以TA動(dòng)態(tài)平衡閥為例，闡述系統(tǒng)流量平衡在保證室內(nèi)環(huán)境舒適度前提下，減少能量損耗的重要性，所以平衡閥的設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用。為了使平衡閥的選擇達(dá)到功能性和經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)配比，詳細(xì)闡述了在工程設(shè)計(jì)中如何確定平衡閥的規(guī)格，并依據(jù)該平衡閥的規(guī)格，給出該平衡閥的參數(shù)，進(jìn)而確保工程調(diào)試工作的順利進(jìn)行，使室內(nèi)環(huán)境舒適度達(dá)到最佳。

1、前言

　　近20年，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市建設(shè)和城市化水平也得到了飛速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)2003年城市化水平為37%，按規(guī)劃到2020年時(shí)，城市化水平將超過50%，而城市每年竣工建筑連續(xù)超過10億m2，其中城鎮(zhèn)新建公共建筑達(dá)3～4億m²，建筑能耗占到總能耗的23%，預(yù)計(jì)到2010年該比例將達(dá)到1/3。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平提高，空調(diào)、采暖需求增長(zhǎng)迅速，建筑能耗將持續(xù)上升。

　　單個(gè)房間室內(nèi)環(huán)境溫度變化1℃，對(duì)人們的舒適感覺和能耗值基本不會(huì)造成任何的變化，但是對(duì)于整個(gè)大的建筑來講，就會(huì)造成很大的浪費(fèi)。冬季供暖的時(shí)候，從20℃起，室內(nèi)溫度每升高1℃，在中歐至少會(huì)增加8%的供熱成本(圖1)，在南歐達(dá)到12%;夏季制冷的時(shí)候，從23℃起，室內(nèi)溫度每降低1℃，在歐洲至少會(huì)增加15%的制冷成本。筆者認(rèn)為，在我國，上述情況下增加的熱量(冷量)的耗值，肯定不止這些。

圖1 在歐洲，相對(duì)于舒適的設(shè)計(jì)室內(nèi)環(huán)境溫度，溫度每升高或降低1

　　一般情況下，為了節(jié)省能源，晚上下班之后，大樓的供熱(供冷)中心會(huì)關(guān)閉或減少熱(冷)量的供應(yīng)，但是第二天早上上班之后，為了使室內(nèi)快速達(dá)到舒適的溫度，能量中心會(huì)加大能量的供應(yīng)，而一個(gè)通過平衡閥很好平衡的系統(tǒng)，可以更快、更好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。如圖2所示，未經(jīng)過平衡的建筑物，為了達(dá)到設(shè)計(jì)的溫度，能源中心需要早啟動(dòng)2h，可是最有利環(huán)路在很短時(shí)間內(nèi)就可以使室內(nèi)達(dá)到舒適的溫度，而最不利環(huán)路就需要很長(zhǎng)時(shí)間才能使室內(nèi)達(dá)到舒適的溫度，這樣大大增加了能量的消耗。如果把整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過平衡處理，就會(huì)使每個(gè)環(huán)路室內(nèi)達(dá)到舒適溫度的時(shí)間得到平衡，縮短能源中心提前開啟的時(shí)間，進(jìn)而節(jié)省能源。

　　根據(jù)實(shí)踐數(shù)據(jù)，如果一幢大樓能提前30min達(dá)到預(yù)期的室內(nèi)溫度，那么每天就可以節(jié)省6%的能量消耗。

圖2 未經(jīng)過系統(tǒng)平衡的建筑物內(nèi)，能源中心需要提前啟動(dòng)供熱(冷)設(shè)備，增加了能量的損耗

2、計(jì)算方法

　　通過上文的描述，可以得知，平衡閥的計(jì)算和選取對(duì)整個(gè)采暖及制冷系統(tǒng)的重要性。以下是筆者對(duì)平衡閥的計(jì)算和選取的詳細(xì)闡述。

　　平衡閥的規(guī)格若比需要的規(guī)格大，一方面會(huì)增加項(xiàng)目的初投資，另一方面在工作的時(shí)候，為了保證分支系統(tǒng)需要的流量，平衡閥的開啟度會(huì)很小，這樣會(huì)影響平衡閥的調(diào)節(jié)精度。平衡閥最優(yōu)的開啟度是整個(gè)閥門全開的50%～100%，這樣，才能獲得在平衡閥位置的壓降，從而使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)的流量。

