暖通空调水系统电动调节阀选型方法

暖通空调水系统电动调节阀选型方法王晓松（霍尼韦尔（中国）有限公司亚太区楼宇自控及分销业务部产品市场部，北京100016）摘要：本文首先介绍了电动调节阀在空调水系统中的几个主要性能指标，然后结合 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实例介绍了电动调节阀的几个选型实例。关键词：动态平衡时间常数，流量特性曲线，流通能力，电动调节阀随着人们生活品质要求、节能意识的不断提高以及空调系统的大型化，变流量系统在暖通空调工程中占据越来越重要的位置，同时一种新型的水力系统一全面平衡的变流量水力系统也在暖通空调工程设计中越来越广泛地被采用。全面平衡变流量水力系统采用具有动态平衡和电动调节功能的动态压差平衡阀与电动调节阀组合（以下简称“动态平衡电动调节组合阀”）或一体式动态平衡电动调节阀来调节目标区域的温度，而传统的变流量系统则采用普通的电动调节阀（以下称作“传统电动调节阀”）来调节目标区域的温度。那么在实际的工程设计中，我们如何兼顾系统对平衡和调节性能的要求以及经济性来合理地选择各种电动调节阀呢？这就涉及到电动调节阀在系统中的选型问题。本文首先介绍了电动调节阀在空调水系统中的几个主要性能指标，然后结合工程实例介绍了电动调节阀的几个选型实例。一、电动调节阀在空调水系统中的主要性能指标1、流通能力流通能力是反映流体在调节阀中体积流量通过能力的指标。在空调水系统中，电动调节阀的流通能力必须满足它所调控设备的设计流量要求，这是电动调节阀选型的最基本要求。⑴传统电动调节阀流通能力指标一流量系数Kvs：流量系数K是描述传统电动调节阀流通能力的基本参VS数。流量系数Kvs是指当介质为水、调节阀全开并且调节阀二端的压差为1Bar时单位时间内通过调节阀的体积量。根据图1，由流体力学的基本公式可知：Q=KVS*（△PAB）0.5（其中Q为流过传统电动调节阀的流量，△PAB是调节阀进出口A、B二点压差）传统电动调节阀A18—]塔d空调蒔附1可见，根据调节阀的最大流量系数Kvs以及调节阀二端的压差值厶PAB，就能准确地计算出调节阀在全开时的流量数，从而准确地判断所选调节阀是否满足被调设备的设计流量要求。实际上在调节阀选型时，是根据被调设备设计流量值和调节阀二端压差，反算出所须调节阀的流量系数，然后根据流量系数选择相应口径的电动调节阀。如何确定调节阀二端压差，涉及到阀权度的概念，将在以后的篇幅中加以阐述。⑵动态平衡电动调节组合（一体）阀流通能力指标一最大流量值：最大流量值是描述动态平衡电动调节组合（一体）阀流通能力的基本参数。最大流量值是指动态平衡电动调节组合（一体）阀的电动调节阀芯全开时通过的流量。如图2所示，由于动态平衡电动调节组合（一体）阀内部的关键点定压差功能，不管组合（一体）阀二端A、B点间的压差△PAB在工作压差范围内如何变动，电动调节阀芯二端D、B点间的压差△P始终维持不变，当电动调节阀芯全DBTechnicalExchange技术交流TechnicalExchange技术交流CHINAHOUSINGFACILITIES一体式动态平衡电动调节阀通过对直行程或回转行程电动执行器的最大允许行程进行限定来调节一体阀的流通能力，但是在减少流通能力的同时，阀门的运行行程也相应减少，调节精度降低。因此一体式动态平衡电动调节阀具有可调性，但是这种可调性是通过调节精度的降低来实现的。AB全开AB全闭2、流量特性曲线电动调节阀的流量特性曲线是反映电动调节阀的调节能对于较大的水系统，可以近似认为主管即A、C两点之间的压差是不变的，那么：△P=△PAB全闭AC贝y：r=△p/△pp/（△p+△AB全开ACAB全开'AB全开P空调箱）开时（其流量系数为Kvs）,动态平衡电动调节组合（一体）阀的最大流量为：Q=KVS*（△Pdb）0.5（其中△PDB是组合阀中电动调节阀进出口D、B二点间的压差）由于△P是定值，因此最大流量Q也是恒定不变的。DB由此可见，对于动态平衡电动调节组合（一体）阀，当电动调节阀芯全开时，不管组合（一体）阀二端A、B点间的压差如何变动，只要在其工作压差范围内，最大流量始终维持不变。