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全面水力平衡 暖通空调水力系统设计与应用手册.pdf全面水力平衡—暖通空调水力系统设计与应用手册
附A5比例泄压阀BPV选择
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4mmln与超压值Z取决于R的比值（9.=0时）
为了使一次流量9。保持合理的恒定省道镇江段拓宽改造工程—丹阳段十里牌桥施工组织设计.doc，且与二次流量9。无关，则R必须采用很大 值。为此，应以较小的△d值来选择BPV，主要是增加旁通阀的压力降。例如，为了 获得最小流量大于设计流量的85%，资用的△H值必须大于BPV的设定值加3Ad。
变流量输配系统的特性一一系统示例
在变流量输配系统中，回路的压差基本上是变化的。为了了解在实际情况下这 意味着什么，我们用一个有10个相同末端装置的简单供冷系统来说明各种情况。 我们从系统运行在设计工况，采用定速泵开始，研究在部分负荷工况下其中 个控制阀的阀权度变化。在输配系统中，采用变速泵或能稳定控制阀压差的局部压
附A6.1系统处于设计工况
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增大至118kPa，而其余回路保持在设计流量
4设计工况下末端装置A的容量、增益与图
修正的等百分比特性曲线要好得多，但阀权度0.25是可接受的最小值。因为阀 门行程为20%时，输出量已达到32%。这样的情况在系统主要T作在平均负荷很低 时就很糟。此外，控制阀的压差也增大了，进一步减小了它的阀权度。
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附 A6.4 变速泵应用
平衡——暖通空调水力系统设计与应用手册
附A6.5采用局部压差控制器
差控制器稳定每个控制阀的压差（9T=50%
为了简化图式，仅用回路A与F作为很好的代表。 在平均负荷很小时，控制阀的压差由于STAP阀的比例带的原因而增大很小，但 控制阀的阀权度在较差工况下，总能保持为0.7。 毫无疑问，在压差随平均负荷变化很大时，这是一种最好的技术解决方法。有 了这样好的阀权度，就能使等百分比控制阀切实地达到了阀的行程与容量输出成线 性关系。比例带可调至最小值，确保以最低的费用达到室内舒适条件。 如对所有控制阀采用相同的设计压力降（例如30kPa或小些），那么，不改变基 本结果状况是可能做到的。 将STAP阀用于控制阀上，对末端装置进行调节控制，从控制的角度看，用定速 泵或变速泵无实际差别，但变速泵可以减少运行费用。
附 A6.6 结果比较与结均
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（α）配置定速泵；（6）配置变速泵；（c）配置局部压力控制器STAP 注：当系统处于平均负荷为80%，平均流量为50%的工况下工作时， 作用在控制阀A上的压差变化。图中的β.表示为控制阀A的阀权度。
对于采用定速泵情况，控制阀上的压差从设计.T.况时的30kPa（UV）变为系统 的平均流量9等于50%设计流量时的229kPa（ST），变化很大；对于变速泵，则此 压差从30kPa变为111kPa；而采用了局部压差控制器STAP，压差值仅从30kPa变为 41kPa 在输配管路压力降占了泵压头60%以上的暖通空调系统中，有必要采用自力式 压差控制阀来局部地稳定压差。 有些用户说，他们未见到采用调节控制器比用开/关式控制器让舒适性有所改 善。这正如本节中所解释的那样，必定是作用在调节阀上的压差变化很大，使它的 工作只能是开/关模式。
附A7.1要水力平衡的原因
许多物业经理花钱换来了对室内气候的抱怨，甚至在采用了最新控制技术的新 建筑中也可能会发生这种情况。普遍存在的这类问题有： （1）有些房间从未达到过要求的温度，尤其在负荷变化很大后； （2）室温上下波动，尤其在低负荷与中等负荷时，即使末端装置有高级的控制 器也是如此； （3）虽然产出装置的额定容量可能是足够的，但传递不出设计容量，尤其在周 末或夜间设定返回后的启动期间。 经常发生这些问题的原因是不合理的流量让控制器难以尽责。只有在系统需要 时获得设计流量，控制器才能进行有效地控制。然而，要得到设计流量的唯一方法 是平衡系统。
