1、楼宇自动化控制系统中电动调节阀的选用和研究摘要：介绍了楼字自动化控制系统中电动调节阀的选用方法，着重说明了电动调节阀的主要参数的选择要点，同时论述了电动调节阀在楼宇自动化系统中应用的功能特性。 关键词：楼宇自动化系统、阀门执行器、节能 中图分类号： TE08 文献标识码： A 引言 楼宇自动化系统电动调节阀是楼宇自动化控制系统的关键设备，主要应用于暖通系统 HVAC 中的冷热源、能源分配及末端控制。电动调节阀接受现场控制器的控制信号，改变介质的控制变量（风量、水量等） ，使建筑设备按预定的工艺要求运行。 由于在楼宇系统中电动调节阀的原理比较简单，人们在工程设计中常忽视这一环节。在实际的工作环境
2、中，电动调节阀长期和工作介质接触，要保证它的安全运行并非易事，这也是楼宇自动化系统中的一个薄弱环节。工程中由于对电动调节阀的选用不当或运行时维护不善，常使整个自动控制系统工作不正常，或严重影响系统的调节品质而导致整个系统失灵。文章结合工程实际介绍了电动调节阀的选用方法，并对其主要特性进行了分析研究。 图 1 楼宇系统中的电动调节阀 电动调节阀的选用 流量特性选择 流量特性的选择方法一般有数学计算分析法和经验法，工程上常采用经验法。为了使系统保持良好的调节品质，希望开环总放大系数之积保持为常数。通有下述两种选用方法： 1）根据管道系统压降变化情况来选择 配管状态 S=10.6 S=10.6 S0
3、.3 实际工作流量特性 直线 等百分比 直线 等百分比 调节不适宜 所选流量特性 直线 等百分比 等百分比 等百分比 2）根据负荷变化情况来选择 当系统负荷变化较大时，选择等百分比阀；当所选调节阀经常工作在小开度时，也宜选等百分比阀，便于微调，不易引起振荡。当系统很稳定，而阀位移动范围较小，阀的特性对系统影响很小时，可选直线阀或等百分比阀。 结构形式的选择 选用时，要考虑被测介质的工艺条件、流体特性及生产流程。当阀前后压差较小，要求泄漏量也较小时，应选直通单座阀，如末端装置所用调节阀。当阀前后压差较大，并允许有较大泄漏量时，应选直通双座阀，如供回水总管间的压差控制旁通阀。在比值控制或旁路控制时
4、，应选三通调节阀。当介质为高压时，应选高压调节阀。 开闭形式的选择 电动调节阀有电开与电关两种形式。调节阀开闭形式的选择主要从生产安全角度考虑。一般在能源中断时，应使调节阀切断进入被控制设备的原料或热能，停止向设备外输送流体。 工作范围的选择 （1）介质种类 楼宇自动化系统中，电动调节阀的介质常为水和蒸汽，对阀件无特殊要求。 （2）工作压力 工作压力与阀门的材质有关，通常应不超过阀门的额定工作压力。对于蒸汽阀，由于阀门的工作压力与工作温度与蒸汽的饱和压力与饱和温度不一定是对应的，因此应在温度与压力的使用范围中取较小者作为其应用的限制条件。 阀门口径的选择 合理选择调节阀的口径，对自动调节系统来
5、讲是一个很重要的问题。如果过多地考虑流量裕度，选阀口径偏大，不但经济上造成浪费，更不利的是阀门经常工作在小开度，可调范围显著减小，使调节阀性能变坏，甚至引起振动和噪声，严重影响系统的稳定性以及阀门使用寿命。调节阀的口径是根据工艺要求的流通能力来确定的，先计算出 C 值后，查调节阀产品样本，确定调节阀公称直径。 电动执行机构的选择 电动执行机构是电动调节阀的重要驱动和控制部件，其选择的重要参数是输出转矩或输出推力。 电动执行机构输出转矩或推力必须大于调节阀所需的工作转矩或推力， 同时能确保调节阀的关阀力能在最不利的条件下紧密地关闭阀门。有些建筑设备监控系统工程由于电动调节阀的关闭力小于管道流体对
