智慧閥門在樓層應用壓差平衡還是溫差平衡？

智 慧 閥 門

工業(ye) 4.0時代，流體(ti) 行業(ye) 數智化、網絡化逐步深入，融合應用縱深拓展。作為(wei) 流體(ti) 輸配係統的重要控製部件—“閥門”在產(chan) 業(ye) 在高質量發展過程中所起的作用日益凸顯。當下，智慧閥門的智能水力平衡控製不僅(jin) 能提升輸配能效20~50%，而且可以保障大係統的安全可靠與(yu) 穩定順行，實現能源係統再節能3%~15%。

在中央空調水係統輸配各環節中，借由閥門進行樓層支路的水力平衡控製是保持係統水力平衡關(guan) 鍵的一環。其後一步可以保證末端空調設備（風機盤管、新風機組、空調機組等）調節過程的動態平衡，前一步可以保證輸配管網整體(ti) 動態平衡的效果並提供冷凍水泵變頻節能實現的條件。

具體(ti) 的應用場景中，由於(yu) 室內(nei) 人員數量和氣溫變化等因素，房間空調用量和負荷是隨機變化的，無法直接給定所需流量或冷量，所以在樓層支路中，平衡閥能夠控製的流動參數是供回水壓差或者溫差。今天，小編就以常見空調末端形式為(wei) 例，對樓層中央空調水係統壓差控製和溫差控製做一個(ge) 特性分析。

風機盤管樓層支路   PART.01

我們(men) 首先來分析下樓層空調水係統單台風機盤管的水力和熱力特性。

盤管輸出冷量Q與(yu) 水-空氣對數溫差△Tm的傳(chuan) 熱關(guan) 係式如下：

樓層空調電動開關(guan) 閥受房間溫控器控製，假設設定房間溫度26℃，溫控動作是±1℃，即房間溫度27℃時開閥，25℃時關(guan) 閥。假設冷凍水進出水溫度為(wei) 7-12℃，送風溫度為(wei) 18℃，風-水平均對數溫差△Tm=12.4±1℃。盤管在固定的冷凍水流量、供水溫度、風機檔位（風速）、室內(nei) 溫度時，供回水溫差是一個(ge) 接近定值，與(yu) 熱負荷多少無關(guan) ，負荷隻影響二通閥開啟時間和關(guan) 閉時間的比值（簡稱“占空比”）大小。負荷大時，電動閥開的時間長；負荷小時，電動閥開的時間短。

風機開高檔轉速，溫差大；開低檔轉速，溫差小。當盤管結垢、結灰塵後，溫差將縮小，二通閥占空比延長。

根據傳(chuan) 熱公式和盤管二通閥工作原理，我們(men) 知道：如果減少水量，則可以拉大供回水溫差，延長二通閥占空比，盤管電動閥開關(guan) 次數減少，可延長電動二通閥壽命，水係統小流量大溫差節能運行。

支路流量F和壓差△P的關(guan) 係式為(wei) ：

（k為(wei) 支路阻力係數）

從(cong) 傳(chuan) 熱公式和流量公式可以看出，可以通過限製支路壓差或者限製支路溫差來限製支路流量，以實現小流量大溫差運行節能目標。

風機盤管樓層支路   PART.02

然後，再分析多個(ge) 盤管組成的樓層支路在樓層平衡閥不同控製方式和不同工況時的水力和熱力變化特性。

如果支路中各台風機盤管都處於(yu) 平衡工況，即最近端房間的盤管或者最遠端房間的盤管開啟時的水量都保持一致，那麽(me) 我們(men) 通過調試總能找到一個(ge) 合適的支路最小壓差或者溫差，使得二通閥運行在較高占空比狀態。