　　對(duì)于平衡閥來講，若該平衡閥位置的壓降小于3kPa，那么由于平衡閥之前的水泵、調(diào)節(jié)閥以及彎頭等產(chǎn)生的紊亂，會(huì)降低平衡閥的調(diào)節(jié)精度，所以，在設(shè)計(jì)的過程中，也需要考慮這個(gè)因素。

　　一般閥門的選擇是根據(jù)需要流經(jīng)該閥門的流量以及系統(tǒng)的壓力來選擇，其中的一個(gè)重要參數(shù)是KV值，它與該分支系統(tǒng)的流量以及在該閥門前后需要的壓降有關(guān)系，其關(guān)系如下：

　　例如：一個(gè)平衡閥所需要產(chǎn)生的壓降(ΔP)為15kPa，流經(jīng)該閥門的流量為2000L/h，那么，根據(jù)上面的公式，KV=5.16(見圖3)，依據(jù)靠近原則，所選取的閥門的規(guī)格為DN20。該公式假設(shè)此平衡閥需要產(chǎn)生的壓降為已知的情況。

　　在該平衡閥需要的壓降不能確定的情況下，也可以根據(jù)表1給出的流量選取平衡閥的規(guī)格。若不知道流經(jīng)該閥門的壓降，平衡閥的規(guī)格也可以根據(jù)如下敘述進(jìn)行選擇。流經(jīng)該平衡閥的流量在設(shè)計(jì)的時(shí)候已經(jīng)得知，該管道在20℃下每米的壓降根據(jù)管道的特性可以得出，那么，根據(jù)圖3，就可以選擇平衡閥的規(guī)格。

表1 平衡閥的選取圖表

圖3 鋼管在20℃的狀況下，其壓降(Δp)、流速(v)、流量(q)和管道規(guī)格(d1)之間的關(guān)系

　　例如：管道的規(guī)格為DN25，經(jīng)過最初步的計(jì)算，通過該管道的流量為2000L/h，通過管道的曲線特性，該管道的壓降系數(shù)為530Pa/m，因?yàn)閴航颠^大，根據(jù)圖3，該管道的規(guī)格最優(yōu)化為DN32。根據(jù)圖3(此圖中，壓降、流量和管道的規(guī)格之間為線性關(guān)系)，通過該管道的流量為2000L/h，那么我們可以得出，該平衡閥的規(guī)格為DN25。另外，圖3也可以檢驗(yàn)選取的平衡閥與管道的規(guī)格是否匹配。

　　圖3給出了平衡閥在管道規(guī)格選取的情況下其規(guī)格的確定情況。在通常情況下，平衡閥的規(guī)格與管道的規(guī)格一致或比管道的規(guī)格小一號(hào)，但是其參數(shù)必須標(biāo)注，目的是為了方便系統(tǒng)的調(diào)試。

　　例如：管道的規(guī)格為DN80，流量為20m3/h，該管道的壓降系數(shù)為135kPa/m，那么，根據(jù)這些參數(shù)該平衡閥的規(guī)格選取DN65或DN80均可以接受。

3、簡(jiǎn)單的安裝說明

　　下面對(duì)平衡閥的安裝要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述，以確保平衡閥正常的工作以及方便施工。

　　為了保證平衡閥調(diào)節(jié)的精度，在平衡閥的前后需保證一定長(zhǎng)度的直管段，詳細(xì)數(shù)據(jù)見圖4。

圖4 平衡閥對(duì)其前后直管段的要求

　　如圖4所示，如果在平衡閥的前面存在能產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)的設(shè)備(器具)，例如水泵或其它控制閥門，為了保證其調(diào)節(jié)的精度，平衡閥應(yīng)安裝在這些設(shè)備(器具)之后至少10倍管徑的位置，在此間距內(nèi)，不應(yīng)安裝能引起擾動(dòng)的任何器具(如壓力表或壓力傳感器等)。

4、結(jié)論

　　通過以上的闡述，得出了平衡閥在系統(tǒng)中的重要性和準(zhǔn)確選取平衡閥的規(guī)格和參數(shù)的方法，確保工程設(shè)計(jì)對(duì)項(xiàng)目初投資最優(yōu)化及對(duì)工程施工的指導(dǎo)。