暖通常用执行器知识库
执行器是控制回路的”手脚”。本知识库覆盖暖通空调系统中最常用的电动调节阀、风阀执行器、变频器等执行机构的类型、选型参数与工程应用注意事项。
1. 电动调节阀（Control Valve）
调节阀是暖通水系统最重要的执行器，用于连续调节冷/热水流量以控制温度。
1.1 控制阀流量特性
| 特性 |
说明 |
| 等百分比特性(EP) |
行程与流量成对数关系。小开度时流量变化小，大开度时变化大。与换热器非线性互补，暖通主流选择 |
| 线性特性(LIN) |
行程与流量成正比。适用于压差恒定的系统 |
| 快开特性(QO) |
小开度即大流量，用于ON/OFF控制 |
1.2 阀权度（Valve Authority）
| 项目 |
说明 |
| 定义 |
N = ΔPv_全开 / ΔPs_总 = 阀门全开时压降 ÷ 系统总压降 |
| 推荐值 |
N = 0.3~0.5（理想0.5）。N<0.25时等百分比特性退化为快开，控制品质恶化 |
| 工程对策 |
阀门Kvs选型时满足ΔPv≥0.3×ΔPs; 必要时加装自力式压差控制器 |
1.3 Kvs值与选型
| 项目 |
说明 |
| Kvs定义 |
阀门全开、两端压差=1bar时通过的水流量(m³/h) |
| 计算公式 |
Kv = Q / √ΔPv，其中Q=流量(m³/h)、ΔPv=阀门压降(bar) |
| 选型原则 |
计算Kv值后选大一档标准Kvs，确保最大工况阀门开度≤85% |
1.4 常见阀体类型
| 类型 |
说明 |
| 截止阀(Globe) |
调节性好、等百分比特性、压降较大，DN15~DN300。暖通水阀首选 |
| 球阀(Segmented Ball) |
V型球阀，等百分比特性、大通径、高压差适用 |
| 蝶阀(Butterfly) |
近似等百分比、低压降、大口径(DN250+)、开关为主 |
| 座阀(ZONE Valve) |
小口径DN15~DN25，风机盘管/散热器末端用，ON/OFF或三浮点控制 |
参考文献: Belimo, “Hydronic Reference Guide”, 2023; ASHRAE Handbook HVAC Systems & Equipment (2020)
2. 风阀执行器（Damper Actuator）
选型参数与技术指标
| 参数 |
说明 |
| 扭矩(Nm) |
≤0.5m²→5Nm; 0.51m²→10Nm; 12m²→20Nm; ≥2m²→40Nm |
| 控制信号 |
开关型(ON/OFF); 三浮点(3-point floating); 调节型(0-10V / 2-10V / 4-20mA) |
| 旋转角度 |
90°(标准); 180°(特殊); 机械限位可调 |
| 运行时间 |
标准150s/90°; 快速30s/90°; 慢速300s/90° |
| 反馈信号 |
0-10V位置反馈(电位器/霍尔); 两限位开关(全开/全关) |
| 弹簧复位 |
断电自动关闭/开启——用于消防排烟、防冻保护 |
| 防护等级 |
IP54(室内); IP66(室外/高湿) |
暖通应用场景
| 场景 |
说明 |
| 新风阀 |
调节型，0-10V控制，根据CO₂/时间表调节新风量 |
| 回风阀 |
调节型，与新风阀反向联动 |
| 排风阀 |
开关型/调节型，排风控制 |
| 防烟防火阀 |
弹簧复位(断电关)，70°C/280°C熔断连锁关闭 |
3. 变频驱动（VFD / VSD）
暖通风机水泵变频控制
| 项目 |
说明 |
| 工作原理 |
交-直-交变频：AC输入→整流→直流母线→IGBT逆变→变频变压输出 |
| 节能原理 |
离心泵/风机相似定律：Q₂/Q₁=n₂/n₁, H₂/H₁=(n₂/n₁)², P₂/P₁=(n₂/n₁)³。转速降至80%，功率降至51% |
| 控制方式 |
V/f恒压频比(风机泵类); 矢量控制(高精度); DTC直接转矩控制 |
| 暖通接口 |
DDC AO(0-10V/4-20mA)→VFD频率指令; VFD运行/故障状态→DDC DI |
| 通信 |
MODBUS RTU / BACnet MS/TP / PROFIBUS |
| 典型应用 |
AHU送风机/回风机、冷却塔风机、冷冻水泵、冷却水泵 |
| 谐波治理 |
内置直流电抗器(3%阻抗); 有源前端(AFE)用于大功率 |
参考文献: ABB, “Technical Guide No.4: Guide to Variable Speed Drives”, 2022
4. 执行器控制信号类型速查
| 信号类型 |
信号范围 |
优点 |
缺点 |
典型应用 |
| 0-10V DC |
0~10V |
接线简单、可并联 |
压降限制距离(~30m) |
风阀执行器、小型调节阀 |
| 2-10V DC |
2~10V |
断线检测(0V=故障) |
同上 |
关键调节回路 |
| 4-20mA |
4~20mA |
抗干扰强、远传(>100m) |
需电流环接口 |
远程调节阀、现场仪表 |
| 三浮点 |
开/关/停(三线) |
断电保持位置、成本低 |
无位置反馈 |
风机盘管阀、散热器阀 |
| PWM |
占空比0-100% |
DDC DO直接驱动 |
需热执行器(慢响应) |
电热阀、小型水阀 |
参考文献
- ASHRAE, ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment, Chapter 46: Valves, ASHRAE, Atlanta, 2020.
- Belimo, Hydronic Reference Guide—Valve Sizing and Selection, Belimo Automation AG, 2023.
- ABB, Technical Guide No.4: Guide to Variable Speed Drives, ABB Drives, Helsinki, 2022.
- Siemens, Building Automation Actuators: Selection and Application Guide, Siemens Switzerland, 2021.
- 陆耀庆(主编), 《实用供热空调设计手册》(第二版), 中国建筑工业出版社, 2008.
- Danfoss, “VLT HVAC Drive Technical Reference”, Danfoss A/S, 2023.