德國哈威HAWE平衡閥與定流量閥實際應用對比
提要：通過對平衡閥與定流量閥兩種調節閥的工作原理、使用范圍以及工程實例的對比分析，區分了兩種調節閥門的不同作用和功能，認為平衡閥宜用在需要保持阻力平衡(流量平衡)的系統中，定流量閥宜用在需要保持流量不變的系統中，二者有不同的作用，不能*相互取代。
1 引言
水力失調是我國空調供熱水系統中常出現的較為嚴重的問題，它直接造成系統運行效果差、能源浪費等后果。過去解決水力失調的方法主要是在設計中進行平衡計算，但是由于多種原因，多數情況下系統仍然會出現失調現象。這就需要應用平衡器件進行水力平衡調節，例如目前廣泛應用的水力平衡閥。當前，關于平衡閥和定流量閥在解決水力平衡上的應用，有這樣一些不同的觀點：一種觀點認為，相應于手動調節的平衡閥，定流量閥可以叫做‘自動平衡閥’，二者都可以解決水力失調問題，不同的是平衡閥需要手動調試，定流量閥則無須調試，因而平衡效果就更好;繼而就有人認為，建筑、資金充裕的地方可以應用‘’一些的‘自動平衡閥’，資金緊張的地方可以用手動調節的平衡閥來取代;更有一種觀點認為：平衡閥以及手動調節閥難以根本解決水力失調問題，只有安裝動態的水力平衡元件，才能*解決水力失調，確保系統的運行正常。
對于以上觀點，筆者有不同的看法：這兩種設備具有不同的作用、針對性與適用范圍，不能混為一談，更不能夠簡單地以‘’、‘低級’來區分。下面對此進行比較分析和探討。
2 平衡閥和定流量閥的工作機理與區別
2.1 平衡閥
平衡閥屬于手動調節閥范疇(見圖1)，它的工作原理是通過改變閥芯與閥座的間隙(開度)，改變節流面積及閥門的阻力，達到調節流量的目的。從流體力學觀點看，平衡閥相當于一個局部阻力可以改變的節流元件。
圖1 平衡閥
平衡閥與普通閥門構造不同之處在于閥芯形狀不同、有開度指示、開度鎖定裝置及測壓小閥。在管網平衡調試時，可以通過測壓小閥連接智能儀表，測量并顯示流經閥門的流量值。由于其設計構造上的特點，平衡閥還具有較好的直線型流量特性。
關于平衡閥的調試問題，有人認為很復雜、繁瑣，而且準確度較差。其實不然，在國外，平衡閥調試十分普及，智能儀表可以在建材市場上自由購買，表中存儲有許多廠家平衡閥的性能參數，由施工單位自己進行水力平衡調試。目前國內平衡閥調試困難有服務不夠的原因，也有許多是系統和管理等多方面原因。
2.2 定流量閥
定流量閥(auto-flow)又稱作自力式流量控制器，也有的廠家稱作zui大流量限制器(flow-limit)。從機理上看，在一定的工作差壓范圍內，它可以有效地控制住通過的流量。當閥門前后的壓差增大時，通過閥門的自動關小的動作，它能夠保持流量不增大;反之，當壓差減小時，閥門自動開大，流量仍然恒定。但是當壓差小于閥門正常工作范圍時，由于它畢竟不能提供出額外壓頭，此時閥門就全開，流量則比定流量低，不能控制。因此，有的公司稱其為zui大流量限制器。
從定流量閥的外形結構來分，目前我們了解的主要有以下3種結構形式：
① 如圖2a，2b所示，閥體內有定流量元件，其感應壓力部分與節流部分為一體。其流通截面面積隨前后壓差變化而變化，面積變化值是經過計算設定的。當閥門前后壓差在有效工作范圍之內(如圖3所示某公司auto-flow的曲線，有效工作段壓力為14～220 kPa，高于220 kPa閥門全關，低于14 kPa閥門全開)，能夠保持流量變化在設定值的5%范圍內。每一只定流量元件都有出廠時確定的控制流量，按照用戶所需流量匹配供貨，不能自行更改設定。
a單閥芯定流量閥 b多閥芯定流量閥
圖2 兩種不同閥芯的定流量閥
圖3 定流量閥工作曲線
②圖4a，4b，4c分別為3家國外公司的不同構造的定流量閥，這種形式的定流量閥的感應壓力部分為膜盒膜片，節流部分則為閥芯。導流管將閥芯前后的壓差連通到膜片上下，克服彈簧的壓力帶動閥桿位移，從而改變閥芯開度，調節流量。這種定流量閥可以通過改變彈簧預緊力來改變設定流量值，在一定流量范圍內均有效。
a b c
圖4 3種不同構造的定流量閥
③與以上兩種形式不同的還有一種國產雙座閥形式的定流量閥，結構上可以分作兩部分，通過手動調節段來設定流量，通過自動調節段來控制流量，這種閥門有較寬的流量設定范圍，具有很好的穩定流量的效果。
3 平衡閥和定流量閥在系統中的不同作用
