暖通空調(diào)水系統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型方法

1、暖通空調(diào)水系統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型方法王曉松（霍尼韋爾（中國）有限公司亞太區(qū)樓宇自控及分銷業(yè)務(wù)部產(chǎn)品市場部，北京 100016 ）摘要：本文首先介紹了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在空調(diào)水系統(tǒng)中的幾個(gè)主要性能指標(biāo)，然后結(jié)合工程實(shí)例介紹了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的幾個(gè)選型實(shí)例。 關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)，流量特性曲線，流通能力，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥隨著人們生活品質(zhì)要求、節(jié)能意識(shí)的不斷提高以及空調(diào)系統(tǒng)的大型化，變流量系統(tǒng)在暖通空調(diào)工程中占據(jù)越來越重 要的位置,同時(shí)一種新型的水力系統(tǒng)全面平衡的變流量水力 系統(tǒng)也在暖通空調(diào)工程設(shè)計(jì)中越來越廣泛地被采用。全面平衡變流量水力系統(tǒng)采用具有動(dòng)態(tài)平衡和電動(dòng)調(diào)節(jié) 功能的動(dòng)態(tài)壓差平衡閥與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥組合（以下簡稱“動(dòng)

2、態(tài) 平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合閥”）或一體式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào) 節(jié)目標(biāo)區(qū)域的溫度，而傳統(tǒng)的變流量系統(tǒng)則采用普通的電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥（以下稱作“傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥”）來調(diào)節(jié)目標(biāo)區(qū)域的溫 度。那么在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，我們?nèi)绾渭骖櫹到y(tǒng)對平衡和 調(diào)節(jié)性能的要求以及經(jīng)濟(jì)性來合理地選擇各種電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 呢？這就涉及到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的選型問題。本文首先介紹了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在空調(diào)水系統(tǒng)中的幾個(gè)主要 性能指標(biāo)，然后結(jié)合工程實(shí)例介紹了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的幾個(gè)選型實(shí)例。進(jìn)出口 A、B 二點(diǎn)壓差）可見，根據(jù)調(diào)節(jié)閥的最大流量系數(shù) K以及調(diào)節(jié)閥二端VS的壓差值 P ，就能準(zhǔn)確地計(jì)算出調(diào)節(jié)閥在全開時(shí)的流量AB 數(shù)，從而準(zhǔn)確地判斷所選調(diào)節(jié)閥是否滿足被

3、調(diào)設(shè)備的設(shè)計(jì)流 量要求。實(shí)際上在調(diào)節(jié)閥選型時(shí)，是根據(jù)被調(diào)設(shè)備設(shè)計(jì)流量值和 調(diào)節(jié)閥二端壓差，反算出所須調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，然后根據(jù) 流量系數(shù)選擇相應(yīng)口徑的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。如何確定調(diào)節(jié)閥二端壓差，涉及到閥權(quán)度的概念，將在 以后的篇幅中加以闡述。 動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥流通能力指標(biāo)最 大流量值：最大流量值是描述動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥流 通能力的基本參數(shù)。最大流量值是指動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥的電 動(dòng)調(diào)節(jié)閥芯全開時(shí)通過的流量。如圖 2 所示，由于動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥內(nèi) 部的關(guān)鍵點(diǎn)定壓差功能，不管組合（一體）閥二端 A、B 點(diǎn)間一、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在空調(diào)水系統(tǒng)中的主要性能指標(biāo)1、流通

4、能力流通能力是反映流體在調(diào)節(jié)閥中體積流量通過能力的指標(biāo)。在空調(diào)水系統(tǒng)中,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流通能力必須滿足它所調(diào)控設(shè)備的設(shè)計(jì)流量要求,這是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型的最基本要求。 傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流通能力指標(biāo)流量系數(shù) K ：VS流量系數(shù) K 是描述傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流通能力的基本參VS數(shù)。流量系數(shù) K 是指當(dāng)介質(zhì)為水、調(diào)節(jié)閥全開并且調(diào)節(jié)閥VS二端的壓差為 1Bar 時(shí)單位時(shí)間內(nèi)通過調(diào)節(jié)閥的體積量。根據(jù)圖 1，由流體力學(xué)的基本公式可知：Q=K *（ P）0.5的壓差 P 在工作壓差范圍內(nèi)如何變動(dòng)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥芯二VSABAB 端 D、B 點(diǎn)間的壓差 P 始終維持不變，當(dāng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥芯全（其中 Q 為流過傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量

