數據中心製冷的雞肋——動態平衡閥
在現有的空調設計中，稍微大一些的水冷系統，在末端每個精密空調的支管處均會設置一動態平衡閥，以保證系統水系統的水力平衡。
那麼，這個動態平衡閥是否是必須的呢？
一、首先，要了解動態平衡閥在空調系統中的作用。
在控制技術不太成熟的早期，空調水系統都是採用定流量系統，各支路及各設備間的不平衡率較大，主要靠早期設計計算及手動初調節來減弱，但是無法消除系統的不平衡，總不免要出現冷熱不均的現象。
隨着控制技術的發展成熟，變流量空調水系統逐漸成爲了主流，冷機、水泵均實現了變頻，末端應對水力不平衡也發展出了靜態平衡閥、動態平衡閥，進而有了電動調節閥，可以配置到每一個末端設備進行精確調節。
平衡閥是用於規模較大的供暖或空調水系統的水力平衡。平衡閥安裝位置在建築供暖和空調系統入口，幹管分支環管或立管上。平衡閥的類型有靜態平衡和動態平衡閥。動態平衡閥分爲自力式流量平衡閥和自力式壓差平衡閥兩種。
自力式流量平衡閥，自動恆定流量的水力工況平衡用閥。可按需求設定流量，並將通過閥門的流量保持恆定。
自力式流量平衡閥結構圖
當系統總流量增加了時，可保證近端流量恆定，多餘的流量進入遠端；而當系統總流量減小時，近端閥門會開到最大以保證流量恆定，而遠端流量將無法保證，不能有效地解決管網整體流量變化的水力失調。自力式流量平衡閥在這裏只是一個限流閥，只起限定最大流最的作用。
自力式流量平衡閥接管圖
自力式流量平衡閥一般安裝在用戶支幹管上，平衡各用戶間的流量用。
自力式壓差平衡閥，自動恆定壓差水力工況平衡用閥，其區別在於自力式流量平衡閥的變流量裝置在閥門本體上，而自力式壓差平衡閥的變流量裝置在閥門“用戶”內（此處的用戶指的是攜帶多個末端的支幹管功能區域）。通過控制戶內回水壓差控制流量，用這種辦法控制流量，必須依靠便攜式流量測試儀確定，優點是對於遠端用戶不會增加消耗壓頭。有利於被控制系統各末端裝置的自主調節，尤其適用於變流量空調系統。
自力式壓差平衡閥結構圖
安裝自力式壓差平衡閥後，自力式壓差平衡閥消耗系統的富餘壓頭可以隔絕用戶間流量變化互相干擾作用，被控系統可在水壓作用下，自動消除管網的富餘壓頭及壓力波動引起的流量變化，有助於穩定系統的運行工況。自力式壓差控制器可以限制近端用戶保證遠端用戶需求的效果，這些性能支持“用戶”的主動變流量。
自力式壓差平衡閥接管圖
自力式壓差平衡閥用作系統壓差調節時，可以安裝在供水上，也可安裝在回水上。兩種安裝壓差閥結構不同，不可以互換，但可直接安在電動閥前控制電動閥前後壓差。安裝位置有3種：裝在每棟建築物的總入口上；裝在每棟建築物的分入口上，住宅樓裝每個單元的入口；裝在每戶或每層的入口。
二、數據中心裏的動態平衡閥
那麼，對於數據中心，平常普遍採用的動態平衡閥應該是那一種呢？很明顯，數據中心的平衡閥安裝在每一個精密空調末端，有的直接與電動兩通閥配合使用，這些場景下，只有自力式壓差平衡閥了。
數據中心IT機房常規的末端製冷，最常用的是精密空調加新風，通過精密空調來帶走房間發熱量，通過新風來保持室內溼度和正壓。精密空調只是房間內迴風進入機組，冷卻處理後送入房間，機組內並不會有送風與迴風混風的情況出現。每個精密空調配一個獨立的電動兩通閥來調節流量。精密空調控制原理圖如下所示：
精密空調平面佈置圖如下：
精密空調接管示意圖如下：
