前沿拓展：

水流開關是對水流量自動控制和保護的裝置。當水流量變化時，水流對靶片產生的作用力使得杠桿轉動，控制電路閉合或斷開，從而達到自動控制的目的。水流開關在冷水機組和空調工程的水系統(以下統稱為空調系統) 中有著廣泛的應用。

水流開關的工作過程：

在冷水機組冷凍水的出水端和水冷冷水機組冷卻水/ 冷凍水的出水端，都會安裝水流開關。常閉水流開關(空調系統正常運行時，水流開關控制電路是閉合的，這里指的水流開關狀態是常閉的)工作過程為：當水流量達到一定值時，水流開關閉合，此后壓縮機啟動，空調系統開始運行。如果空調系統中有水泄漏或其他原因導致系統水流量減少，當水流量降低到一定值時，水流開關斷開，同時壓縮機停機，空調系統停止運行。

1.冷卻水出水管；2.水冷冷水機組冷凝器；3.水冷冷水機組蒸發器；4.冷凍水出水管；5.水流開關。

水流開關在空調系統中的安裝位置

水流開關的作用：

當空調系統具有足夠水流量時水流開關閉合，此后壓縮機啟動，從而保證空調系統安全和高效運行。

1)當冷凍水流量偏小時，蒸發器負荷不足，蒸發溫度偏低，制冷量下降，運行效率降低。

2)當冷凍水流量極小時，蒸發器負荷嚴重不足，蒸發溫度很低，蒸發器結冰(甚至凍裂)，壓縮機吸氣壓力很低。若系統長時間在這種工況下運行，會導致壓縮機因回油困難而被損壞。

3)當水冷冷水機組冷卻水流量偏小時，冷凝器散熱效率偏低，氟系統熱量不能及時全部散出，導致系統冷凝溫度上升，制冷量下降，運行效率降低。

4)當水冷冷水機組冷卻水流量極小時，冷凝器散熱嚴重不足，冷凝溫度上升到很高，壓縮機排氣溫度超高。若系統長時間在這種工況下運行，會導致壓縮機因潤滑油碳化而被損壞。

設計流量值：

舉例說明計算某一制冷量的冷水機組冷凍水水流開關的閉合和斷開流量值的方法。

已知冷水機組的制冷量為32kW，試計算與其匹配的水流開關的閉合和斷開流量值。

1)計算水流開關的閉合流量值機組蒸發器設計水流量(m3/h) 可按式(1)計算：

⑴

式中：Q0為制冷量( kW)；ρ為載冷劑密度(kg/m3)；Cp為載冷劑比熱容(kJ/(kg·℃))；Δt為載冷劑在蒸發器中的溫降(℃)。

查表得：ρ=1000kg/m3，Cp= 4.187kJ/(kg·℃)。根據標準工況，進水溫度t1=12℃，在制冷劑-水蒸發器中，水側溫降一般為4～6℃，取溫降Δt= 5℃，則閉合流量(m3/h)為：

⑵

考慮到水流開關的感應誤差，取水流開關的閉合流量值為(5.5 ±0.2)m3/h。

2)計算水流開關的斷開流量值

在制冷劑-水蒸發器中，一般蒸發溫度比出水溫度低4～6℃(取5℃)。當出水溫度t2≤3℃時，蒸發溫度≤-2℃，此時，蒸發器局部易結冰。

因而水流開關的斷開流量值，以出水溫度t2=3℃時的水流量為準。此時，Δt= t1-t2=12-3=9℃，則斷開流量(m3/h) 為：

⑶

考慮到水流開關的感應誤差，取水流開關的斷開流量值為(3.1±0.2)m3/h。

靶式水流開關的應用：

靶式水流開關是采用不銹鋼舌簧片檢測水流情況，當有水流時，舌簧片彎曲，帶動微動開關動作，從而提供水流狀態信號。波紋管作為水電隔離部件。

安裝要求較高，且在小管徑安裝時阻力較大，在彎曲管路上不能安裝。安裝在小管徑或水流量較小時易受水流的抖動而頻繁動作。安裝在大管徑彎頭處時容易造成靶片斷裂。

管路靜壓沖擊波紋管，且波紋管頻繁動作容易疲勞。

靶式流量開關靶片斷裂的原因：

作用在靶式流量開關的靶片的力跟水流速度和靶片的面積有關，流速和靶片面積越大作用在靶片上的力就越大，通常安裝在大管徑的水流開關為了更好的感測水流，現場經常安裝最長的靶片，由于作用在靶片上的力大，致使靶片過度彎曲而失去彈性，嚴重時導致靶片斷裂。