5、， P是調(diào)節(jié)閥ABDBTechnical Exchange技術(shù)交流開時(shí)（其流量系數(shù)為 K ），動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥力、保證調(diào)節(jié)精度的主要性能指標(biāo)。流量特性曲線分為理想的流量特性曲線以及實(shí)際的流量特性曲線。評價(jià)調(diào)節(jié)閥在系 統(tǒng)中實(shí)際運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)能力和精度的是實(shí)際流量特性曲線。 調(diào)節(jié)閥理想流量特性曲線： 調(diào)節(jié)閥理想流量特性曲線是指調(diào)節(jié)閥在二端壓差不變時(shí)開度和流量的關(guān)系曲線。VS的最大流量為：Q =K *（ P ）0.5VSDB（其中 P 是組合閥中電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口 D、B 二點(diǎn)間DB的壓差）由于 P 是定值，因此最大流量 Q 也是恒定不變的。DB由此可見，對于動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥

6、，當(dāng) 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥芯全開時(shí)，不管組合（一體）閥二端 A、B 點(diǎn)間的 壓差如何變動(dòng)，只要在其工作壓差范圍內(nèi)，最大流量始終維 持不變。因此，在組合（一體）閥選型時(shí)，關(guān)于流通能力，只需 判斷最大流量是否滿足被控設(shè)備的設(shè)計(jì)流量要求即可。 流通能力的可調(diào)性： 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流通能力的可調(diào)性是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與被調(diào)設(shè)備柔性連接的要求，其目的是通過將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流通能 力調(diào)節(jié)到與被調(diào)設(shè)備的設(shè)計(jì)流量一致，從而提高電動(dòng)閥的 調(diào)節(jié)精度。傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流通能力不具備可調(diào)性；動(dòng)態(tài)平衡電 動(dòng)調(diào)節(jié)組合閥可以通過對電動(dòng)調(diào)節(jié)閥芯二端 D、B 點(diǎn)間（如 圖 2）的壓差重新設(shè)定來調(diào)節(jié)流通能力，而且調(diào)節(jié)時(shí)電動(dòng)調(diào) 節(jié)閥芯的行程并沒有改變，即它

7、的調(diào)節(jié)精度不變，因此，動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合閥具有良好的流通能力可調(diào)性；圖 3 為調(diào)節(jié)閥常用的幾種理想流量特性曲線，有直線型、快開型、等百分比型等。 根據(jù)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)、使用場合不同，所需流量特性曲線也不同。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，一般對于介質(zhì)為水的，宜 選用等百分比流量特性曲線；對于介質(zhì)為蒸汽的，宜選用直 線流量特性曲線。 調(diào)節(jié)閥實(shí)際流量特性曲線： 決定電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)際運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)能力和精度的是實(shí)際流量特性曲線。 傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性曲線： 由于傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在實(shí)際使用時(shí)二端的壓差是變化的，因此其實(shí)際流量特性曲線與理想流量特性曲線不一致， 存在偏離。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥實(shí)際流量特性曲線與理想流量特性曲

8、線的偏 離程度通常用閥權(quán)度來表示。閥權(quán)度是指電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)二端壓差與全閉時(shí)兩端壓 差的比值，是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要的系統(tǒng)參數(shù)之一。如圖 1 所示，設(shè)閥權(quán)度為，則其等于調(diào)節(jié)閥二端 A、B點(diǎn)全開壓差與全閉壓差之比，即：一體式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過對直行程或回轉(zhuǎn)行程電動(dòng)執(zhí)行器的最大允許行程進(jìn)行限定來調(diào)節(jié)一體閥的流通能 力，但是在減少流通能力的同時(shí)，閥門的運(yùn)行行程也相應(yīng)減 少，調(diào)節(jié)精度降低。因此一體式動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有可調(diào)性，但是這種可調(diào)性是通過調(diào)節(jié)精度的降低來實(shí)現(xiàn)的。 = P/ PAB 全開 AB 全閉對于較大的水系統(tǒng)，可以近似認(rèn)為主管即 A、C 兩點(diǎn)之間的壓差是不變的，那么： P= PAB 全閉A

