1山东同方嘉禾有限公司 山东济南 250000
2山东省建筑设计研究院有限责任公司 山东济南 250000
3欧文托普（中国）暖通空调系统技术有限公司 山东济南 250000
摘要：能量阀是继动态平衡电动调节阀之后一种新型电动调节型阀门产品，在供暖空调系统中应用能量阀，可解决空调水系统中的水力平衡、流量控制与调节问题，同时具备能量计量功能，丰富了空调系统能耗计量分析与调控手段，有利于提高空调整体系统能效。此外，能量阀执行器具备的计算、存储与通讯功能，有效简化了传统空调系统自控设计与实施内容。
关键词：能量阀；水力平衡；机械式能量阀；电子式能量阀；系统能效
1.能量阀工作原理
目前市场上销售的能量阀产品主要是以进口品牌产品为主，如德国欧文托普、丹麦丹佛斯、瑞士博力谋等品牌，各品牌之间的产品结构、功能设计与产品功能实现路径有一定的技术差异，但理论基础是热（冷）量计算公式Q=C*G质量*与流体计算公式G流量=KV*。式中：Q —流过阀门的介质负荷，J，C—介质比热容，J/kg℃，G质量—介质质量流量，kg，—循环介质温差，℃；G流量—介质体积流量，m3/h，KV—流量系数，无量纲单位，仅对阀门而言，表示循环介质为常温水的情况下，阀门在不同开度下进出口压差为1bar时的流量值；为阀门的进出口压差，单位bar。
能量阀的工作原理是调节阀体的循环介质水量G质量、通过智能执行器计算循环介质的负荷输出，依据能量计量数据进行调控，实现如恒定负荷输出、恒定温差运行、流量控制等功能，并同时提供阀门的开度、流量、能量三类数据。通过通讯协议如Modbus、BACnet/IP进行数据采集和传输，实现分区、分设备的实时能量计量与舒适性节能控制。
能量阀的实时流量值可根据不同的阀体设计路径进行测量或计算获得，并最终通过执行器依据理论公式进行计算、存储和传输。系统控制平台通过大量终端能量阀的使用进行数据收集，对收集数据进行模拟优化并提供系统优化控制策略，实现最终对冷热源、循环设备的运行优化，提高系统的整体能效。
可根据不同使用位置和空调工况要求进行单独设定，的可设定功能有利于提高系统运行的舒适性与节能性，对于传统的二管制空调系统可以简化循环泵组的设计，如通过变频控制技术合并供冷/供热循环泵，简化系统设计与运行管理流程，并实现冬、夏季使用模式自动转换。
2.能量阀产品主要形式及特点
根据产品结构设计的差异，能量阀可分为机械式能量阀和电子式能量阀两类产品。
2.1机械式能量阀
以欧文托普、丹佛斯为代表。是在动态平衡电动调节阀产品的基础上，通过增加智能执行器实现能量阀的平衡、调节、能量计量、数据传输等功能。以欧文托普的能量阀为例，阀体部分是欧文托普Cocon Q系列压力无关型阀体，在设定最大流量后，在工作压差范围内通过阀体的流量仅与阀的开度有关，阀体开度与流量一一对应，阀体的开度参数对应的流量数据通过执行器进行识别，可称之为“开度流量型”能量阀。
能量阀在工作状态下，依据Q =C*G质量*，执行器通过输出的控制开度信号对应的流量值G与通过执行器进行设定的供回水温差自动计算输出负荷Q，并通过数据传输协议收集能量阀控制的环路能量输出、供回水温度等相关数据，为优化系统运行模式，提高系统运行能效提供数据支持。此外，能量阀有冬夏季运行模式自动转换的功能，为传统两管制空调系统的设计与运行优化提供更大的空间。
2.2 电子式能量阀
以西门子、搏力谋为代表。产品设计理念依据“智能调节阀+流量计”的路线。
产品理论基础同样是是基于公式Q负荷=C*G质量*，能量阀的通过执行器进行设定，流量G通过流量计进行实时测量（一般采用超声波流量计），智能执行器通过采集供、回水温度与流量，根据温差自动计算实时能量值，并通过M-bus或Mod-Bus协议传输实时输出的能量值、系统供回水温度（或实时温差）等数据。