必须这样做有三个原因： （1）为了在每台锅炉或冷水机组中得到设计流量，产出装置必须平衡。此外， 在大多情况下，每台装置中的流量还得保持恒定。流量波动会降低产出效率，减少 产出装置的寿命以及使有效控制更为困难。 （2）输配系统必须经过平衡。不管系统承担的全部负荷为多少，应确保所有末 端装置至少能够获得设计流量。 （3）控制环路必须经过平衡，为控制阀门带来合适的工况，并使一次水和二次 水的流量相兼容。 当系统平衡后，就可以采用集中控制器或优化控制器，因为这时所有房间会以 相同的方式作出反应。此外，如果系统未平衡，当平均温度偏离设计值时，通常的 结果是既花钱又不舒适。 在平衡过程中，大多数水力问题会被注意到，并且在系统投入运行前可予以纠 正。水力平衡装置能测定压差与流量，在系统的全寿命周期内是排除故障的工具。 作平衡用的压差控制阀的另一个优点是能局部稳定压差，防止产生相互干扰问 题。这两个功能性优点可体现出三个明显的好处：稳定与精确地进行调节控制；降 低控制阀的噪声：方便平衡与调试，
附A7.2不舒适的代价
在寒冷天气，在靠近锅炉的房间太热，顶层太冷。于是，人们提高建筑物内的 供水温度。这样，项层的人不再抱怨。而靠近锅炉的人需开窗户。在炎热的天气， 情况也一样，只不过靠近水泵的房间太冷，在其他地方感到太热。 在一间房间中，温度上下1℃对人的舒适或能耗费用相差不大。但是在一幢建筑 物内，若平均温度不正常，就得花钱了。室温20℃以上增加1℃，则采暖费用至少增 加5%~8%：室温23℃以下降低1℃，则供冷费用将增加10%~16%。
附A7.3设计得很好的系统是否会自动平衡
有些人似乎会想，为了在管道内得到设计流量，那么，在设计图上予以注明不 是足够了吗？但是，要得到所需流量，就必须进行测试与调整，这就是水力平衡如 此重要的源因。 那么，是否可以通过仔细地选择系统来获得合理的流量？从理论上说是可以的 但实际只是一个梦想。 产出装置、管道、水泵与未端装置是按最大需求量设计的（除非系统按参差系 数进行计算）。如果系统链中有一环节选择不当，则其他部分就不能很好地工作。其 结果是得不到要求的室内气候，对舒适性只能妥协。 有人可能会想，采用一些会费钱较多的安全系数来设计系统可以避免绝大多数 问题。但即使有些问题用此办法可得到解决，其他问题还会产生，尤其是控制侧问 题。规格少许选大是难以避免的，因为有些装置必须在现有的商用范围内选择，它 一般不会符合计算要求。此外，在设计阶段，有些部件的特性还未知，因承包商在 后阶段才会去选择它。在考虑到实际安装情况时，也会作出一些必要的调整。这样 在一定程度上就常与最初的设计不同。
7.4采用变速泵是否足以使系统得到设
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假定有两个设计流量均为1L/s的相同末端装置，一个得到的流量为2L/s，另 个得到的流量为0.5L/s，总的流量为2.5L/s而不是2L/s。如果泵的压头减小后使总 流量达到了2L/s，于是每个末端装置的流量分别为1.6L/s与0.4L/s。由于末端装置 不在设计流量的工况下工作，故系统仍不平衡。 此例说明，单用变速泵并不能解决水力平衡问题，因为泵的压头改变时，所有 流量将成比例变化，想用这种方法来避免过流量只能使欠流量情况更容易产生。
A7.5如果二通阀规格选好了系统能
启动困难，启动时间比预期时间长。这些都会增加能耗。非均匀性启动不可 美中控制器进行管理，也不可能进行任何形式的优化。 主定流量输配系统中，过流量与欠流量情况在系统启动期间和启动以后都会发 可题更难解快。
它还使后动困难，后动时间比预期时间长。这些都会增加能耗。非均匀性启动不可 能让集中控制器进行管理，也不可能进行任何形式的优化。 在定流量输配系统中，过流量与欠流量情况在系统启动期间和启动以后都会发 生，问题更难解决。 附A7.6平衡装置能否增加泵的运行费用 如果平衡阀调整得很好，就可以消除由于系统中的非一致性而造成局部压差过 大，确保在设计工况下得到设计流量。如果平衡阀全开，控制阀会受迫关闭进行补 偿。这样的阻力损失是省不了的，阻力只是从平衡阀转移给控制阀。显而易见，平 衡阀是不会产生不必要的压力降。相反，平衡阀可以防止过流量，减少泵的运行 费用。
如果平衡阀调整得很好，就可以消除由于系统中的非一致性而造成局部压差 大，确保在设计工况下得到设计流量。如果平衡阀全开，控制阀会受迫关闭进行 偿。这样的阻力损失是省不了的，阻力只是从平衡阀转移给控制阀。显而易见， 衡阀是不会产生不必要的压力降。相反，平衡阀可以防止过流量，减少泵的运 费用。
附录 B 平衡用基本术语
