在建筑物供热空调工程中，水力平衡的调节在系统运行过程中起着重要的作用。本文对平衡阀的用途、分类、设计排布做了介绍。上海地暖公司宝第居安摘自地暖月刊

在室内或室外的供热、空调设计中，设计师均已考虑水力平衡的问题。但在供热、空调的冷热水系统的运行过程中，往往由于种种原因，使系统的流量分配不符合各冷热用户的要求，从而造成各用户的供冷、热量不符合要求。
为了避免这种情况的发生，水力平衡的调节在暖通空调设计中具有很重要的意义。平衡阀的出现，为从根本上克服水力失调现象创造了条件。
一、水力失调和水力稳定性的概念
1.水力失调度
在热水供热系统以及空调冷冻水系统中各热（冷）用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值x来衡量，x称水力失调度。
x=Vs/Vg（Vs：用户的实际流量，Vg：用户的设计要求流量）
 2.水力稳定性
水力稳定性是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力，通常用热用户的水力稳定性系数y来表示。
y=1/Xmax=Vg/Vmax（Vg：用户的设计要求流量，Vmax：用户出现的最大流量）
提高热力网路的水力稳定性，使得冷热水系统正常运行，可以节约无效的热能和电能消耗，便于系统初调节和运行调节。因此，在冷热水系统设计中，必须在关心节省造价的同时，对提高系统的水力稳定性给予充分的重视。
二、水力平衡在“规范”中的规定
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012中：
1.第5.9.11条，室内热水供暖系统的设计应进行水力平衡计算，并应采取措施使设计工况时各并联环路之间（不包括共用段）的压力损失相对差额不大于15%。
2.第8.5.14条，空调水系统布置和选择管径时，应减少并联环路之间压力损失的相对差额。当设计工况时并联环路之间压力损失的相对差额超过15%时，应采取水力平衡措施。
三、平衡阀的用途及分类
平衡阀是用于规模较大的供暖或空调水系统的水力平衡。平衡阀安装位置在建筑供暖和空调系统入口，干管分支环路或立管上。平衡阀的出现，为从根本上克服水力失调现象创造了条件。
平衡阀的类型有静态平衡阀（数字锁定平衡阀）和动态平衡阀（自力式压差控制阀和自力式流量控制阀两种）。
1、静态平衡阀（数字锁定平衡阀）
静态平衡阀，即手动平衡阀，具有优秀的调节性能，截止功能，还具有开度显示和开度锁定功能，在供暖和空调的水系统中使用，可达到节能节电的效果。
在供暖和空调的水系统中，由于设计、施工、设备材料等原因导致的系统管道特性阻力数比与设计要求管道特性阻力数比值不一致，从而使系统各用户的实际流量与设计要求流量不一致，引起系统的水力失调，叫做静态水力失调。
静态水力失调是稳态的、根本性的，是系统本身所固有的，是当前我国供暖和空调水系统中水力失调的重要因素。
例如：北京某住宅小区，分两期建设，一期工程先建设完成并入住。一期、二期工程均采用低温热水地面辐射供暖系统。一、二期工程合用一个换热站。市政热力供回水温度95℃/70℃，二次水温度50℃/40℃。换热机组热负荷及二次热力外网的设计管径均需要考虑二期工程热负荷的预留。这样，在二期工程未投入使用之前，就需要用静态平衡阀来调节供热管网的水力平衡。
通过在管道系统中增设静态水力平衡设备（静态平衡阀）对系统管道特性阻力数比值进行调节，使其与设计要求管道特性阻力数比值一致，此时当系统总流量达到设计流量时，各末端设备流量均同时达到设计流量，系统实现静态水力平衡。
静态平衡阀是通过改变开度，从而使阀门的流动阻力发生相应变化来调节流量。实际上是一个局部阻力可以人工改变的阻力原件。应用手动平衡阀的系统，在完成初调节后，各个平衡阀的开度被固定，其局部阻力也被固定。若总流量不改变（定流量系统），则系统始终处于平衡状态。
如果是变流量系统，在负荷变化不大的情况下，该阀仍能起到一定的分配作用，但当负荷变化较大时，其阀权度会变得很小，单独使用静态平衡阀就不适合了。
2、动态平衡阀（自力式压差控制阀和自力式流量控制阀两种）
当用户阀门开度变化引起水流量改变时，其它用户的流量也随之发生改变，偏离设计要求流量，从而导致的水力失调，叫做动态水力失调。
动态水力失调是动态的、变化的，它不是系统本身所固有的，是在系统运行过程中产生的。通过在管道系统中增设动态水力平衡设备（自力式压差控制阀和自力式流量控制阀），当其它用户阀门开度发生变化时，通过动态水力平衡设备的屏蔽作用，使自身的流量并不随之发生变化，末端设备流量不互相干扰，此时系统实现动态水力平衡。
（1）自力式压差控制阀
即自动恒定压差的水力工况平衡用阀，应用于集中供热、中央空调等水系统中，有利于被控系统各用户和各末端装置的自主调节，尤其适用于分户计量供暖系统和变流量空调系统。
在变流量系统中，特别是两管制供热/冷系统中，负荷变化一般比较大。由于回路或者是末端上的压差会以更大的幅度变化，其调节特性趋向于开关型控制阀；回路间的互扰也较为严重，同时还会经常出现噪声和控制阀难以关闭的现象，这时使用压差控制器（自力式压差控制阀）是一种较好的解决方案。自力式压差控制阀具有一定的比例压差控制范围，可以在一定的流量范围内（Qmin～Qmax）使所需控制回路的压差保持基本恒定。
使用自力式压差控制阀，具有下列优点：