因此，在组合（一体）阀选型时，关于流通能力，只需判断最大流量是否满足被控设备的设计流量要求即可。⑶流通能力的可调性：电动调节阀流通能力的可调性是电动调节阀与被调设备柔性连接的要求，其目的是通过将电动调节阀的流通能力调节到与被调设备的设计流量一致，从而提高电动阀的调节精度。传统电动调节阀的流通能力不具备可调性；动态平衡电动调节组合阀可以通过对电动调节阀芯二端D、B点间（如图2）的压差重新设定来调节流通能力，而且调节时电动调节阀芯的行程并没有改变，即它的调节精度不变，因此，动态平衡电动调节组合阀具有良好的流通能力可调性；功态平衡电动谓节组含阀A0¥B9■■-|11L皿「\\..:穿皿__八T5rc力、保证调节精度的主要性能指标。流量特性曲线分为理想的流量特性曲线以及实际的流量特性曲线。评价调节阀在系统中实际运行时的调节能力和精度的是实际流量特性曲线。⑴调节阀理想流量特性曲线：调节阀理想流量特性曲线是指调节阀在二端压差不变时开度和流量的关系曲线。图3为调节阀常用的几种理想流量特性曲线，有直线型、快开型、等百分比型等。根据电动调节阀的介质、使用场合不同，所需流量特性曲线也不同。在暖通空调系统中，一般对于介质为水的，宜选用等百分比流量特性曲线；对于介质为蒸汽的，宜选用直线流量特性曲线。⑵调节阀实际流量特性曲线：决定电动调节阀实际运行时的调节能力和精度的是实际流量特性曲线。①传统电动调节阀的实际流量特性曲线：由于传统电动调节阀在实际使用时二端的压差是变化的，因此其实际流量特性曲线与理想流量特性曲线不一致，存在偏离。传统调节阀实际流量特性曲线与理想流量特性曲线的偏离程度通常用阀权度来表示。阀权度是指电动调节阀全开时二端压差与全闭时两端压差的比值，是电动调节阀主要的系统参数之一。如图1所示，设阀权度为r,则其等于调节阀二端a、b点全开压差与全闭压差之比，即：中国住宅设施由此可见，阀权度实际上是调节阀全开时调节阀在调节阀和空调箱管路上的分压比。阀权度等于i时，调节阀的实际流量特性曲线与理想的流量特性曲线一致；阀权度越小，调节阀实际流量特性曲线偏离理想流量特性曲线的程度越大。如图4所示，随着阀权度为0.6和0.3,实际的流量特性曲线偏离理想的流量特性曲线的程度越来越大。一般空调系统调节阀的阀权度取值为030.5。根据阀权度的取值和被调设备的设计压差值，就可以算出电动调节阀全开时的压差△PAB全开，进而算出调节阀的流量系数K，从而可以依此选取所需的调节阀口径。VS②动态平衡电动调节组合（一体）阀实际流量特性曲线：由于组合（一体）阀内的关键点定压差技术，阀或阀组内电动调节阀芯二端的压差始终保持恒定，所以组合（一体）阀的阀权度为1，即组合（一体）阀的实际流量特性曲线与理想的流量特性曲线一致，没有偏离，因此这种阀具有较好的调节能力和调节精度。3、动态平衡时间常数：动态平衡时间常数是反应调节阀调节稳定性和抗干扰能力，或者说动态平衡能力的主要性能指标。动态平衡时间常数指的是调节阀受到系统压力变化的干扰到调节阀接受信号动作以消除这种干扰所需要的时间。动态平衡时间常数越小，表示调节阀受到干扰后反应的速度越快，抗干扰能力越强，动态平衡能力越好；动态平衡时间常数越大，表示调节阀受到干扰后反应的速度越慢，抗干扰能力越弱，动态平衡能力越差。随着暖通空调变流量系统对动态水力平衡程度的要求越来越高，动态平衡时间常数的概念也越来越重要，它为我们评估调节阀在实际系统中的动态平衡能力提供了一个重要的依据。⑴动态平衡电动调节组合（一体）阀的动态平衡时间常数：由于动态平衡电动调节组合（一体）阀的动态平衡功能是由阀或阀组的内部结构完成的，因此组合（一体）阀的动态平衡时间常数取决于阀或阀组自身，而与系统无关。由于系统压力干扰产生的同时，组合（一体）阀的动态压差平衡机构即动作以消除这种干扰，因此这种阀的动态平衡时间常数很小，大约1-5秒。所以，组合（一体）阀具有较好的调节稳定性和抗干扰能力，动态平衡性能较好。⑵传统电动调节阀的动态平衡时间常数：传统电动调节阀的动态平衡时间常数主要取决于空调水、风系统的空间和分布形式以及温度传感器的安装位置。