空调机组和新风机组的表冷器、加热器水侧,靠一只电动二通阀调节水量,被控量是送风温度。配置要定三条:阀门口径按 Kvs 与支路压差算,执行器按行程和断电要求配,接管把阀放在回水管、传感器放在能反映真实送风温度的位置。调试的核心是把 PI 参数整到不振荡、不迟钝。
一、水侧调节交给二通阀,风侧交给风机
空调机组的水系统有三种调法:三通阀分流、二通阀节流、水泵变频。三通阀让水流量恒定、只改水温,系统简单但水泵全年满负荷;二通阀节流改变水流量,配合变频泵能省电,是目前变流量系统的主流做法。三通与旁通的用法在另一篇里专门讲过,这里只谈二通。
一只二通阀在机组里干的事很朴素:送风温度低于设定,阀关小,盘管里水少了,换热量下降;送风温度高于设定,阀开大,水量上来。阀门开度从 0 到 100%,对应盘管换热能力从零到满负荷。
这条通道上有三个东西会拖后腿。阀门口径选大,开度长期在 20% 以下,流量对开度的响应极不敏感,控制系统看起来在动,实际没效果;执行器行程与阀体不匹配,阀杆走不到全行程,等于把一个可调阀用成了开关阀;传感器装错位置,测到的温度不代表送风温度,控制器一直在按错误信号调节。
二、送风温度 PI 控制回路怎么搭
2.1 回路的四个要素
| 要素 | 具体件 | 配置要点 |
| 被控量 | 送风温度 | 传感器装在风机出口后混合均匀的直管段 |
| 执行器 | 电动二通阀 + 执行器 | VVF42C 系列 + SKD62 或 SKC62 |
| 控制器 | RWD62、RWD68 等带 0–10 V 输出的型号 | 一路模拟量输入接温度,一路模拟量输出给阀 |
| 反馈 | 阀位 0–10 V | 接回控制器或上传楼控,便于判断"不动"是信号还是阀 |
控制器这一环容易被简化掉。RWD 系列的输入支持 Ni1000、Pt1000、0–10 V 与数字量,输出为 0–10 V 与数字量,工作电压 AC 24 V,防护等级 IP20——装在机组控制柜里正合适。选型时确认两件事:温度传感器是 Pt1000 还是 0–10 V 输出,与控制器输入类型对上;执行器接受 0–10 V 还是 4–20 mA,与控制器输出对上。两处任一错配,现象都是阀不动。
2.2 为什么用 PI 不用 PID
送风温度回路的惯性主要来自盘管与风管,时间常数在几十秒到几分钟,属于典型的一阶惯性对象,PI 就够用。
微分项在这里帮不上忙,反而添乱。温度信号本身带噪声,微分把噪声放大成控制量的抖动,执行器跟着抖,阀杆和填料磨损加快,现场听起来是阀在"滋滋"地微动。空调水系统的温度回路,D 项通常直接关掉。
积分项的作用是消除稳态偏差。纯比例控制下,送风温度总会稳定在设定值下方一个固定差值上,负荷越大差得越多;加上积分,这个差值被慢慢抹掉。代价是积分给得太强会引起周期性波动——温度冲过设定值,阀关过头,温度又掉下去,来回荡。
2.3 阀门特性要与盘管匹配
盘管的换热特性是"大流量小增益":水量从 0 加到 50%,换热量能上来六七成;从 50% 加到 100%,只多出来三四成。如果阀门用线性特性,小流量段控制分辨率过粗,大流量段又过于灵敏。
等百分比特性正好把这个曲线倒过来:小开度时流通面积变化慢,大开度时变化快。等百分比阀配盘管,两者的非线性互相抵消,控制回路的总增益接近线性,这是空调水系统默认选等百分比的原因。
采购时如果样本上有特性选项,选等百分比(EQ);已经装了线性特性阀又改不了的,把 PI 的比例带放宽一些,用小信号段的灵敏度换稳定。
三、口径与压差:先算 Kvs,再看阀权度
算例。某空调机组表冷器,制冷量 100 kW,冷冻水 7/12℃,温差 5℃。
流量:G = 100 ÷(1.163 × 5)≈ 17.2 m³/h。
再看阀门分到多少压差。这条支路的可用压差 0.6 bar,盘管本身占 0.3 bar,阀门与附件合计 0.3 bar。