精密空調出風溫度通過電動兩通閥來控制，當出風溫度低於設定值時，自動關小電動兩通閥開度使出風溫度升高；當出風溫度高於設定值時，自動開大電動兩通閥開度使出風溫度降低，當電動兩通閥開度達到最大，出風溫度仍然過高時，則降低EC風機轉速直至出風溫度達到設定值附近。而實際項目運行過程中，一般室內負荷恆定，所以，很多項目直接將精密空調EC風機轉速設定爲恆定值，只通過電動兩通閥調節冷凍水流量，從而滿足室內負荷，再通過新風系統控制室內正壓和溼度，就可以滿足項目需要了。
三、民用空調系統裏的動態平衡閥
再來看一下民用建築中最常用的類似系統——風機盤管加新風系統。
如下圖所示，在一個辦公區域，設置幾臺一次迴風的風機盤管，再加上新風系統，爲辦公區域提供冷源及正壓。
室內製冷量的控制，通過調節風機盤管的電動兩通閥來控制冷凍水流量，當出風溫度低於設定值時，自動關小電動兩通閥開度使出風溫度升高；當出風溫度高於設定值時，自動開大電動兩通閥開度使出風溫度降低。
風機盤管接管示意圖如下：
風機盤管水系統圖如下：
對於風機盤管空調系統，只是在每層的支幹管處設置一動態平衡閥，以保證每層之間的水力平衡，同層內的各個房間及風機盤管間的水力平衡，直接通過電動兩通閥來調節末端流量及阻力，來達到滿足末端需求的要求。
四、結 論——末端每個精密空調上的動態平衡閥可以取消
對比數據中心精密空調加新風系統和風機盤管加新風系統，可以發現，兩者場景相似度極高，況且民用空調系統的負荷波動更大，對平衡閥的要求更高。
對比內容 數據中心空調系統 民用空調系統
製冷形式 精密空調加新風系統 風機盤管加新風系統
設備主要配置 EC風機+製冷盤管 小型風機+製冷盤管
電動調節閥配置 配電動兩通閥 配電動兩通閥
服務區域 多臺精密空調一組爲一個IT機房提供製冷 多臺風機盤管一組爲一個辦公等功能房間提供製冷
每層佈置 每層可有多個IT機房 每層可以有多個功能房間
動態平衡閥位置 每個精密空調均有配置 每層支幹管處有配置
動態平衡閥控制範圍 一臺精密空調環路 整層所有風機盤管環路
室內負荷變動頻率 IT機房內總負荷基本恆定，全年無明顯變化，負荷穩定。 隨着功能房間內人員等負荷因素數量的變化，隨時發生改變，波動較大。
但是實際設計中，動態平衡閥的配置卻差異極大，負荷相對穩定的數據中心內的動態平衡閥的配置反而更多。
筆者也在實際項目中多次看到因動態平衡閥帶來的問題，比如末端阻力偏大，導致末端流量不足，進出水溫差偏高，無法達到設計要求。還有末端動態平衡閥接管的位置並不能平衡末端精密空調環路的阻力或流量，平白增加無謂的阻力。普通民用系統中末端阻力一般不超過5m，而現實中有的精密空調末端阻力甚至達到了15m。這些情況導致整個空調系統處在高阻力工況下，使得輸送能耗大大增加。
另外，動態平衡閥的造價不菲，少則幾千，多則上萬，而此部分的投資是否用在了對的地方，也是需要認證考慮的。
實際工程中，也已經有越來越多的項目完全取消了末端的動態平衡閥，而實際運行完全可以穩定運行。
綜上，從功能實現、運行經濟可靠、建設投資、現實案例等方面，都支持取消精密空調末端動態平衡閥，此閥門完全可以取消不用。
已經有越來越多的人不再把錢繼續花在這個可有可無的雞肋上，你還要繼續堅持嗎？
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