①回路间不再互相扰动；

②每一个回路都可以独立调试，使调试大为简化；

③当系统回路增加或减少时，不需要对已有回路重新进行调节。

（2）自力式流量控制阀
自力式流量控制阀，即自动恒定流量的水力工况平衡用阀。可按需求设定流量，并将通过阀门的流量保持恒定。应用于集中供热，中央空调等水系统中，使管网的流量调节一次完成，把调网工作变为简单的流量分配。免除了热源切换时的流量重新分配工作，可有效地解决管网的水力失调。
自力式流量控制阀是通过自动改变阀芯的过流面积、适应阀前后压力的变化，以此来控制阀门的流量。它的流量可以在生产厂里设定，也可以现场确定，或根据要求电控调定。其功能是：当系统内有些末端设备如风机盘管机组、新风机组等的调节阀，随着空调负荷的变化进行调节而导致管网中压力发生改变时，使其他末端设备的流量保持不变，仍然与设计值相一致。
由流体力学知，对于不可压缩流体：

q=k·A·(△P)0.5式中

q:流经平衡阀的流量；

k:与开度有关的系数；

A:阀芯的过流面积；       

△P：阀门进出口的压差。
若A·(△P)0.5保持不变，则流量q也保持不变。压差△P增大时，阀胆向内移动，开度相应减小，A值变小。根据压差的不同，保持A*(△P)0.5不变，从而使流量q保持为定值。

四、平衡阀的安装要点及设计排布
1.平衡阀的安装要点
（1）静态水力平衡阀或自力式控制阀的规格应按热媒设计流量、工作压力及阀门允许压降等参数经计算确定。
（2）平衡阀尽可能安装在直管段上。其安装位置应保证阀门前后有足够的直管段，没有特别说明的情况下，阀门前直管段长度不应小于5倍管径，阀门后的直管段长度不应小于2倍管径。
2.手动平衡阀的设计排布

（1）应分级安装，即干管、立管、支管路上均应安装。

（2）各个并联支管路上应同时安装。

（3）手动平衡阀宜安装在回水管侧。
3.自动流量平衡阀的设计排布
自动流量平衡阀，一般应用于流量固定的场合。进行设计排布时，应注意以下原则：

（1）自动流量平衡阀必须根据设计流量进行选型。

（2）宜安装在末端装置如风机盘管和空气处理机组上，一般安装于回水侧。

需要注意的是，在空调末端设备采用电动两通阀的变流量水系统中，应采用手动平衡阀来调节并联支环路的水力平衡，不应设置自动流量平衡阀。原因是：具有动态平衡功能的平衡阀由工厂一层设定其最大设计流量，在一定的压差范围内能不受外界干扰，动态的维持流量恒定。但自动流量平衡阀如设置在变流量系统的支路中，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，当一些风机盘管自控阀门关闭时，由于支路总流量恒定，正在使用的风机盘管机组的流量会增加，会引起风机盘管机组的控制阀的频繁启闭，因此不应采用自动流量平衡阀。
（3）自动流量平衡阀不必逐级安装，即在末端安装了自动流量平衡阀，在支路和立管处不需要再安装自动流量平衡阀。
（4）冷水机组、锅炉出口、热水器等所有需要限制流量的设备，宜安装自动流量平衡阀，以避免设备过流。例如，并联冷水和冷却水循环泵的初次平衡较易通过管路和管径选择达到，但多台定流量泵并联时，水泵运行台数减少后，如管路特性不向增加阻力的方向变化，或者变化较小（如：水泵与热交换器直接，或与冷却塔之间共用集管连接，水泵运行台数减少时，不关闭停止使用的相应支路或设备的阀门），运行的水泵的流量会增加较大，水泵的电机有可能超负荷，因此宜设置自动流量平衡阀。
4.自力式压差控制器的设计排布
在实际应用中，为了便于整个系统的故障诊断和调试，自力式压差控制器通常多数是与手动平衡阀配套使用的。如图：
五、结束语
随着平衡阀应用的发展，平衡阀与很多功能性阀门与设备的配合使用日益增多。需要注意的是，在实际的工程设计中，应根据工程投资和系统的精度要求合理地选用水力平衡设备，既要满足工程设计和技术规范要求，同时又应采用合理的方案，为甲方节约资金。