靶式流量開關通常需要離彎頭和閥門距離要在5倍的管徑以上，由于目前大樓的機房面積偏小，無法保證足夠的直管段安裝水流開關，舉例：DN300的管徑，水流開關前后保證有1500m的直管段幾乎不可能，這是許多現場水流開關發生故障的一個非常重要的原因。

在彎曲的管道中，由于彎曲管壁的導流作用，其內側流速增大，外側流速逐漸減小，形成了各個過流斷面的梯形速度分布規律，致使整個靶片受力不均而斷裂。

水泵每次啟停產生的水錘帶來的沖擊將導致靶片過度彎曲或斷裂，管徑越大這種風險就越大。

壓差式流量開關可以安裝在彎頭或閥門處，可以大大減少因為滿足安裝靶式流量開關所需的直管段，節約了工程造價，同時也大大提高了水流保護的穩定性，目前在電子廠已經得到大量的應用。

壓差式水流開關的應用：

對于水流量的測量，可通過測量閥門、孔板等兩端的壓降，得到流量目前已廣泛用在HVAC的水側系統及流量測量儀表。

壓差式水流量開關是利用換熱器有水流通過時產生壓降的原理檢測水流狀態，是一種精確的流量控制方式。安裝簡單，流量控制相對精確，動作和復位均有明確的流量值。

在雙工況冷水機組的冰蓄冷系統：

冰蓄冷的乙二醇溶液的溫度可能低達-10℃，波紋管與大氣接觸，與微動開關接觸的也是金屬件，水流開關非插入乙二醇溶液的外部的金屬部件可能低于0℃。

波紋管及微動開關可能產生冷凝水或結冰。壓差式流量開關的動作部件不與乙二醇接觸。

在一次泵變流量的系統：

一次泵變流量完全可以大幅度降低水泵的能耗。也是目前冷水機組發展的方向。

由于傳統靶式流量開關是檢測水流速度的，當水流速度低于一定程度將無法檢測或經常性出現誤動作。

壓差開關可以根據一次泵變流量正常運行允許的最小流量對應下的壓差，來確定流量保護值，一旦運行流量低于最小允許流量即保護，確保換熱器不會結冰凍壞。

高承壓的水系統：

在超高層建筑中要求中央空調設備的承壓要遠高于10bar，而傳統的靶式流量開關的由于是采用波紋管作為水電隔離的部件，所有承壓只有10bar，如要提高承壓也只有通過加大波紋管厚度犧牲其柔韌度來實現的，其對小流速感測能力降低。

壓差式流量開關沒有波紋管，使用磁性相斥的原理檢測的，承壓可以達到20bar甚至更高。

壓差開關在并聯冷水機組的系統中的安裝：

對于多冷水機組并聯的系統，需要在冷水機組的換熱器進出口取壓，而不能在單向閥或電動蝶閥后取壓，否則測到的是整個系統的壓差。

壓差式流量開關安裝示意圖：

靶式水流開關與壓差水流開關在大型冷水機組水流控制應用對比：

滿液式蒸發器對水流量要求較高，過低的水流量可以導致蒸發器結冰，損失非常大。

現場或工廠安裝靶式流量開關很難保證其需要的直管段。

靶式流量開關靶片長期受壓易失效而發生故障，通常在維修保養時每年都需要更換。

壓差式可直接安裝在冷水機組上，監控的流量可以在工廠設定并調整好，避免現場安裝水流開關的不可控性。

壓差式采用壓差流量計的設計原理，具有長壽命、高可靠性的優點，在要求高可靠性的半導體和電子廠招標文件中不允許使用靶式流量開關而必須使用壓差式流量開關，這是他們一年365天均使用冷水機組維持生產環境，長期得出的經驗和教訓，不再因為水流開關的問題導致停產而蒙受巨大的損失。