Kvs = 17.2 ÷ √0.3 = 17.2 ÷ 0.548 ≈ 31,乘 1.2 倍余量约 38。对 VVF42C 的 Kvs 档位表取不小于 38 的一档,各口径的具体数值以样本为准。
这一步之后还要看一个数:阀权度。它等于阀门全开压降除以支路总压降,0.3 ÷ 0.6 = 0.5,落在推荐区间内。阀权度过低(比如阀门只占 10%),阀门开度变化时管路压差跟着大幅波动,实际流量与开度严重脱节,控制会变得难以整定;阀权度过高,阀门吃掉太多压差,水泵白做功。
按管径配阀是这块的老问题。DN80 的支管按流速选出来,阀门口径照抄 DN80,Kvs 往往是需求的两三倍,开度常年趴在 15% 上下。判断方法很直接:投运后看常用开度,低于 20% 就该按 Kvs 重算。
压差偏大的支路还有两个选择:一是 VVF42KC 带压力补偿结构,阀芯上下压力基本抵消,执行器只需克服阀杆截面的力;二是把压差分配到别处,比如在支路加平衡阀,让调节阀保住 30%–80% 的工作区间。
四、接管:位置、方向与三个必备附件
4.1 装在回水管,理由有三条
二通阀装在盘管的回水管上,不装在供水管上,这是行业惯例,背后是三条实际理由。
盘管内部始终保持满水,不会因为阀门关闭而在盘管里留下气腔;供水温度高时(冬季热盘管 60℃ 供水),回水温度低,装在回水侧可以让执行器远离高温介质,环境温度更容易控制;阀门关闭后,供水侧压力不会直接压在盘管上,减少了盘管与软接的受压时间。
阀门有方向。阀体上铸有箭头,二通阀按箭头装,装反后关断时压力顶在密封面反面,噪音变大,关不严的概率上升。施工现场管道走向别扭时,常见做法是先装上再说,返工要割管,代价不小。
4.2 三个附件不能省
**阀前 Y 型过滤器。** 二通阀的阀芯与阀座间隙很小,焊渣、水垢卡进去就是关不严。新建项目头一个制冷季前,先拆滤网冲洗一次。
**旁通阀。** 一只阀检修,没有旁通就要整个机组停水,连带影响这一路的房间。
**软接与支吊架。** 阀门两侧加软接,管道重量不要压在执行器和阀体上。执行器允许从竖直向上到水平安装,不允许倒装朝下——倒装改变液压腔与弹簧的方向,复位时间变长,严重时阀关不到底。
4.3 传感器与防冻开关的位置
送风温度传感器(风管型,如 QFM 系列,DC 0–10 V 或 4–20 mA 输出)装在风机出口之后、风管直段上,前后留出足够的直管距离,避开弯头、变径与风口。探头插入深度按样本要求,插得太浅测到的是管壁附近的边界层,温度偏高。
传感器装在混合段之后而不是之前。新风与回风混合不均时,混合段前的温度波动很大,控制器会跟着乱调;混合段后、风机后,气流已经搅匀,测点才有代表性。
防冻开关(QAF81 系列,设定范围 −5~15℃,毛细管 3000 mm 或 6000 mm)的毛细管要横跨盘管出风侧的全宽,做成 S 形或往复式铺开,感温点覆盖整个迎风面。只贴一小段,局部结冰时可能不动作。
防冻动作的联锁顺序:停风机、关新风阀、热水阀开到全开、报警上传。这四步的顺序不能颠倒,先停风机再开热水阀,避免把冷风继续吹进管道。
五、调试:从行程自适应到 PI 整定
5.1 先定正反作用与限位
冷却盘管的阀是反作用:送风温度高于设定,阀开大。加热盘管的阀是正作用:温度低于设定,阀开大。两管制机组冬夏共用一个盘管,季节切换时必须同步切换控制器的作用方向,否则一入冬就满负荷跑或者完全不动作。
限位有两项常被忽略。最小开度限制用于保证盘管最小流量,冬季防冻尤其需要;最大开度限制用在冷水系统,防止流量过大导致回水温度过低、冷机效率下降。这两个值在控制器里设,不要靠机械限位去凑。
5.2 PI 整定的顺序
先关积分,只用比例,比例带从宽往窄试,找到开始出现小幅等幅振荡的那一点,再把比例带退回 1.5 倍左右。然后加积分,积分时间从长往短试,直到稳态偏差消失且不出现周期性波动。
