摘要：近年来，随着集中空调系统的广泛应用，在项目实际过程中暴露出许多设计过程中隐藏的问题。其中，空调水系统的水力失调问题首当其冲。本文将分析产生水力失调的原因，着重介绍平衡阀的分类以及各自的功能与特性，分析各平衡阀在水力平衡调节中所起的作用。并主要针对三类平衡阀（静态平衡阀、动态流量平衡阀、动态压差平衡阀）在不同系统管路的应用，总结出平衡阀在设计选用以及合理性布置方面的一些经验，并得此结论如下：
（1）静态平衡阀可以应用在各类管路系统中，作为系统水力平衡初调试的有效手段，但是它仅能消除系统的静态水力失调。
（2）动态流量平衡阀适用于定流量系统，不仅能够消除系统的静态水力失调，而且可以消除系统的动态水力失调，但是不适用于变流量系统。
（3）动态压差平衡阀宜与静态平衡阀配合使用，用于消除系统的动态水力失调，适用于变流量系统。
希望通过此文，能够最大程度的帮助设计师合理的设置平衡阀，使冷热水系统在设计和运行调节中实现和维持完善的水力平衡，以此最大限度地节约能源，又充分保证理想的采暖及空调品质，提供舒适的生活环境。
关键词：静态平衡阀 动态流量平衡阀 动态压差平衡阀 水力失调
1 引言
随着我国经济技术的发展和人民生活水平的不断提高，集中空调系统得到越来越广泛的应用。然而，在工程项目的实践运行中，却依然会出现局部冷热不均、能量浪费的现象，这很大程度上是由于空调水（管网）系统的水力失调所造成的。
为了更好的解决这一常见且棘手的问题，我们先分析一下空调水系统中水力失调的现象。
2 产生水力失调的原因与分析
在集中空调的使用中，由于管道系统中的水力失调，会造成某些房间冷热不均，或者冬季夏季房间温度过高过低的现象。
归纳起来，我们一般把这些失调现象分成两个方面的内容：
一是静态失调，即空调水系统虽经过详细的水力计算，但在施工安装过程中，各用户的流量仍不能达到设计要求。比如管网中流体流动的动力源（一般指泵、重力差等）提供的能量与设计要求不符，泵的型号、规格的变化及其性能参数的差异，动力电源的波动，流体自由液面差的变化等，导致管网中压头和流量偏离设计值；再比如管材粗糙度，焊接光滑度，存留于管道中的泥沙、焊渣量，管路路由的长度量，弯头、三通的增减等参数发生变化时，均会导致管网的实际流动阻力特性与设计值偏离。这种水力失调是稳定的、根本性的，是不以设计为转移的，如不加以解决影响将始终存在。
二是动态失调，指的是系统在实际运行中，当一些末端用户的水流量发生改变时（关闭或调节），会使其它用户的流量随之产生变化。
因此，在通过详细的水力计算选择合适的管径及设备的基础上，为使水流量合理完善地分配至每一个环路的采暖或空调末端，满足每一栋建筑及功能房间的冷、热负荷需求，我们往往会通过平衡阀来有效的解决这个问题。
接下来，将针对平衡阀的选择设置进行探讨，以供同行在工程设计中参考。
3 平衡阀的特性与分类
3.1 平衡阀的特性
平衡阀属于调节阀范畴，它具有两个特性。（1）良好的水力调节特性。普通的水力平衡阀都具有直线流量特性, 即在阀两端压差不变时, 其流量与开度成线性关系。（2）流量的实时可测性。通过专用的流量测量仪表可以在现场对流过平衡阀的流量进行实测［3］。
3.2 平衡阀的种类
结合目前市场上的水力平衡阀，主要可分为两类：静态平衡阀和动态平衡阀。
3.2.1 静态平衡阀
静态平衡阀亦称手动平衡阀、手动调节平衡阀、数字锁定平衡阀、双位调节阀等，它是通过改变阀芯与阀座的间隙(开度)，来改变流经阀门的流通阻力，以达到调节流量的目的，其作用对象是系统的阻力，能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足相应参数下部分负荷的流量需求，起到水力平衡的作用。它必须具有开度指示、机械记忆（数字锁定）装置、压差及流量测试点等［1］。
3.2.2 动态平衡阀
动态平衡阀又分为动态流量平衡阀，动态压差平衡阀，多功能平衡阀等。
(1) 动态流量平衡阀
动态流量平衡阀亦称自力式流量控制阀、自动流量平衡阀、定流量阀、动态平衡阀等，它是根据系统工况(压差)的变动而自动变化阻力系数，在一定的压差范围内，可以有效地控制通过的流量，使其保持一个常值。即当阀门前后的压差增大时，通过阀门自动关小的动作保持流量的不增大，反之，当压差减小时，阀门自动开大，流量仍然保持恒定。但是，当压差小于或大于阀门的正常工作范围时，它不能提供额外的压头，此时阀门打到全开或全关位置，流量仍然比设定流量低或高而不能得到控制。
(2) 动态压差平衡阀
动态压差平衡阀，亦称自力式压差控制阀、差压控制器、稳压变量同步器、压差平衡阀等，它也是利用压差作用来调节阀门的开度，通过阀芯的压降变化来弥补管路阻力的变化，从而使在工况变化时能保持压差基本不变。它的原理是在一定的流量范围内，保持被控系统的压差恒定。即当系统的压差增大时，通过阀门的自动关小动作，它能保证被控系统压差恒定，反之，当压差减小时，阀门自动开大，压差仍保持恒定。
