水系统丨空调水系统电动调节阀计算与选型

　　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。

　　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基本要求。

　　阀门的流通能力-Kv：

　　定义：阀门两端的压差为1bar时，阀门全开时流经阀门的流量，以m3/h计。

　　计算：

　　阀门理想流量特性：

　　1、直线型：单位行程变化引起的流量变化相等。

　　2、抛物线型：流量特性为一条二次抛物线，介于直线与等百分比特性之间。

　　3、等百分比型：同样行程在小开度时流量变化小，大开度时流量变化大。

　　4、快开型：行程较小时，流量就比较大，阀的有效行程

　　阀权度的定义：

　　ΔPv100：阀门全开时阀上的压降

　　ΔPv0：阀门全关时阀上的压降

　　ΔPsmax：系统的总压降

　　如何实现盘管散热量和阀门开度的线性关系：

　　由于盘管静特性为指数特性，因此为了达到良好的受控效果，通常采用对数型曲线的调节阀。只有保证一定的阀权度，才能保证阀门的实际曲线符合要求。由于盘管静特性与供水水温差有关，因此，小温差对于这个问题更敏感，所以这个问题在夏季空调设计中尤为重要，否则，系统稳定时间过长。

　　(1)传统电动调节阀流通能力指标--流量系数Kvs：

　　流量系数Kvs是描述传统电动调节阀流通能力的基本参数。

　　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1 Bar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*(vs (△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)

　　可见，根据调节阀的大流量系数Kvs， 以及调节阀二端的压差值△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。

　　(2)动态平衡电动调节组合(一体)阀流通能力指标--大流量值：

　　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。

　　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点问的压差△PAB在工作压差范围内如何变动， 电动调节阀芯二端D、B点问的压差△PDB始终维持不变，当电动调节阀芯全开时(其流量系数为Kvs)，动态平衡电动调节组合(一体)阀的大流量为：

　　Q=Kvs (△PDB)O.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△PDB是定值，因此大流量Q也是恒定不变的。

　　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，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，只需判断大流量是否满足被控设备的设计流量要求即可。

　　(3)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：

　　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。

　　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。

　　(1)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i对于介质为蒸汽的，宜选用直线流量特性曲线。

　　(2)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Т，则其等于调节阀二端A、B点全开压差与全闭压差之比，即：Т=△PAB全开/△PAB全闭

　　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：

　　△PAB全闭=△PAC

　　则：Т=△PAB全开/△PAC≈△PAB全开/(△PAB全开-△P空调箱)

　　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1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O.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O.3-O.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Kvs从而可以依此选取所需的调节阀口径。

　　② 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。

　　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。

　　(1)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。

　　(2)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。

　　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2Om3/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：

　　(1)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;

　　(2)计算电动调节阀全开时的压差值：

　　取阀权度Т=O.4，则：△=PAB全开/(△PAB全开+△P新风机组)=O.4

　　△PAB全开=O.133Bar

　　(3)计算调节阀的流量系数Kvs：Kvs=Q/(△PAB全开)O.5=54.8

　　(4)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Kvs=63，且：

　　63≥1.1*54.8=60.3

　　(5)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：

　　(1)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：

　　(2)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Kvs，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：Kv=Q夏/(△P)0.5=35/(0.2)0.5=78.3

　　(3)根据计算的Kv，值选择组合阀中的电动调节阀规格：

　　选择电动调节阀口径为DN80，其Kvs =100≥78.3*1.1=86.3，满足要求。

　　(4)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△Ps：

　　△Ps夏= (1.1*Q/Kvs)2=0.148Bar

　　所以夏季动态压差平衡阀设定压差为0.15Bar：

　　(5)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：

　　△Pw冬= (1.25*Q冬/Kvs)2=0.0625Bar

　　所以冬季动态压差平衡阀设定压差为0.06Bar。

　　阀体的选型原则：

　　阀体：按照阀体承压要求和阀门流通能力系数Kvs选型。

　　Q为流经阀门的流量，ΔP为阀门全开时的压降，没有动态压差平衡阀时取值和阀权度有关。

　　例如阀权度a=0.5，如图，则ΔP=ΔPm，即电动调节阀的压降等于末端的压降。

　　驱动器：按照大关闭压差选型。当电动调节阀完全关闭时，阀芯前后存在着压差，因此对于有一定面积的阀芯来说，存在着一个力，驱动器提供的驱动力必须大于这个力才能将阀门完全关闭，因此选择驱动器时要按照大关闭压差进行选择。