由於(yu) 多種原因，實際支路內(nei) 部不可能做到平衡，往往近端和遠端水量相差很大，因此我們(men) 模擬一個(ge) 不平衡支路進行分析。

在這種情況下：

01采用壓差平衡控製時

V1~V5電動二通閥全部打開的情況，如果1#、2#水量偏大，4#、5#水量偏小，則壓差控製目標△P（P1-P2）應該按照最不利末端5#所需壓差進行設置，確保所有盤管溫控時，V1~V5的占空比不至於(yu) 到100%而留有一定餘(yu) 量，V4~V5占空比較大，V1~V2占空比較小，隨著盤管換熱性能逐步下降，所有的閥門占空比逐漸延長，但全部盤管開啟時的流量均可保持穩定，或者部分盤管關(guan) 閉的情況下，水量有所提高，但係統均可穩定運行，舒適性要求均可保證。

02采用溫差控製模式時

V1~V5電動二通閥全部打開的情況，如果1#、2#水量偏大，4#、5#水量偏小，則溫差控製目標△T（T2-T1）應該按照最不利末端5#所需溫差進行設置，確保所有盤管溫控時，均可滿足要求。V1~V5全部開啟時，1#~2#流量大、溫差小，4#~5#流量小、溫差大，但溫差隻能采集到樓層支路的總溫差（非1#~5#的算術平均溫差，需要根據流量加權計算平均值），因此溫差設定值需要保證最不利末端5#的流量需求，比平均值要偏小。實際調試找到這個(ge) 合適的樓層支路溫差設定值是比較難的，因此往往設定溫差偏小以保證最不利末端效果。

假設某一個(ge) 時刻溫差正好滿足設定值，分析閥門開關(guan) 數量的改變，如果1#~2#關(guan) 閉，則4#~5#溫差較大引起的樓層支路溫差將高於(yu) 設定值（平均值的原因），說明水量不足，支路溫差控製閥將開大提高流量降低溫差，而實際上，用戶數變少，4#~5#流量是會(hui) 變大的，不需要樓層溫差控製閥繼續開大閥門；如果4#~5#關(guan) 閉，則1#~2#溫差較小引起的樓層支路溫差將低於(yu) 設定值（平均值的原因），說明水量過大，支路溫差控製閥將關(guan) 小降低流量提高溫差，實際上，隨著用戶數變少，1#~2#流量變大，樓層溫差控製閥開度要關(guan) 得更小。由於(yu) 溫度變化傳(chuan) 遞需要較長過程，控製上要考慮好PID滯後性，否則容易引起開度振蕩。

隨著盤管換熱性能逐步下降，所有的閥門占空比逐漸延長，溫差逐漸縮小。理論上，需要不斷增大流量以縮小溫差，但實際控製策略上，檢測到溫差縮小，溫差控製閥認為(wei) 流量偏大，應該關(guan) 小閥門，這樣就與(yu) 理論需求產(chan) 生衝(chong) 突。因此，如果按照溫差控製模式，溫差設定上必須留足餘(yu) 量，以避免後期流量越來越小的情況出現後影響舒適性。

必須注意的是，晚間停機後溫差控製閥將關(guan) 閉（檢測到溫差永遠小於(yu) 設定值，閥門自控關(guan) 閉，或者人工關(guan) 閉），第二天開機後，由於(yu) 樓層水不流動，將檢測不到溫差，閥門一直處於(yu) 關(guan) 閉狀態，依靠水溫傳(chuan) 導的過程很慢。為(wei) 使閥門正常工作，必須人工開啟閥門一段時間，或者設定最小開度，使水流動起來，溫差控製閥才可正常工作。

風機盤管樓層支路   PART.03

最後，我們(men) 總結一下：

01    低阻力型智能壓差平衡閥是智慧閥門的典型功能，應用於(yu) 樓層支管能解決(jue) 水力失調問題，須優(you) 先考慮。

02    樓層采用溫差平衡控製，溫差設定值應留有較大餘(yu) 量，確保在不同用量及盤管結垢變髒性能下降時，流量充裕，保證係統安全運行；如果能采集到流量，通過長期觀察負荷變化對溫差的影響，作為(wei) 溫差設定的參考依據，將更加有利於(yu) 節能運行。

03    利用智慧閥門提供的樓層流量和供回水溫差數據，作為(wei) 樓層平衡壓差設定值的重要依據，通過優(you) 化分析持續提高輸配能效，實現輸配節能與(yu) 係統節能。