(3) 多功能平衡阀
多功能平衡阀是随着平衡阀应用的发展，出于空间以及性能组合优化的考虑，与很多功能性阀门结合组成的平衡控制阀。例如：电动平衡两通阀、动态平衡电动调节阀、止回关断平衡阀等。
4 平衡阀的选择与应用
4.1 静态平衡阀的选择与应用
静态平衡阀一般应分级设置，安装在各级管路的分支处，如图1所示。当平衡支路上的各个末端时，可以将支路看作为一个“黑匣子”，即一个单元。该单元对其外部流量的调整起比例的反应，上一级合作阀门能够较容易的补偿这种扰动。接下来，各支路单元使用立管平衡阀作为合作阀门来进行相互平衡。随后立管上的所有单元构成一个较大的单元，其流量可使立管的平衡阀来调节。最后，各立管通过将每个立管作为一个单元来相互平衡，而主管上的平衡阀作为合作阀门。这样逐级进行调试，以达到管路的水力平衡。
由此可见，静态平衡阀的使用和调试与风管系统中的多叶调节阀相似，几乎可以应用在各类管路系统中。只要有足够的调试时间，系统理论上总能达到水力平衡；但是由于静态平衡阀只能够手动调节，不能根据实际流量需求的变化而变化，所以仅能消除系统的静态水力失调。
4.2 动态流量平衡阀的选择与应用
动态流量平衡阀作用的对象是流量，它可以在一定的压差范围内自动保持流量的恒定，一般应用在下列方面：
（1）多个不同的冷热源及冷却塔并联时，自动流量平衡阀设置在每个冷热源和冷却塔的进口或者出口，通常与电磁阀一起使用，保证通过每个冷热源及冷却塔的水流量恒定。
（2）异程式水系统中，动态流量平衡阀设置在每个定流量末端设备的进口或者出口，通常与电动三通阀一起使用，保证通过每个末端设备的水流量恒定。
由此可见，动态流量平衡阀使用方便，设置在定流量管路上，通常与电磁阀或电动三通阀一起使用。它可以自动保持系统的流量恒定，只需要安装在需要保证恒定流量的管路上，不必进行复杂的调试。它不仅能够消除系统的静态水力失调，而且可以消除系统的动态水力失调，几乎适用于所有定流量系统。并且末端设备设置了动态流量平衡阀以后，支路上不必再设置动态流量平衡阀。
但是，自动流量平衡阀不适用于变流量系统。原因是：如果自动流量平衡阀设置在变流量系统的支路上，当一些末端设备需要小流量时，自动流量平衡阀在一定压差范围内仍维持设定的流量；例如当一些FCU自控阀门关闭时，由于支路总流量恒定，正在使用的FCU流量会增加，会引起FCU控制阀的频繁启闭，因此不应采用［1］。
4.3 动态压差平衡阀的选择与应用
动态压差平衡阀作用的对象是压差，它可以在一定的流量范围内自动保持压差的恒定，一般应用在下列方面：
（1）用于稳定立管间的压差。
（2）用于稳定支路间的压差。
（3）用于稳定控制阀上的压差。
由此可见，动态压差平衡阀一般与静态平衡阀和电动调节阀配合使用，它可以安装在任何一级管路的进口或者出口，静态平衡阀消除系统的静态水力失调而压差控制阀消除系统的动态水力失调。动态压差平衡阀不应重叠设置，即在使用了动态压差平衡阀的上端回路，不再需要设置任何平衡装置。
5 结论
近年来，在越来越多的暖通空调水系统中，普遍采用的平衡阀系列产品对水系统的流量分配起到了积极地作用，使管网的运行得到了保证。总结全文并结合多年来的设计经验，针对三类平衡阀（静态平衡阀、动态流量平衡阀、动态压差平衡阀）的应用得出如下结论：
（1）静态平衡阀可以应用在各类管路系统中，作为系统水力平衡初调试的有效手段，但是它仅能消除系统的静态水力失调。
（2）动态流量平衡阀适用于定流量系统，不仅能够消除系统的静态水力失调，而且可以消除系统的动态水力失调，但是不适用于变流量系统。
（3）动态压差平衡阀宜与静态平衡阀配合使用，用于消除系统的动态水力失调，适用于变流量系统。
希望通过此文，能够最大程度的帮助设计师合理的设置平衡阀，使冷热水系统在设计和运行调节中实现和维持完善的水力平衡，以此最大限度地节约能源，又充分保证理想的采暖及空调品质，保证舒适的生活环境。
参考文献：
[1] 陆耀庆.《实用供热空调设计手册》[M]（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2008
[2] 冯小平，鲍 梁，吴航明. 供热空调水系统中平衡阀设计选型的模拟计算[J]. 制冷空调与电力机械，2005，26（103）：7-10
[3] 王晓松. 暖通空调水系统水力平衡调节[J].供热制冷，2003，（8）：61-63
[4] 王 成，郝岩峰，施舜天. 动态流量平衡阀在暖通工程中的应用[J].制冷空调与电力机械，2003，24（90）：42-46