壓差式流量開關選擇只需根據冷水機組要求的最小水流量對應的壓差來選擇即可，通常對于允許一次泵變流量的冷水機組其保護流量為額定流量的30-40％。

測定方法：

根據水流開關的工作原理，得知靶片面積的大小決定水流開關的閉合和斷開流量值。

冷水機組生產企業生產的冷水機組型號是確定的，即冷水機組的制冷量是確定的。而其采購的水流開關是通用型的，即一個水流開關配一套靶片。冷水機組型號要求確定一個與之匹配的水流開關，也就是在一套靶片中確定一個與之匹配的靶片。

以上例如，確定制冷量為32 kW 的冷水機組的水流開關的閉合和斷開流量值可通過如下方法實現。搭建一個簡易的流量測定系統(見下圖)，先根據經驗選擇一個靶片，將其安裝在水流開關上，再將水流開關安裝到流量測定系統中，同時將水流開關控制電路的進出端用電線接入一個帶燈泡的指示系統。測定時，可按如下步驟進行。

1.流量計；2.流量調節閥；3.水流開關；4.水泵；5.壓力表；6.水箱。

水流開關閉合、斷開流量值測定系統

1)啟動水泵，此時測定系統水流量處于最大值，水流開關是閉合的，燈泡亮。

2)測定系統運行穩定后，調節流量調節閥，逐漸降低系統水流量，注意流量計讀數及燈泡。當燈泡熄滅時，停止調節流量調節閥，記錄水流量值，拆下水流開關。將燈泡熄滅時對應的水流量值與計算的水流開關斷開流量值(3.1±0.2)m3/h 進行比較：如果大于3.3 m3 /h，應將測定的靶片剪小；如果小于2.9m3/h，則換一個大一點的靶片。

再將水流開關安裝到流量測定系統中進行測定。

通過改變靶片的大小來調節水流開關的斷開流量、值，直至燈泡熄滅時對應的水流量值在(3.1±0.2) m3/h 范圍內，此時的靶片與制冷量為32kW的冷水機組水流開關的斷開流量值相匹配。

3)測定系統運行穩定后，調節流量調節閥，逐漸增大系統水流量，注意流量計讀數及燈泡。當燈泡亮時停止調節流量調節閥，記錄水流量值，拆下水流開關。將燈泡亮時對應的水流量值與計算的水流開關閉合流量值(5.5±0.2)m3/h進行比較：如果大于5.7m3/h，應將調節彈簧調短；如果小于5.3 m3/h，則將調節彈簧調長。再將水流開關安裝到流量測定系統進行測定。通過調節彈簧的長度來調節水流開關的閉合流量值，直至燈泡亮時對應的水流量值在(5.5±0.2)m3/h范圍之內。

4)將水流開關的斷開流量值和閉合流量值再重復測定3次，檢測其重復性。當重復測定值仍然在合理范圍(斷開流量值(3.1±0.2)m3/h，閉合流量值(5.5±0. 2)m3/h)之內時，測定結束。

5)將靶片的形狀和調節彈簧的長度記錄下來，批量生產32kW冷水機組時，可以直接按照測定數據生產。

雖然測定水流開關的閉合和斷開流量值會增加冷水機組生產企業的工作量，但是這項工作非常重要。當企業生產小型家用冷水機組時，可將設計并測定好的水流開關置于機組內部；生產大型冷水機組且機組內部安裝不便時，可將設計并測定好的水流開關作為隨機附件，供客戶在工程安裝時使用。這樣既能保證冷水機組安全和高效地使用，又能提高用戶對企業的評價。

本文來源于互聯網，部分取材《水流開關在空調系統中的應用及改進》，作者：程其林，江集金等。暖通南社整理編輯。

拓展知識：