业共生项目”“天津开发区公共建筑能耗在线监测”等国家级示范项目。