以新风机组或空调箱上的电动调节阀为例，这种电动调节阀的动态平衡过程是：系统压力变化引起干扰一调节阀实际流量发生偏离一进入被调设备流量变化一被调设备制冷（加热）量变化一被调设备表面风温发生变化一温度变化的空调风从被调设备到温度传感器一温度传感器测量温度变化一测量温度与设定温度在温度控制器中比较一温度控制器输出信号变化一电动阀开度变化。这些过程来实现的。由于“温度变化的空调风从被调设备到温度传感器”这一过程所占整个过程的时间较长，因此动态平衡时间常数的大小在很大程度上取决于这个过程时间的长短。①新风机组处传统电动调节阀的动态平衡时间常数：对于新风机组，由于温度传感器一般放在新风机组的出风口，因此“温度变化的空调风从被调设备到温度传感器”这一过程的时间较短，所以新风机组处传统电动调节阀的动态平衡时间常数较小，具有一定的调节稳定性和抗干扰能力，因此对于精度要求不高的空调系统，在新风机组处可选用传统电动调节阀，而不需选用自身具有较好动态平衡特性的动态平衡电动调节组合（一体）阀。②空调箱（空气处理机组）处传统电动调节阀的动态平衡时间常数：对于空调箱、空气处理机组等，由于温度传感器一般放在空调箱等的回风口，因此对于较大的系统，“温度变化的空调风从被调设备到温度传感器”这一过程的时间很长，所以空调箱处传统电动调节阀的动态平衡时间常数较大，调节稳定性和抗干扰能力较差，因此对于精度要求较高的空调系统，可以考虑在空调箱或空气处理机处选用自身具有较好动态平衡特性的动态平衡电动调节组合(一体)阀。二、电动调节阀选型实例1、新风机组电动调节阀选型已知：新风机组的设计水流量是20m3/h，水阻力是0.2Bar,动态平衡时间常数是25秒,试选择电动调节阀。选型步骤：⑴选择电动调节阀的形式：由于动态平衡时间常数为25秒，时间常数较小，因此选用传统电动调节阀即可；⑵计算电动调节阀全开时的压差值：取阀权度r=0.4,则：r=PAB全开/(△PAB全开+△P新风机组)=°4△Pab全开=0.133Bar⑶计算调节阀的流量系数Kvs:Kvs=Q/(△PAB全开)0.5=548⑷选择调节阀口径：查传统电动调节阀流量系数表，得口径为DN65的电动调节阀K=63,且：63>1.1*54.8=60.3⑸选择口径为DN65、等百分比流量特性的传统电动调节阀。2、空调箱处电动调节阀选型已知：空调箱的夏季设计水流量是35m3/h,冬季设计水流量是20m3/h,动态平衡时间常数是8分钟，且该空调系统要求的调节精度较高，试选择电动调节阀。选型步骤：⑴选择电动调节阀的形式：由于动态平衡时间常数为8分钟，时间常数较大，该空调箱冬夏共用且空调系统要求的调节精度较高，因此选用自身具有较好动态平衡功能且最大流量具有较好可调性的动态压差平衡阀与电动调节阀组合；⑵计算组合阀在电动调节阀芯二端A、B点间的压差△P为0.2Bar时的Kv值：对于一般暖通空调水系统，组合阀的压差值△P宜选择<0.2Bar，根据空调箱夏季计算流量和△P=0.2Bar计算K值：VKv=Q夏/(△P)0.5=35/(0.2)°5=78.3⑶根据计算的K值选择组合阀中的电动调节阀规格：V选择电动调节阀口径为DN8Q其K=100>78.3*1.1=86.3，满足要求。⑷计算组合阀中动态压差平衡阀夏季设定压差：根据实际kvs值和夏季空调箱计算流量值的1.1倍值算出夏季设定压差△P:SPS夏=(1.1*Q夏/Kvs)2=0.148BarSVS所以夏季动态压差平衡阀设定压差为0.15Bar;⑸计算组合阀中动态压差平衡阀冬季设定压差：根据冬季空调箱设计流量的1.25倍计算冬季动态压差平衡阀设定压差△PW：P=(1.25*Q/K)2=0.0625BarW冬冬VS所以冬季动态压差平衡阀设定压差为0.06Bar。三、结语流通能力、流量特性曲线以及动态平衡时间常数是电动调节阀的三大主要性能指标，本文对这些性能指标进行了全面的阐述，并结合工程实例分析了如何对这些电动调节阀进行计算和选型。在实际的工程设计中，应根据工程投资和系统精度要求合理的选择电动调节阀，以保证暖通空调系统既经济，又高效。|CHF作者简介王晓松，男，高级工程师，研究方向：暖通空调行业水力平衡领域。