9、C 2、流量特性曲線則： = PP ）空調(diào)箱 / P P/（ P+ AB 全開AC AB 全開AB 全開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線是反映電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)能CHINA HOUSING FACILITIES 57 Technical Exchange技術(shù)交流由此可見，閥權(quán)度實(shí)際上是調(diào)節(jié)閥全開時(shí)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)閥和空調(diào)箱管路上的分壓比。閥權(quán)度等于 1 時(shí)，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性曲線與理想的 流量特性曲線一致；閥權(quán)度越小，調(diào)節(jié)閥實(shí)際流量特性曲線 偏離理想流量特性曲線的程度越大。來越高，動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)的概念也越來越重要，它為我們評估調(diào)節(jié)閥在實(shí)際系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)平衡能力提供了一個(gè)重要的 依據(jù)。 動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合

10、（一體）閥的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間 常數(shù)：由于動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥的動(dòng)態(tài)平衡功能 是由閥或閥組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成的，因此組合（一體）閥的動(dòng) 態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)取決于閥或閥組自身，而與系統(tǒng)無關(guān)。由于系統(tǒng)壓力干擾產(chǎn)生的同時(shí)，組合（一體）閥的動(dòng)態(tài) 壓差平衡機(jī)構(gòu)即動(dòng)作以消除這種干擾，因此這種閥的動(dòng)態(tài)平 衡時(shí)間常數(shù)很小，大約 1-5 秒。所以，組合（一體）閥具有較好的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和抗干擾 能力，動(dòng)態(tài)平衡性能較好。 傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)： 傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)主要取決于空調(diào)水、風(fēng)系統(tǒng)的空間和分布形式以及溫度傳感器的安裝位置。 以新風(fēng)機(jī)組或空調(diào)箱上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為例，這種電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)平衡過程

11、是： 系統(tǒng)壓力變化引起干擾調(diào)節(jié)閥實(shí)際流量發(fā)生偏離進(jìn)入被調(diào)設(shè)備流量變化被調(diào)設(shè)備制冷（加熱）量變化被調(diào) 設(shè)備表面風(fēng)溫發(fā)生變化溫度變化的空調(diào)風(fēng)從被調(diào)設(shè)備到溫 度傳感器溫度傳感器測量溫度變化測量溫度與設(shè)定溫度 在溫度控制器中比較溫度控制器輸出信號變化電動(dòng)閥開 度變化。這些過程來實(shí)現(xiàn)的。由于“溫度變化的空調(diào)風(fēng)從被 調(diào)設(shè)備到溫度傳感器”這一過程所占整個(gè)過程的時(shí)間較長， 因此動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)的大小在很大程度上取決于這個(gè)過程 時(shí)間的長短。 新風(fēng)機(jī)組處傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)： 對于新風(fēng)機(jī)組，由于溫度傳感器一般放在新風(fēng)機(jī)組的出 風(fēng)口，因此“溫度變化的空調(diào)風(fēng)從被調(diào)設(shè)備到溫度傳感器”這 一過程的時(shí)間較短，所

12、以新風(fēng)機(jī)組處傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)較小，具有一定的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和抗干擾能力， 因此對于精度要求不高的空調(diào)系統(tǒng)，在新風(fēng)機(jī)組處可選用傳 統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，而不需選用自身具有較好動(dòng)態(tài)平衡特性的動(dòng) 態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥。 空調(diào)箱（空氣處理機(jī)組）處傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)平 衡時(shí)間常數(shù)：對于空調(diào)箱、空氣處理機(jī)組等，由于溫度傳感器一般放 在空調(diào)箱等的回風(fēng)口，因此對于較大的系統(tǒng)，“溫度變化的空 調(diào)風(fēng)從被調(diào)設(shè)備到溫度傳感器”這一過程的時(shí)間很長，所以空調(diào)箱處傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)較大，調(diào)節(jié)穩(wěn)如圖 4 所示，隨著閥權(quán)度為 0.6 和 0.3,實(shí)際的流量特性曲線偏離理想的流量特性曲線的程度越來越大

13、。 一般空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度取值為 0.3-0.5。根據(jù)閥權(quán)度的取值和被調(diào)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓差值，就可以算出電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的壓差 P 全開，進(jìn)而算出調(diào)節(jié)閥的AB 流量系數(shù) K ，從而可以依此選取所需的調(diào)節(jié)閥口徑。VS 動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥實(shí)際流量特性曲線：由于組合（一體）閥內(nèi)的關(guān)鍵點(diǎn)定壓差技術(shù)，閥或閥組內(nèi)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥芯二端的壓差始終保持恒定，所以組合（一體） 閥的閥權(quán)度為 1，即組合（一體）閥的實(shí)際流量特性曲線與 理想的流量特性曲線一致，沒有偏離，因此這種閥具有較好的調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)精度。3、動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)：動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)是反應(yīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和抗干擾能力，或者說動(dòng)態(tài)平衡能力的主要性能