送风温度回路的经验起点:比例带先给 5℃ 上下,积分时间先给 300 s 以上,再看响应调。负荷变化剧烈的机组(新风比大、人员密度变化大),比例带可以再宽一点,宁慢勿荡。
整定时观察的是趋势曲线,不是瞬时值。风机启动、新风阀动作、除霜这些扰动都会让温度短暂跳变,等工况平稳了再看参数是否合适。
5.3 行程自适应不能断电
SKD62 上电后自动找行程,开启约 30 s、关闭约 15 s。这段时间断电,行程点会记错,表现为阀位显示与实际开度不符,严重时阀走不到全关。调试时把这一步单独留出来,不要在找行程的过程中反复拉闸。
六、五类常见故障的排查顺序
| 现象 | 先查什么 | 常见根因 |
|---|---|---|
| 送风温度低于设定,阀关不小 | 阀位反馈与指令是否一致 | 阀芯被杂质卡住、口径选大导致小开度失效 |
| 送风温度来回振荡 | 常用开度、PI 参数 | 积分时间过短、口径偏大、阀权度过低 |
| 阀完全不动 | 电源与信号制式 | AC 24 V 缺失、0–10 V 与 4–20 mA 混接 |
| 冬季盘管冻裂 | 防冻开关与联锁 | 毛细管覆盖不全、联锁顺序错、最小开度未设 |
| 房间温度达标但送风温度偏差大 | 传感器位置 | 装在混合段前或紧贴弯头,测点不具代表性 |
排查有个通用顺序:先看阀动不动(信号与电源),再看阀关不关得严(机械与杂质),最后才动控制参数。反过来先调 PID,往往是把机械问题掩盖成参数问题,过几天又复发。
七、交付前的核对清单
| 核对项 | 要求 |
|---|---|
| 阀体型号与 Kvs | 与设计选型表一致,口径不是按管径抄的 |
| 执行器型号与行程 | DN100 及以上属 40 mm 行程段,配 SKC;其余配 SKD |
| 断电动作 | 需要断电关阀的场合选 SKD62、SKC62(带弹簧复位) |
| 定位信号 | 与控制器输出一致,0–10 V 或 4–20 mA |
| 阀位反馈 | 0–10 V 接入控制器,可在平台查看 |
| 附件 | 过滤器、旁通、软接、法兰垫片齐全 |
| 传感器 | 送风温度传感器位置、插入深度、防冻开关毛细管覆盖 |
| 联锁 | 防冻四步、水流开关与冷水阀联锁、风机启停联锁 |
水流开关(如 QVE1901)这一项经常漏。没有水流信号就开冷水阀,盘管里是死水,夏季可能结露滴水,冬季(两管制)可能冻裂。联锁逻辑写进控制柜的调试记录,别只留在口头。
八、常见问题
**空调机组的二通阀为什么不能按管径选?**
管道按流速选、阀门按流通能力选,两条线各走各的。DN80 的支管按 Kvs 算下来可能只需要 DN40 或 DN50 的阀,照抄管径会让常用开度掉到 20% 以下,流量对开度不敏感,控制看起来在动实际没效果。
**二通阀装在供水管上行不行?**
能装,但不推荐。装在回水管的好处是盘管始终满水、执行器远离高温供水、关阀后供水压力不直接压在盘管上。已经装在供水侧的系统不必改,接管时注意排气与执行器的环境温度即可。
**送风温度用 PI 还是 PID?**
PI。温度信号带噪声,微分项把噪声放大成执行器抖动,阀杆与填料磨损加快。空调水系统的温度回路通常把 D 项关掉,靠比例带与积分时间把响应调稳。
**阀不动,一定是执行器坏了吗?**
多数情况不是。先量 AC 24 V 电源,再核对定位信号制式(0–10 V 与 4–20 mA 混淆是高频原因),然后用手动旋钮试阀杆是否卡阻,最后才判断执行器本体。换了新执行器仍然不动,八成是信号问题。
**为什么冬天要做最小开度限制?**
防止盘管流量过小导致冻结。负荷很低时阀会关到接近全关,盘管里水流几乎停滞,如果新风温度很低,盘管端部先结冰。设一个 10%–20% 的最小开度,让盘管保持微小流量,配合防冻开关构成双重保护。
**防冻开关动作了,为什么盘管还是冻了?**

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