对用于叙述水力平衡的许多名词，不同的作者会赋予不同的含义。本术语注释 说明了TA公司在本书和公司的其他文献中是如何使用一些基本名词的。这些注释在 技术上并不严格，只是为了给出它的含义与缘由。 空调 Air conditioning在一个受限的空间内，对空气的温度、湿度、运动和洁净
空心板预制吊装施工方案全面水力平衡——暖通空调水力系统设计与应用手册
度进行控制。 平衡Balancing根据设计流量，在输配系统（干管、立管、支管与末端装置） 中有比例地分配流量。 平衡装置Balancingdevice指一个阀门，它用于（1）限制有利向路的流量，防 上其他回路流量不足：（2）在满负荷时、限定系统总流量为设计值：（3）提供测定 系统中压差、流量与/或温度的方法，使故障排除简单。 平衡阀Balancingvalve指一个装置，它调节向路的阻力，保证所有末端装置在 需要时至少能收受到设计流量。 气穴Cavitation在一个水力受限的低压区内，有气泡形成。当受限区内的静压 减小时，空气以气泡形式释放出来。当水流经受限区，流速降低和静压再次升高时， 气泡就会内爆。内爆的汽泡会腐蚀其周围的材料，引起很大的噪声。 舒适区Comfortzone大多数人员（通常大于80%）感到舒适（既不太热又不太 冷）的温度范围。 调试Commissioning在建筑物使用前，对暖通空调系统进行测试与调整，以保 证系统符合设计标准，满足建筑物的运行需要。它常包括对暖通空调、电气、卫生 工程和其他系统的测试与调整。调试还包括在大楼系统使用中对大楼的管理人员予 以指导。 可控性Controllability指系统可以受控的程度，使受控参数在预先确定的范围 内。精确平衡对水力系统的可控制性是必不可少的。 控制器Controller支配暖通空调系统按预先确定的方式运行的装置。它至少综 合了设定值输人元件、比较元件、放大元件和信号处理元件的功能。它从敏感元件 处接受输人，衍生出合适、正确的输出，然后送至驱动器。另见“调节控制”与 “开/关控制”。 控制阀Controlvalve在受控回路中调节水流量的电动阀门，它根据控制器的信 号来改变末端装置的输出。 流量系数CV值这是阀门的一个系数。它等于阀门的压力降为1psi（磅/英 寸2）时所通过的流量值，以USGPM（美国加仑/分钟）计。另见KV值定义。 微分作用Derivativeaction是控制器的一个补充作用。在此控制器内，输出信号 正比于输人信号的方向与变化速率。微分作用是通过分析误差的变化速率注重于后 续控制。它是控制器的“加速器”与“制动器”。除了比例作用与积分作用外，它用 于改善控制器对于负荷突然或很大变化时的反应能力。另见“PID控制器”。 压差Differentialpressure水力系统中两点之间的静压差。 直接数字控制Directdigitalcontrol（DDC）以微处理器为基础的控制器，根据 敏感元件的输入与设定值来对有关装置实施控制。这些装置是处于软件的直接控制 之下，而不是通过专用的可编程序控制器的媒介来进行控制。 压差控制器Differentialpressurecontroller用于稳定控制阀、向路或有数个回路 的支路上供水压差的平衡装置。它用于变流量系统，且常与手动平衡阀合用。 参差度Diversity参差度是指系统负荷的变化。所有末端装置是很少同时满负荷
工作的。所以，系统的设计可以采用参差系数来反映比满负荷少的程度。参差系数 是末端装置可能的最大需求容量之和与所有末端装置同时工作时的需求总容量之比。 参差系数可用于支路、立管或整个系统。举例：如同时工作的所有末端装置的需求总 容量为500kW，参差系数为0.8，则锅炉或冷水机组的安装总容量可限为0.8×500= 400kW。 动态平衡Dynamicbalancing平衡装置（通常为压差控制器或流量控制器）自动 地调节其通路面积，以与系统中的压力或流量相匹配。动态平衡主要用于变流量系 统。另见“静态平衡”。 效率Eficiency系统中被有效输送的可用能量与所耗能量之比。 能量管理系统Energymanagement system（EMS）监视与控制建筑物用能的计 算机化系统。 等百分比阀门Equalpercentagevalve阀门行程变化相等时使流量产生等百分比 变化的阀门。 消蚀Erosion由于气穴或流速过大而使管道、阀门与系统中其他部件的材料被 去除。 流量控制器Flowcontroller与控制阀、末端装置串接，以阀门的形式有限制流 量作用的平衡装置。它使流量不能超过设定的最大值。当流量小于设定值时它全开。 因此它也称限流器、流量自动控制阀、自动平衡阀、自调节动态平衡阀。 