调节阀的作用是根据设定的实时调节循环水量，以保证供回水温差的恒定；智能执行器在受温差模式控制的同时也受系统动态压差波动的影响进行动作，因此，正常工作状态下调节阀阀体本身不具备压差平衡功能，智能执行器在通电状态下处于实时进行主动或被动调节的状态，能量输出状态也是一个动态持续变化的状态。
3.能量阀的应用场景分析
3.1冷热源侧
冷热源侧使用能量阀，有利于优化主机运行工况，如恒定主机的冷冻水供回水温差，确保主机在设计工况下运行；同时，利用能量阀的数据计量功能，计量主机累计输出负荷，有效检测主机的能效指标，并通过主机群控系统平衡并联主机的运行时间，提高系统运行的稳定性与安全性。
对于传统集水器立管侧使用的静态阀，主要功能是系统运行初期的分支系统的预调节，但在系统实际运行中，初期调节的水量并不能完全满足系统实际运行不同阶段动态变化需求。采用能量阀代替静态阀，可根据分支环路不同阶段的能量输配指标进行流量与运行负荷的动态系统调节，并计量分支环路的系统能耗指标，有利于优化系统的节能运行环境，如分支环路可根据使用环境差异恒定不同的供回水温差等。
3.2分支环路侧
能量阀用于系统分支环路，代替传统的静态平衡阀或“静态平衡阀+动态压差平衡阀”阀组，实现分支环路的流量调节，即系统运行初期的流量调节和系统运行中的动态调节。同时通过设定能量阀运行参数实现分支环路的冬夏季工况切换，这一点对传统的两管制空调系统具有重要意义。对于二管制系统，由于供冷工况与供热工况循环水量相差较大，在冷、热运行模式转化时理论上需要对管路系统进行二次水力平衡调试，以保证系统运行工况的稳定性。但在实际运行中，限于现场安装条件和运行技术能力，对传统平衡阀进行二次调试并不具备现实基础，导致空调系统长期在低能效指标下运行。对分支环路设置能量阀，利用能量阀冬、夏季工况切换的功能，实现分支环路循环流量与运行工况的匹配，解决了传统二管制空调系统季节转换期运行调试的困扰。同时，在分支环路系统使用能量阀可以实现分区系统的能耗计量，运行人员可根据各楼层使用负荷的动态变化进行区域调节和控制，实现能量按需分配，为提高系统的能效指标提供了调控手段。
3.3末端设备侧
对于全空气系统的空调末端设备，如新风机组、组合式空调机组等，按照如图5形式配置能量阀，通过对机组循环水量与供回水温差的控制，实现机组运行工况的优化，对保障空调末端的负荷输出、送风温度控制、空气含湿量控制等有重要作用，比较适合送风质量标准要求较高的空调系统，如净化空调系统、恒温恒湿空调系统等。
与传统动态平衡电动调节阀模拟量控制形式不同，能量阀使用数字化控制技术，执行器可以在0-100%之间进行调节，不同机组可以分别在“大温差小流量”或“小温差大流量”的工况下运行，实现在单一冷热源条件下多种不同空调工况的运行需求。例如，对于与冷源侧靠近的空调末端侧，可通过使用能量阀实施“大温差小流量”运行工况，而远端侧的空调末端采用“小温差大流量”控制策略，从而通过末端设备的流量调节主动控制系统的供回水温差，有效解决系统的静态失调和动态失调问题，为提高系统整体能效丰富了调控手段。
结论
在中央空调系统中应用能量阀技术，一方面能丰富系统的调控手段，解决传统全面水力平衡技术不能或不容易解决的技术问题；另一方面能量阀技术包含的能量计量、数据通讯等功能能促进系统运行管理标准的提升，优化空调系统运行工况并最终提高系统运行能效。
能量阀技术的未来发展将基于新型物联网、大数据与云计算技术向智慧型控制转变，即依托AI智能技术驱动增加数据检索、逻辑分析和智能判断等功能，通过计算、检测、传输数据并优化系统运行模式，简化传统集中空调的自控系统。
参考文献：
[1]王延敏王天鹏杜瑞东赵岩等.基于智能阀辨识管网阻力数及二次网动态水力平衡研究[J].区域供热,2020,4.