平衡閥和定流量閥主要的不同點為，平衡閥是一次性手動調節的，不能自動地隨系統工況變化而改變阻力系數;定流量閥則可以不借助外界能源自力地動作，根據系統工況(差壓)變化而改變阻力系數。
平衡閥的作用對象是阻力，能夠起到手動可調孔板的作用，來平衡管網系統的阻力，達到各個環路的阻力平衡;定流量閥作用是流量，能夠鎖定流經閥門的水量。
兩種閥門都可以達到在調試工況下(通常是設計工況)合理分配各個環路水量。但是，在不同于調試工況的運行工況時應用兩種閥門是否能平衡水量?這就需要從不同的變工況種類來分析。
3.1 供水量變化的系統
在這種系統中如果按照設計工況(嚴寒、盛夏)調節使水量平衡，當運行工況不同于設計工況，循環水量少于設計工況時，如果使用平衡閥，則能夠將新的水量按照設計計算比例平衡地分配，各個支路的流量同時按比例增減，仍然能滿足當前氣候條件下的部分負荷的流量需要。如果使用定流量閥，盡管系統循環水量變化和末端負荷的變化，仍保持該環路流量不變。于是，有利環路的流量得到了設計的流量(超過此時的部分負荷需求)，不利環路的定流量閥全開，但流量仍達不到需求，不平衡現象就出現了。因此，在這種較常見的系統中，定流量閥不能取代平衡閥的作用。
3.2 末端需水量變化的系統
有的系統末端的調節是通過改變水量調節出力的。比如有些風機盤管系統就是靠變水量來調節出力的;某些建筑，用戶使用空調的時間段不同，系統末端水量是主動變化的。這樣的系統國內并不多，在較建筑的空調系統中可以見到。另外在散熱器上加散熱器恒溫閥，也屬于這種靠末端調節水量控制出力的系統。
為了保持單臺制冷機、鍋爐、冷卻塔、換熱器的率運行，就需要控制這些設備的流量，使之保持額定值;從系統末端來看，為了避免動態調節的相互影響，也需要在末端裝置或分支處限制流量。
定流量閥的作用對象為流量，應用它就可以達到以上的目的。而在此時，平衡閥因為不能在變工況情況下自動調節，也就不能取代定流量閥的作用。
3.3 工程實例分析
北京的一棟飯店中央空調系統的末端為風機盤管，局部系統如圖5所示。其負荷的調節是通過房間溫控器控制電動三通閥實現的：當房間溫度高于設定溫度而需要制冷時，冷凍水全部流經風機盤管，旁通管內沒有流量;當房間溫度低于設定溫度時，冷凍水全部經旁通管旁通，不經過風機盤管。
圖5 系統現狀
系統投入使用后，發現一些房間溫度總是達不到設定值，經檢測分析得出：當一些房間溫度達到設定值，三通閥作用使冷凍水走旁通回路時，由于旁通回路阻力較小，致使水量較冷凍水經風機盤管回路時大得多，使得其它環路缺水。
筆者提出3種改造方案，方案1如圖6a所示，在圖5的旁通回路上加裝平衡閥，通過調節使得旁通回路的總阻力系數等于風機盤管回路的總阻力系數。這樣，無論冷凍水通過風機盤管回路還是旁通回路，水量都不會變化。在這里應用定流量閥也同樣能夠解決流量波動問題(圖略)，只是成本要高得多。應用這兩種方法系統阻力都不增加。
a b c
圖6 改造方案
方案2如圖6b，在立管分支處安裝定流量閥，當冷凍水流經風機盤管回路時，定流量閥開大，流量為設定值(設計值);當冷凍水流經旁通回路時，定流量閥自動關小，流量保持為設定值。應用這種方法會造成系統阻力增加，至少為定流量閥的zui小工作壓頭。
方案3如圖6c，在立管分支處安裝平衡閥。冷凍水流經風機盤管回路的阻力比流經旁通回路的阻力仍然大，流量仍會有流動。平衡閥阻力系數越大，在所處環路中所分擔的壓頭份額(即閥權度)越高，系統波動就越小，但是其系統阻力增加也就越多，水泵揚程也勢必要增大，不如方案1和方案2*。
3.4 其它
至于平衡閥的調試，的確是一個復雜的過程，是在設計計算、系統安裝運行之后，對系統阻力平衡的一個綜合調節過程，是平衡閥應用的一個zui重要的環節。如果系統供水流量變化，在流量分配比例沒有變化的情況下，平衡閥無需重新調試，此時除非重新設定，否則定流量閥不能起到平衡作用;如果因為冬夏季節轉換，末端負荷之間的比例變化時(例如在南北朝向的房間，冬夏負荷比例的變化)，無論平衡閥還是定流量閥都需要重新調試或設定才能解決。
4 小結
平衡閥與定流量閥為原理和作用都不相同的兩種調節閥門，具有不同的功能和適用范圍，在不同的場合，要根據具體的問題來具體分析，根據不同的使用要求、控制對象，選用不同功能的調節閥。本文不能對多種多樣的系統都作出分析，只希望能起到拋磚引玉的作用，區分二者的差別，希望能夠對澄清混淆和避免錯誤應用有所幫助。
德國哈威HAWE平衡閥與定流量閥實際應用對比