14、指標(biāo)。 動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)指的是調(diào)節(jié)閥受到系統(tǒng)壓力變化的干擾到調(diào)節(jié)閥接受信號動(dòng)作以消除這種干擾所需要的時(shí)間。 動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)越小，表示調(diào)節(jié)閥受到干擾后反應(yīng)的速度越快，抗干擾能力越強(qiáng)，動(dòng)態(tài)平衡能力越好；動(dòng)態(tài)平衡 時(shí)間常數(shù)越大，表示調(diào)節(jié)閥受到干擾后反應(yīng)的速度越慢，抗 干擾能力越弱，動(dòng)態(tài)平衡能力越差。隨著暖通空調(diào)變流量系統(tǒng)對動(dòng)態(tài)水力平衡程度的要求越 58 中 國 住 宅 設(shè) 施 Technical Exchange技術(shù)交流定性和抗干擾能力較差，因此對于精度要求較高的空調(diào)系統(tǒng)，可以考慮在空調(diào)箱或空氣處理機(jī)處選用自身具有較好動(dòng) 態(tài)平衡特性的動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)組合（一體）閥。選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥口徑為DN80，其

15、K =10078.3*1.1=86.3，VS滿足要求。 計(jì)算組合閥中動(dòng)態(tài)壓差平衡閥夏季設(shè)定壓差：根據(jù)實(shí)際 K 值和夏季空調(diào)箱計(jì)算流量值的 1.1 倍值算出VS夏季設(shè)定壓差 P ：二、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型實(shí)例S P =（1.1*Q / K ）2=0.148BarS 夏 夏 VS所以夏季動(dòng)態(tài)壓差平衡閥設(shè)定壓差為 0.15 Bar; 計(jì)算組合閥中動(dòng)態(tài)壓差平衡閥冬季設(shè)定壓差： 根據(jù)冬季空調(diào)箱設(shè)計(jì)流量的 1.25 倍計(jì)算冬季動(dòng)態(tài)壓差平1、新風(fēng)機(jī)組電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型已知：新風(fēng)機(jī)組的設(shè)計(jì)水流量是 20m3/h,水阻力是0.2Bar,動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)是 25 秒,試選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。 選型步驟： 選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的形式:由

16、于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)為 25 秒，時(shí)間常數(shù)較小，因此選 用傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥即可； 計(jì)算電動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的壓差值:取閥權(quán)度=0.4,則:衡閥設(shè)定壓差 P :W=（1.25*Q / K ）2=0.0625Bar PW 冬冬 VS所以冬季動(dòng)態(tài)壓差平衡閥設(shè)定壓差為 0.06 Bar。三、結(jié)語流通能力、流量特性曲線以及動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的三大主要性能指標(biāo)，本文對這些性能指標(biāo)進(jìn)行了全 面的闡述，并結(jié)合工程實(shí)例分析了如何對這些電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn) 行計(jì)算和選型。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)工程投資和系統(tǒng)精度要求合理的選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以保證暖通空調(diào)系統(tǒng)既 =P/（ P+ P）=0.4AB 全開AB 全開新風(fēng)機(jī)組

17、P=0.133BarAB 全開 計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù) K ：VSK =Q/( P)0.5=54.8VSAB 全開 選擇調(diào)節(jié)閥口徑：查傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)表，得口徑為 DN65 的電動(dòng)經(jīng)濟(jì)，又高效。作者簡介調(diào)節(jié)閥 K =63,且：VS631.1*54.8=60.3 選擇口徑為 DN65、等百分比流量特性的傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào) 節(jié)閥。王曉松，男，高級工程師，研究方向：暖通空調(diào)行業(yè)水力平衡領(lǐng)域。2、空調(diào)箱處電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型已知：空調(diào)箱的夏季設(shè)計(jì)水流量是 35m3 /h,冬季設(shè)計(jì)水流量是 20m3 /h,動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)是 8 分鐘,且該空調(diào)系統(tǒng)要 求的調(diào)節(jié)精度較高，試選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。選型步驟： 選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的形式:由于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間常數(shù)為 8 分鐘，時(shí)間常數(shù)