增益Gain输出的变化与起因的输入变化之比。增益与正比例带是反向的。 振荡Hunting持续、自持、以不希望有的幅度进行的摆动，通常指室温。 采暖通风与空气调节HVAC（Heating，VentilationandAirConditioning）这些系 统合成为一个短语，因为它们通常由咨询工程师集合在一起进行设计、招标，随之 由机械工程分包商进行安装。HVAC是指关于室内舒适性的整个行业。 流体流动循环进行冷/热处理Hydronics由强制循环流体对系统进行加热、冷却 处理的学科。对于HVAC系统是用水作为供热介质。此词来源于希腊语“hydor”，意 为“水”。 水力平衡Hydronicbalancing在真实运行情况下测定水的流量，并在满负荷时调 节流量至设计值，为建筑物内的每个区域或房间输送合理的供热、供冷量的过程。 水力系统Hydronicsystem利用水作为传热介质的HVAC系统，水是一种为需要 加热的房间供热，为需要冷却的房间除热，性价比很好的T具。 滞度Hysteresis在控制信号中使驱动器反向运动所需要的变化。 不利回路Indexcircuit指水力系统中最不利的回路，它确定了水泵所需的最小 压头。 固有特性Inherentcharacteristic当阀门的压力降保持恒定时，在流量与阀位关 系之间说明阀门的流量反应的特性。另见安装特性。 安装特性Installedcharacteristic阀门仅在一定压差下所具有的固有特性。安装 特性取决于压差，它在变流量输配中是变化的。 积分作用Integral action是与比例控制器相关的补充作用。该作用的速度取决于
施工工艺大全-1全面水力平衡——暖通空调水力系统设计与应用手册
回路中最远回路的设计压差与泵的设计压头之比”）。 比例作用Proportionalaction是指一个控制器的控制作用，它的输出信号与偏差 成正比。如果偏差增大，则输给驱动器的信号也增大。如果偏差变小，则输出信号 比例减小。比例控制器的主要问题是偏差。增加积分作用可减弱这种情况。加入微 分作用可改善对负荷突然变化或很大变化的反应。另见PID控制器。 比例带Proportionalband仅由比例作用引起，相应于控制器输出信号整个工作 范围的偏差区间。对于HVAC控制系统，比例带用绝对单位来表示，通常为℃。比 例带越宽，控制器的增益越小；比例带大能改善控制向路的稳定性，但降低了控制 的精确性。 泵压头Pumphead泵的进口与出口之间的压力增值。 可调范围Rangeability流经控制阀的最大流量与最小可调流量之比。当低于最 小流量时，调节控制阀的最大流量与最小可调流量之比，当低于最小流量时，调节 控制阀的工作为开/关模式。 改造Retofit对已有HVAC系统的修改。 设定返回Setback在一天中的不同时间，对HVAC系统编程设定不同的温度值。 根据预先确定的计划，由计时器自动改变系统保持的室内温度。这样，当建筑物不 在使用时或人员在睡眠时可大大降低供热或供冷的需求。 静态平衡staticbalancing对于平衡装置（通常为手动平衡阀）进行调节，使回 路在设计情况下达到设计流量的平衡。静态平衡可应用于定流量系统与变流量系统。 另见动态平衡。 未端装置Terminal位于或直接邻近由HVAC系统进行空调的房间的装置，例如 有风机盘管装置、散热器或冷平顶。 三通控制阀Three=waycontrolvalve具有三个接口并用于定流量系统的三通阀。 它的接管可以是合流或分流。合流表示流量从两个接口进人，从第三个接口流出； 分流表示流量从一个接口进人，从其余两个接口流出。 全面水力平衡Totalhydronicbalancing它是指由TA公司开发的一套工具，它包 括使水力系统可控的全部所需内容，如硬件、软件、方法、步骤、文件编制与服务。 二通阀Two－waycontrolvalve二通阀具有两个接口，用于变流量系统中的流量 控制。 阀权度Valveauthority控制阀处于全开、设计流量时的压差与处于全关时的压 差之比。阀的满权度为1.0，实际上总是小些。阀权度越小，阀门的特性曲线变形越 大。为了精确地进行比例控制，阀权度总是应大于0.25。 阀门特性Valvecharacteristic在一定压差时，阀门的流量与行程之间的关系， 以最大值的百分比来表示。阀门特性的选择必须能补偿受控末端装置的非线性特性。
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