智慧阀门在楼层应用压差平衡还是温差平衡？

智 慧 阀 门

工业4.0时代，流体行业数智化、网络化逐步深入，融合应用纵深拓展。作为流体输配系统的重要控制部件—“阀门”在产业在高质量发展过程中所起的作用日益凸显。当下，智慧阀门的智能水力平衡控制不仅能提升输配能效20~50%，而且可以保障大系统的安全可靠与稳定顺行，实现能源系统再节能3%~15%。

在中央空调水系统输配各环节中，借由阀门进行楼层支路的水力平衡控制是保持系统水力平衡关键的一环。其后一步可以保证末端空调设备（风机盘管、新风机组、空调机组等）调节过程的动态平衡，前一步可以保证输配管网整体动态平衡的效果并提供冷冻水泵变频节能实现的条件。

具体的应用场景中，由于室内人员数量和气温变化等因素，房间空调用量和负荷是随机变化的，无法直接给定所需流量或冷量，所以在楼层支路中，平衡阀能够控制的流动参数是供回水压差或者温差。今天，小编就以常见空调末端形式为例，对楼层中央空调水系统压差控制和温差控制做一个特性分析。

风机盘管楼层支路   PART.01

我们首先来分析下楼层空调水系统单台风机盘管的水力和热力特性。

盘管输出冷量Q与水-空气对数温差△Tm的传热关系式如下：

楼层空调电动开关阀受房间温控器控制，假设设定房间温度26℃，温控动作是±1℃，即房间温度27℃时开阀，25℃时关阀。假设冷冻水进出水温度为7-12℃，送风温度为18℃，风-水平均对数温差△Tm=12.4±1℃。盘管在固定的冷冻水流量、供水温度、风机档位（风速）、室内温度时，供回水温差是一个接近定值，与热负荷多少无关，负荷只影响二通阀开启时间和关闭时间的比值（简称“占空比”）大小。负荷大时，电动阀开的时间长；负荷小时，电动阀开的时间短。

风机开高档转速，温差大；开低档转速，温差小。当盘管结垢、结灰尘后，温差将缩小，二通阀占空比延长。

根据传热公式和盘管二通阀工作原理，我们知道：如果减少水量，则可以拉大供回水温差，延长二通阀占空比，盘管电动阀开关次数减少，可延长电动二通阀寿命，水系统小流量大温差节能运行。

支路流量F和压差△P的关系式为：

（k为支路阻力系数）

从传热公式和流量公式可以看出，可以通过限制支路压差或者限制支路温差来限制支路流量，以实现小流量大温差运行节能目标。

风机盘管楼层支路   PART.02

然后，再分析多个盘管组成的楼层支路在楼层平衡阀不同控制方式和不同工况时的水力和热力变化特性。

如果支路中各台风机盘管都处于平衡工况，即最近端房间的盘管或者最远端房间的盘管开启时的水量都保持一致，那么我们通过调试总能找到一个合适的支路最小压差或者温差，使得二通阀运行在较高占空比状态。

由于多种原因，实际支路内部不可能做到平衡，往往近端和远端水量相差很大，因此我们模拟一个不平衡支路进行分析。

在这种情况下：

01采用压差平衡控制时

V1~V5电动二通阀全部打开的情况，如果1#、2#水量偏大，4#、5#水量偏小，则压差控制目标△P（P1-P2）应该按照最不利末端5#所需压差进行设置，确保所有盘管温控时，V1~V5的占空比不至于到100%而留有一定余量，V4~V5占空比较大，V1~V2占空比较小，随着盘管换热性能逐步下降，所有的阀门占空比逐渐延长，但全部盘管开启时的流量均可保持稳定，或者部分盘管关闭的情况下，水量有所提高，但系统均可稳定运行，舒适性要求均可保证。

02采用温差控制模式时

V1~V5电动二通阀全部打开的情况，如果1#、2#水量偏大，4#、5#水量偏小，则温差控制目标△T（T2-T1）应该按照最不利末端5#所需温差进行设置，确保所有盘管温控时，均可满足要求。V1~V5全部开启时，1#~2#流量大、温差小，4#~5#流量小、温差大，但温差只能采集到楼层支路的总温差（非1#~5#的算术平均温差，需要根据流量加权计算平均值），因此温差设定值需要保证最不利末端5#的流量需求，比平均值要偏小。实际调试找到这个合适的楼层支路温差设定值是比较难的，因此往往设定温差偏小以保证最不利末端效果。

假设某一个时刻温差正好满足设定值，分析阀门开关数量的改变，如果1#~2#关闭，则4#~5#温差较大引起的楼层支路温差将高于设定值（平均值的原因），说明水量不足，支路温差控制阀将开大提高流量降低温差，而实际上，用户数变少，4#~5#流量是会变大的，不需要楼层温差控制阀继续开大阀门；如果4#~5#关闭，则1#~2#温差较小引起的楼层支路温差将低于设定值（平均值的原因），说明水量过大，支路温差控制阀将关小降低流量提高温差，实际上，随着用户数变少，1#~2#流量变大，楼层温差控制阀开度要关得更小。由于温度变化传递需要较长过程，控制上要考虑好PID滞后性，否则容易引起开度振荡。

随着盘管换热性能逐步下降，所有的阀门占空比逐渐延长，温差逐渐缩小。理论上，需要不断增大流量以缩小温差，但实际控制策略上，检测到温差缩小，温差控制阀认为流量偏大，应该关小阀门，这样就与理论需求产生冲突。因此，如果按照温差控制模式，温差设定上必须留足余量，以避免后期流量越来越小的情况出现后影响舒适性。

必须注意的是，晚间停机后温差控制阀将关闭（检测到温差永远小于设定值，阀门自控关闭，或者人工关闭），第二天开机后，由于楼层水不流动，将检测不到温差，阀门一直处于关闭状态，依靠水温传导的过程很慢。为使阀门正常工作，必须人工开启阀门一段时间，或者设定最小开度，使水流动起来，温差控制阀才可正常工作。

风机盘管楼层支路   PART.03

最后，我们总结一下：

01    低阻力型智能压差平衡阀是智慧阀门的典型功能，应用于楼层支管能解决水力失调问题，须优先考虑。

02    楼层采用温差平衡控制，温差设定值应留有较大余量，确保在不同用量及盘管结垢变脏性能下降时，流量充裕，保证系统安全运行；如果能采集到流量，通过长期观察负荷变化对温差的影响，作为温差设定的参考依据，将更加有利于节能运行。

03    利用智慧阀门提供的楼层流量和供回水温差数据，作为楼层平衡压差设定值的重要依据，通过优化分析持续提高输配能效，实现输配节能与系统节能。