浅议平衡阀在工程设计中的应用

    1 前言

    近20年，随着中国经济的快速增长，城市建设和城市化水平也得到了飞速发展。据统计2003年城市化水平为37%，按规划到2020年时，城市化水平将超过50%，而城市每年竣工建筑连续超过10亿m2，其中城镇新建公共建筑达3～4亿m²，建筑能耗占到总能耗的23%，预计到2010年该比例将达到1/3。随着经济发展、人民生活水平提高，空调、采暖需求增长迅速，建筑能耗将持续上升。

    单个房间室内环境温度变化1℃，对人们的舒适感觉和能耗值基本不会造成任何的变化，但是对于整个大的建筑来讲，就会造成很大的浪费。冬季供暖的时候，从20℃起，室内温度每升高1℃，在中欧至少会增加8%的供热成本（图1），在南欧达到12%；夏季制冷的时候，从23℃起，室内温度每降低1℃，在欧洲至少会增加15%的制冷成本。笔者认为，在我国，上述情况下增加的热量（冷量）的耗值，肯定不止这些。

图1 在欧洲，相对于舒适的设计室内环境温度，温度每升高或降低1

    一般情况下，为了节省能源，晚上下班之后，大楼的供热（供冷）中心会关闭或减少热（冷）量的供应，但是第二天早上上班之后，为了使室内快速达到舒适的温度，能量中心会加大能量的供应，而一个通过平衡阀很好平衡的系统，可以更快、更好的实现这个目标。如图2所示，未经过平衡的建筑物，为了达到设计的温度，能源中心需要早启动2h，可是最有利环路在很短时间内就可以使室内达到舒适的温度，而最不利环路就需要很长时间才能使室内达到舒适的温度，这样大大增加了能量的消耗。如果把整个系统经过平衡处理，就会使每个环路室内达到舒适温度的时间得到平衡，缩短能源中心提前开启的时间，进而节省能源。

    根据实践数据，如果一幢大楼能提前30min达到预期的室内温度，那么每天就可以节省6%的能量消耗。

图2 未经过系统平衡的建筑物内，能源中心需要提前启动供热（冷）设备，增加了能量的损耗

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    2 计算方法

    通过上文的描述，可以得知，平衡阀的计算和选取对整个采暖及制冷系统的重要性。以下是笔者对平衡阀的计算和选取的详细阐述。

    平衡阀的规格若比需要的规格大，一方面会增加项目的初投资，另一方面在工作的时候，为了保证分支系统需要的流量，平衡阀的开启度会很小，这样会影响平衡阀的调节精度。平衡阀最优的开启度是整个阀门全开的50%～100%，这样，才能获得在平衡阀位置的压降，从而使系统达到设计的流量。

    对于平衡阀来讲，若该平衡阀位置的压降小于3kPa，那么由于平衡阀之前的水泵、调节阀以及弯头等产生的紊乱，会降低平衡阀的调节精度，所以，在设计的过程中，也需要考虑这个因素。

    一般阀门的选择是根据需要流经该阀门的流量以及系统的压力来选择，其中的一个重要参数是KV值，它与该分支系统的流量以及在该阀门前后需要的压降有关系，其关系如下：

    例如：一个平衡阀所需要产生的压降（ΔP）为15kPa，流经该阀门的流量为2000L/h，那么，根据上面的公式，KV=5.16（见图3），依据靠近原则，所选取的阀门的规格为DN20。该公式假设此平衡阀需要产生的压降为已知的情况。

    在该平衡阀需要的压降不能确定的情况下，也可以根据表1给出的流量选取平衡阀的规格。若不知道流经该阀门的压降，平衡阀的规格也可以根据如下叙述进行选择。流经该平衡阀的流量在设计的时候已经得知，该管道在20℃下每米的压降根据管道的特性可以得出，那么，根据图3，就可以选择平衡阀的规格。

表1 平衡阀的选取图表

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图3 钢管在20℃的状况下，其压降（Δp）、流速（v）、流量（q）和管道规格（d1）之间的关系

    例如：管道的规格为DN25，经过最初步的计算，通过该管道的流量为2000L/h，通过管道的曲线特性，该管道的压降系数为530Pa/m，因为压降过大，根据图3，该管道的规格最优化为DN32。根据图3（此图中，压降、流量和管道的规格之间为线性关系），通过该管道的流量为2000L/h，那么我们可以得出，该平衡阀的规格为DN25。另外，图3也可以检验选取的平衡阀与管道的规格是否匹配。

    图3给出了平衡阀在管道规格选取的情况下其规格的确定情况。在通常情况下，平衡阀的规格与管道的规格一致或比管道的规格小一号，但是其参数必须标注，目的是为了方便系统的调试。

    例如：管道的规格为DN80，流量为20m³/h，该管道的压降系数为135kPa/m，那么，根据这些参数该平衡阀的规格选取DN65或DN80均可以接受。

    3 简单的安装说明

    下面对平衡阀的安装要求进行简单的描述，以确保平衡阀正常的工作以及方便施工。

    为了保证平衡阀调节的精度，在平衡阀的前后需保证一定长度的直管段，详细数据见图4。

图4 平衡阀对其前后直管段的要求

    如图4所示，如果在平衡阀的前面存在能产生强烈扰动的设备（器具），例如水泵或其它控制阀门，为了保证其调节的精度，平衡阀应安装在这些设备（器具）之后至少10倍管径的位置，在此间距内，不应安装能引起扰动的任何器具（如压力表或压力传感器等）。

    4 结论

    通过以上的阐述，得出了平衡阀在系统中的重要性和准确选取平衡阀的规格和参数的方法，确保工程设计对项目初投资最优化及对工程施工的指导。