6、阀芯的反作用力，而导致冬季无法调低室温，夏季无法调高室温，出现了既浪费能源又破坏舒适环境的现象。 根据实际工程的经验， 电动调节阀执行机构的推力( 或称关闭压力) 选择在 0.81MPa （即为 810 k g/c m2） ，同时考虑到设计院暖通设计数值与实际工作状态数值的差别， 以及流体对阀芯和阀体的冲蚀， 其实际工作状态的压差数值不应超过 0.3Mpa，如压差较高应采取相应的减压或平衡压力的工艺措施。 电动调节阀的特性研究 调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，即 （1） 一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间的流通面积，便可控制流量。但
7、实际上由于各种因素的影响，在节流面积变化的同时，还会引起阀前、后压差的变化，从而使流量也发生变化。 调节阀的流通能力 调节阀流通能力定义为：阀门两端压差为 105Pa，流体密度为1g/cm3，调节阀全开时的流量（m3/h） 。计算公式为： （2） 上式适用于空调系统中的冷、热水控制。对于蒸汽阀，由于蒸汽密度在阀前后不同，因此必须考虑密度变化。 调节阀的节能特性 （1） 改善部分负荷工况控制 由于室外气候的变化，暖通空调需要在部分负荷工况下运行的时间比例有所增加。结果，原本存在于冬、夏季运行之间的界限渐渐淡化了。因此，在冬季或过渡季节期间需要制冷的情况越来越普遍。如果能够对温度和湿度进行更加精确
8、的控制，就有可能节省高达 30% 的能源。由于“部分负荷工况”出现的时间越来越长，制冷成本会骤然增加，因此有必要对控制回路进行检查，并重新调整运行参数。 （2）优化控制冷冻水循环 与温度控制相对简单的采暖设备相比，冷冻水装置需要非常复杂的控制系统。流量大但温差低的应用要求使用大型、反映敏捷的阀门。选用合适的压力补偿型调节阀，速度是其他类型阀的好几倍，可以保证控制的准确性。 （3）带板式热交换器直接加热生活用水 带板式热交换器的直接供热系统逐渐取代了生活热水供暖设备中的大型储热罐系统。促使这一发展的是更加严格的卫生规范，该规范旨在降低军团菌引发的风险，并减少大型且速度较慢的系统所造成的热量损失。
9、 （4）区域供热设备节省空间的解决方案 以小型或中型设备为例，预制的紧凑型区域供热分站得到了越来越多的应用。由于紧凑型换热器的热传递速度大幅提高，控制系统也必须相应地提高速度。在过去，定位时间在 15 到 30s 的电动阀完全可以处理大流量的对流设备。如今小流量大换热面积的板式热交换器要求反应灵敏、定位迅速的控制设备。 结语 在目前已竣工的智能建筑工程中，相当部分的控制系统不尽人意，虽不全是电动调节阀引起的问题，但的确占有相当比例。因此，在楼字自动化系统中必须对该环节给予加倍的重视，从设计阶段就应该重视电动调节阀的选用，同时应结合实际的工程应用和先进的分析方法，精心考虑工况要求甚至安装细节，综合考虑各种因素，包括人为因素，客观评价方案的可行性，真正做到部件与系统的无缝连接。 参考文献 1 程大章.智能建筑楼宇自控系统.中国建筑工业出版社，2005 2 何衍庆.控制阀工程设计与应用.化学工业出版社，2005 3 李冬辉.楼宇自控系统中节能控制的研究.低压电器 2004(6)：15-17 4 赵起升.智能建筑中的楼宇自动化设计及其应用.华中科技大学学报,2003,20(3)：8083 作者简介： 唐涛，1967 年，男，江苏泰州，工程师，从事阀门及电动执行机构的研究 通讯地址:江苏省扬州市文昌中路 77 号，扬州电力设备修造厂，225003
